智能儀器基礎(第2版)（簡體書）

《工業和資訊產業職業教育教學指導委員會"十二五"規劃教材?全國高等職業教育工業生產自動化技術系列規劃教材:智能儀器基礎(第2版)》可作為高職高專院校、成人學校及本科院校開辦的二級職業技術學院自動化、儀器儀表、應用電子技術、機電一體化和計算機控制技術等相關專業的教材，也可供在企業生產一線從事技術、管理、運行等工作的相關技術人員參考使用。

第1章 概述 （1）
1.1 傳統儀器、儀表與智能儀器 （1）
1.1.1 傳統儀器、儀表 （1）
1.1.2 智能儀器 （4）
1.2 智能儀器的分類與特點 （5）
1.2.1 智能儀器的分類 （5）
1.2.2 智能儀器的特點 （7）
1.3 智能儀器的發展概況 （8）
小結 （10）
習題1 （10）
第2章 智能儀器中的微機系統 （12）
2.1 MCS-51系列單片機 （12）
2.1.1 MCS-51系列單片機的結構與特點 （12）
2.1.2 MCS-51系列單片機的引腳及功能 （15）
2.1.3 CHMOS增強型單片機8XC51FA的主要特點 （17）
2.1.4 MCS-51系列單片機的指令系統 （18）
2.2 MCS-51單片機系統及應用舉例 （20）
2.2.1 8051/8751/8951的最小系統 （20）
2.2.2 單片機系統的並行擴展 （21）
2.2.3 單片機系統的串列擴展 （22）
2.2.4 應用舉例 （23）
2.3 單片機的仿真與應用 （26）
2.3.1 8951單片機最小系統的建立 （26）
2.3.2 8951單片機最小系統的仿真過程 （28）
2.3.3 利用中斷實現故障報警的仿真 （29）
2.3.4 利用中斷實現定時採集數據的仿真 （30）
2.4 其他嵌入式單片機簡介 （31）
2.4.1 MC9S12系列單片機 （31）
2.4.2 數字信號處理器 （33）
2.4.3 ARM嵌入式系統微處理器 （34）
小結 （35）
習題2 （36）
第3章 信號的輸入與處理 （39）
3.1 數字信號的輸入與處理 （39）
3.1.1 開關量的預處理電路 （39）
3.1.2 脈沖信號的輸入與處理 （40）
3.2 模擬信號的輸入與處理 （43）
3.2.1 模擬信號的檢測 （43）
3.2.2 信號濾波及檢測 （46）
3.2.3 多路模擬開關 （49）
3.3 信號的放大 （49）
3.3.1 微弱信號的放大電路 （49）
3.3.2 集成放大器 （52）
3.4 模/數轉換器 （55）
3.4.1 模/數轉換器的性能指標 （55）
3.4.2 模/數轉換器與CPU的接口技術 （57）
3.4.3 模/數轉換器與CPU介面應用舉例 （58）
3.4.4 采樣/保持 （61）
3.5 數據採集系統 （62）
3.6 輸入介面電路仿真舉例 （64）
3.6.1 數字溫度傳感器與單片機的介面仿真 （64）
3.6.2 A/D轉換晶片ADC0809的介面電路 （68）
3.6.3 A/D轉換晶片ADC0832的介面電路 （70）
小結 （72）
習題3 （73）
第4章 信號的輸出與處理 （76）
4.1 數字信號的輸出與處理 （76）
4.1.1 開關量的驅動介面 （76）
4.1.2 繼電器簡介 （78）
4.2 脈沖寬度調制技術 （79）
4.3 數/模轉換器 （82）
4.3.1 數/模轉換器的工作原理與性能指標 （82）
4.3.2 數/模轉換器的接口技術 （83）
4.4 DAC0832與單片機的介面 （84）
4.4.1 DAC0832的結構及引腳功能 （84）
4.4.2 DAC0832單緩沖方式及其與8051的介面 （86）
4.4.3 DAC0832雙緩沖方式及其與8051的介面 （87）
4.5 DAC708系列介面電路 （88）
4.6 輸出介面電路仿真舉例 （91）
4.6.1 發光二極管輸出仿真 （91）
4.6.2 電磁繼電器輸出仿真 （93）
4.6.3 DAC0832與單片機的介面仿真 （94）
小結 （95）
習題4 （96）
第5章 智能儀器的人機介面 （98）
5.1 鍵盤 （98）
5.1.1 識鍵 （98）
5.1.2 譯鍵、鍵義分析 （100）
5.2 LED顯示器 （101）
5.2.1 七段LED數碼顯示器 （101）
5.2.2 點陣LED顯示器 （105）
5.3 LCD顯示器 （106）
5.3.1 LCD工作原理簡述 （107）
5.3.2 LCD應用舉例 （107）
5.4 其他外設 （110）
5.4.1 微型列印機 （110）
5.4.2 語音提示 （112）
5.4.3 觸摸屏 （115）
5.5 人機介面仿真舉例 （117）
5.5.1 矩陣鍵盤與單片機的直接連接 （117）
5.5.2 LED數碼管動態顯示電路 （120）
5.5.3 LCD顯示的實時電子鐘仿真 （121）
小結 （129）
習題5 （130）
第6章 智能測控技術 （132）
6.1 測量誤差簡述 （132）
6.1.1 誤差分類 （132）
6.1.2 誤差的性質和原因 （134）
6.2 系統誤差的自動校正 （134）
6.2.1 自校零技術 （135）
6.2.2 變化系統誤差的校正 （136）
6.3 隨機誤差的自動校正 （137）
6.4 粗大誤差的自動校正 （139）
6.5 標度變換 （140）
6.6 非線性校正 （141）
6.7 量程自動轉換 （145）
6.8 PID控制 （146）
6.9 多傳感器資訊融合技術簡介 （149）
6.10 數據處理仿真舉例 （151）
6.10.1 標度變換仿真舉例 （151）
6.10.2 帶自校零技術的模/數轉換 （153）
小結 （156）
習題6 （157）
第7章 智慧儀器中的通信技術 （159）
7.1 串列通信介面 （160）
7.1.1 RS-232標準及應用 （160）
7.1.2 RS-422/RS-485標準 （165）
7.1.3 USB通用串列總線 （167）
7.2 並行通信標準IEEE-488 （171）
7.3 現場總線技術簡介 （172）
7.3.1 集散控制系統 （172）
7.3.2 現場總線控制系統 （174）
7.3.3 常用現場總線 （175）
7.3.4 現場總線智能儀器 （178）
7.4 單片機通信仿真舉例 （179）
7.4.1 單片機點對點傳送數據 （179）
7.4.2 單片機雙向通信仿真 （181）
小結 （186）
習題7 （186）
第8章 智能儀器的設計與實例 （189）
8.1 智能儀器的設計 （189）
8.1.1 智能儀器的設計步驟 （189）
8.1.2 硬體設計與調試 （190）
8.1.3 軟件設計及調試 （191）
8.2 智能儀器的自診斷 （192）
8.2.1 智慧儀器自診斷方式 （192）
8.2.2 智慧儀器的自診斷項目 （193）
8.3 實例1 智能化真有效值數字電壓表 （195）
8.3.1 系統硬體的構成 （195）
8.3.2 系統監控程式 （200）
8.3.3 擴展討論 （202）
8.4 實例2 智能電子計數器 （203）
8.4.1 硬體構成 （203）
8.4.2 軟件構成 （207）
8.5 實例3 多路電壓測控電路仿真 （208）
8.5.1 多路電壓測控電路的硬體設計 （208）
8.5.2 多路電壓測控電路的軟件設計 （211）
8.5.3 多路電壓測控電路程式 （212）
8.5.4 擴展討論 （219）
小結 （220）
習題8 （220）
附錄A MCS-51系列單片機指令表 （223）
附錄B 部分習題參考答案 （228）
習題1 （228）
習題2 （229）
習題3 （230）
習題4 （231）
習題5 （232）
習題6 （234）
習題7 （235）
習題8 （236）
參考文獻 （238）

Proteus軟件可以結合硬體設計和軟件程式進行仿真調試，功能非常強，在前幾章的仿真舉例中已經對它做了一些介紹，可以看到它同樣可以進行單步調試、設斷點、跟蹤、檢查和修改等，而且還可以結合虛擬儀器進行測量、分析，並設計出電路的印製電路板，是智慧儀器設計分析的很有用的工具。
調試完畢的軟件可以利用EPROM編程器（也稱EPROM寫入器）將程式固化在EPROM存儲器中。如果採用內部含有Flash存儲器的單片機，如與8051相容的AT89系列單片機，則可以反復擦寫，可以在系統開發過程中十分方便地對程式進行修改。
8.2智能儀器的自診斷
自診斷技術是智能儀器中特有的智能技術。它是指智慧儀器利用軟件程式對自身硬體進行檢查，及時發現系統中的故障並根據故障程式採取校正、切換、重組或報警等技術措施。自診斷程式可以減少儀表帶病運行的概率，提高系統的可靠性。自診斷程式也可以在聯機調試時作為智慧儀器的測試程式。
8.2.1智慧儀器自診斷方式
智慧儀器一般有以下三種自診斷方式，可以根據需要設計一種或全部。
1.開機自診斷
開機自診斷是指對儀器正式投入運行之前進行的全面測試。開機自診斷在儀器接通電源或復位之後進行。電源一接通，儀器就自動運行測試程式，按顯示器、CPU、ROM、RAM、I／O介面和其他外部設備順序調用相應的診斷程式。自檢中如果沒有發現問題就進入工作狀態，當發現有部件出錯時就報警，也有的自診斷程式發現錯誤時，自動復檢一次（取決于設計思路），如果仍然出錯，就給出相應的錯誤代碼，以幫助操作者進行故障定位。
2.週期性實時自診斷
對需要長期連續工作的智慧儀器，週期性實時白診斷很有用處。週期性實時自診斷是指在儀器工作過程中定時插入的自檢操作。這種操作可以保證儀器不必中斷測控過程，週期性自檢不影響儀器的正常工作，因而只有當檢測過程中出現故障並報警時操作者才會發現。
在智慧儀器工作期間，對儀器內部進行部分測試，即將部分診斷程式（如對RAM、ROM、CPU診斷）設置為儀器中級別最低的中斷服務程式，在不影響儀器工作的前提下進行實時診斷。如發現故障且復檢後仍有錯，則用相應的指示燈或錯誤代碼通知用戶。
儀器實時自診斷功能是非常必要的，因為在實際的工作中，受元件老化、溫度變化等各種因素的影響，使得電路元器件隨時都有可能發生故障，如果不能及時給出相應的故障指示，就會使用戶不能完全相信顯示結果是否正確。當儀器用於過程式控制制時，後果將更加嚴重。所以，自診斷程式應在不幹擾儀器正常工作的前提下具備實時診斷功能。