本书是普通高等教育“十一五”规划教材，是国家精品课程和国家精品资源共享课“智能仪器”的配套教材。本书结构合理，章节可灵活组合，内容系统、新颖、翔实，可教性和可实践性强。本书以信号采集、数据处理、人机接口与通信为基础，加强了软件设计方法、可测试性设计、可靠性设计和新设计实例等内容。针对测量仪器智能化发展趋势和技术进步，用较少篇幅引入“测量仪器云、软测量技术”等内容以提升教材的先进性；将新的科研成果“无线网络地震仪系统设计”作为智能仪器新发展的案例；本书附录对智能仪器实验教学平台与实验项目设计做了简要介绍。
本书第２ 版于２００９ 年８ 月出版. 入选了普通高等教育“十一五” 国家级规划教材. 是国家精品课程的配套教材. 多所高校测控技术与仪器等相关专业的智能仪器课选用了本书.课程组根据智能仪器教学新要求和新发展. 吸取了部分读者的意见或建议. 提出了第３ 版修订方案.随着微型计算机及微电子技术在测试领域中的广泛应用. 仪器仪表在测量原理、准确度、灵敏度、可靠性、多种功能及自动化水平等方面都发生了巨大的变化. 逐步形成了完全突破传统概念的新一代仪器———智能仪器. 面向“工业４.. ０” 和大数据以及云服务时代. 智能化成为最热门的技术. 必然推动智能仪器的更大进展. 仪器的智能化已是现代仪器仪表发展的主流方向. 因此. 学习智能仪器的工作原理、掌握新技术和设计方法无疑是十分重要的.近年来. 我国在智能仪器的生产、科研、教学等方面都取得了很多成绩并积累了许多宝贵经验. 全国三百余所高校设有“测控技术与仪器” 专业. 其中大部分开设了“智能仪器”
课程. 为了适应研究型、应用型等不同层次和不同学时的教学要求. 能够较好地体现智能仪器新技术和设计方法. 按照精品教材的要求. 在吉林大学教材建设项目资助下. 课程组对第２ 版教材进行了修订. 更新了与教材配套的ＭＫ５ＰＣ—Ⅱ实验教学系统和实验教学设计. 并通过国家精品资源共享网站(ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.. ｉｃｏｕｒｓｅｓ.. ｃｎ/ ｃｏｕｒｓｅｓｔａｔｉｃ/ ｃｏｕｒｓｅ＿ ３３９７.. ｈｔｍｌ)更新了电子教案、多媒体课件、网络课程、实验等内容.全书保留原九章顺序结构. 以附录形式介绍实验系统及实验项目指导. 第一章概述. 简要介绍了仪器仪表的分类、重要性及智能仪器的发展概况. 重点论述了智能仪器的概念、智能化层次、基本结构与特点. 综述了推动智能仪器发展的九方面主要技术. 引入了测量仪器云的新概念. 第二章数据采集技术. 介绍了集中式和分布式采集系统结构、模拟信号调理.重点论述了普通型和Σ － Δ 型Ａ/ Ｄ 转换器原理、接口技术. 通过实例深入讨论了采集系统设计、误差分析等问题. 第三章人机对话与数据通信. 既介绍了键盘、ＬＣＤ 显示、ＲＳ—２３２Ｃ 标准串行总线通信等基本技术. 又重点介绍了条图显示、触摸屏、ＵＳＢ 通用串行总线、ＰＴＲ 系列模块和基于移动通信网的无线数据传输等内容. 第四章基本数据处理算法与软测量技术. 重点讲述克服随机误差的数字滤波算法和消除系统误差的几种校正算法. 简要介绍了标度变换. 新增加“软测量技术” 一节内容. 第五章软件设计. 在介绍软件工程方法的基础上. 重点论述基于裸机和嵌入式操作系统的软件设计方法. 对软件测试问题进行了讨论.并讲述了软件文档、监控程序设计等内容. 第六章可靠性与抗干扰技术. 介绍了可靠性的基本知识. 重点论述了硬件和软件可靠性设计方法与技术. 对抑制电磁干扰的主要技术措施进行了较详细的分析. 第七章可测试性设计. 介绍了可测试性的基本知识、测试性通用设计原则和机内测试技术———ＢＩＴ. 结合ＲＡＭ 测试、Ａ/ Ｄ 与Ｄ/ Ａ 测试实例. 讨论了可测试性设计方法. 第八章设计实例. 论述了智能仪器的设计原则和研制步骤. 比较完整地给出了基于单片机和ＤＳＰ 研制的两种仪器实例. 第九章智能仪器的新发展. 简要介绍了虚拟仪器的特点、体系结构、硬件和软件及应用. 从基于Ｗｅｂ 的虚拟仪器、嵌入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 的网络化智能传感器和ＩＥＥＥ １４５１ 标准等方面讨论了网络化仪器. 新增一节设计实例“ 基于８０２.. １１ 的无线网络地震仪系统设计”. 每章都附有思考题与习题. 并对第四章和第九章的思考题与习题进行了补充. 附录为智能仪器实验教学平台与实验项目设计. 概括性地介绍了最新研制的ＭＫ５ＰＣ—Ⅱ型开放式智能仪器实验教学平台和实验项目设计. 解决了实验问题. 本书的主要特点如下:１) 结构合理. 章节安排、重点与难点分布符合教学要求. 内容系统、新颖、翔实. 可教性和实践性强.２) 紧密结合科研实践. 融入了ＤＳＰ、ＦＰＧＡ/ ＣＰＬＤ、Σ － Δ 型２４ 位Ａ/ Ｄ、ＵＳＢ 接口、触摸屏、条图显示、非线性决策滤波算法、智能传感器、网络仪器等当今智能仪器的先进技术. 对智能仪器的新概念———测量仪器云有所介绍.３) 加强了软测量方法、可测试性设计、可靠性设计.４) 有利于授课教师灵活选材. 可以选取不同章节. 构成深度和学时有区别的课程.５) 通过附录介绍了实验设备和实验项目. 形成了完整的教学方案.本书第一、四、八章由程德福编写. 第二章由陈祖斌编写. 第三章由邱春玲编写. 第五、七章由张林行编写. 第六章由凌振宝编写. 第九章由林君编写. 杨泓渊提供了“ 基于８０２.. １１ 的无线网络地震仪系统设计” 的实例. 附录部分由千承辉编写. 全书由程德福统稿.本书在编写过程中参考了有关文献. 对文献作者表示衷心感谢.本书承蒙上海交通大学博士生导师施文康教授、吉林大学博士生导师刘光达教授主审.他们提出了很多宝贵意见和建议. 在此表示诚挚的谢意.限于编者的水平. 书中难免存在不当之处甚至错误. 恳切希望读者指正.编 者
目 录
前言
第一章 概述 １
第一节 仪器仪表概述 １
第二节 智能仪器的分类、基本结构与
特点 ５
第三节 推动智能仪器发展的主要技术 ８
思考题与习题 １５
第二章 数据采集技术 １６
第一节 数据采集系统的组成结构 １６
第二节 模拟信号调理 １８
第三节 传统Ａ/ Ｄ 转换器及接口技术 ２５
第四节 Σ￣Δ 型Ａ/ Ｄ 转换器原理与
接口技术 ３４
第五节 数据采集系统设计及实例 ４３
第六节 数据采集系统的误差分析 ５２
思考题与习题 ６０
第三章 人机对话与数据通信 ６１
第一节 键盘 ６１
第二节 ＬＣＤ 显示器 ６５
第三节 触摸屏技术 ８０
第四节 ＲＳ －２３２Ｃ、ＲＳ －４２２/４８５ 串行总线
数据通信 ８７
第五节 ＵＳＢ 通用串行总线及应用 ９３
第六节 无线数据传输技术 １０７
思考题与习题 １１３
第四章 基本数据处理算法与
软测量技术 １１４
第一节 克服随机误差的数字滤波算法 １１４
第二节 消除系统误差的软件算法 １２０
第三节 标度变换 １２８
第四节 软测量技术 １３０
思考题与习题 １３６
第五章 软件设计 １３８
第一节 软件概述 １３８
第二节 软件开发模型与设计方法 １４１
第三节 基于裸机的软件设计 １５２
第四节 基于嵌入式操作系统的软件
设计 １６４
第五节 软件测试 １７０
思考题与习题 １８１
第六章 可靠性与抗干扰技术 １８２
第一节 可靠性概述 １８２
第二节 硬件可靠性设计 １８７
第三节 软件可靠性设计 １９２
第四节 干扰源分析 １９９
第五节 抑制电磁干扰的主要技术 ２０４
思考题与习题 ２１８
第七章 可测试性设计 ２１９
第一节 可测试性概述 ２１９
第二节 固有测试性总体设计与通用
设计准则 ２２２
第三节 机内测试技术———ＢＩＴ ２２８
第四节 可测试性设计实例 ２３６
思考题与习题 ２４１
第八章 设计实例 ２４２
第一节 智能仪器的设计原则及
研制步骤 ２４２
第二节 固体密度测试仪的研制 ２４８
第三节 基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２ 的地下管道漏水
检测仪设计 ２５２
思考题与习题 ２６３
第九章 智能仪器的新发展 ２６４
第一节 虚拟仪器 ２６４
第二节 网络化仪器 ２７１
第三节 基于８０２.. １１ 的无线网络地震仪
系统设计 ２７８
思考题与习题 ２８８
附录 智能仪器实验教学平台与实验项目
设计 ２８９
参考文献 ２９５
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