智慧型儀表原理與設計

《智慧型儀表原理與設計》是2013年7月出版的圖書，作者是凌志浩、王華忠、葉西寧。

基本介紹

• 書名：智慧型儀表原理與設計
• 作者：凌志浩 王華忠 葉西寧 編著
• ISBN：978-7-115-31460-4
• 頁數：366頁
• 定價：49.00
• 出版時間：2013.7
• 裝幀：平裝
• 開本：16 開
• 責任編輯　：武恩玉
• 印張：23.25
• 字數：574 千字
• 版次：1

圖書信息

書　名　智慧型儀表原理與設計
叢 書 名　21世紀高等院校電氣工程與自動化規劃教材
標準書號　ISBN 978-7-115-31460-4
作　者　凌志浩 王華忠 葉西寧 編著
責任編輯　武恩玉
開　本　16 開
印　張　23.25
字　數　574 千字
頁　數　366 頁
裝　幀　平裝
版　次　第1版第1次
初版時間　2013年7月
本 印 次　2013年7月
首 印 數　-- 冊
定　價　49.00 元

內容提要

本書系統介紹了智慧型儀表的原理和設計技術。內容包括智慧型儀表的基本構成和設計思想，支持各類智慧型儀表設計所需的單片機和嵌入式系統，組成過程I/O通道的新穎A/D和D/A轉換器，實現人機互動的液晶驅動晶片、點陣顯示裝置，傳統串列接口、現場匯流排、工業乙太網通信技術和ZigBee等短程無線通信技術，智慧型儀表的硬體電路設計和軟體設計等。教材注重新穎性、實用性，對典型器件、典型電路及智慧型儀表設計實例的剖析深入淺出，主次分明。
本書可作為高等學校測控技術與儀器、自動化、電子信息工程、機電一體化和計算機套用等專業的教材，亦可作為從事智慧型儀表設計、製造、使用的工程技術人員的參考書。

智慧型儀表原理與設計作者凌志浩 王華忠 葉西寧，系統介紹了智慧型儀表的原理和設計技術。內容包括智慧型儀表的基本構成和設計思想，支持各類智慧型儀表設計所需的單片機和嵌入式系統，組成過程I/O通道的新穎A/D和D/A轉換器，實現人機互動的液晶驅動晶片、點陣顯示裝置，傳統串列接口、現場匯流排、工業乙太網通信技術和ZigBee等短程無線通信技術，智慧型儀表的硬體電路設計和軟體設計等。

目錄

第1章　概述　1

1.1　儀器儀表的技術發展　2

1.1.1　現代儀器儀表的分類　2

1.1.2　現代儀器儀表的發展趨勢　2

1.1.3　現代儀器儀表發展的關鍵技術　3

1.2　智慧型儀表的功能和組成　5

1.2.1　智慧型儀表的主要功能　5

1.2.2　智慧型儀表的基本組成　6

1.3　智慧型儀表的設計思想和研製步驟　7

1.3.1　智慧型儀表的基本設計思想　8

1.3.2　智慧型儀表的設計研製步驟　8

1.4　智慧型儀表的開發工具　15

1.4.1　開發系統的功能　15

1.4.2　嵌入式系統的軟體技術和開發工具平台　15

習題與思考題　20

第2章　構成智慧型儀表的主機電路　21

2.1　AT89C52單片機　21

2.1.1　AT89C52的主要特性和內部總體結構　21

2.1.2　AT89C52單片機的引腳功能　22

2.1.3　AT89C52單片機的主要組成部分　25

2.1.4　主機電路設計　45

2.2　Neuron晶片　46

2.2.1　處理單元　49

2.2.2　存儲單元　50

2.2.3　附加電路及I/O接口　50

2.2.4　匯流排收發器　53

2.2.5　Neuron固件　54

2.2.6　現場匯流排智慧型儀表組成及其所組成的測控網路　54

2.3　CC2430晶片　55

2.3.1　MCU和存儲器子系統　55

2.3.2　射頻及模擬收發器　57

2.3.3　CC2430晶片的主要特點　57

2.3.4　CC2430晶片的引腳功能　58

2.3.5　無線智慧型儀表的硬體組成和CC2430套用電路　60

習題與思考題　61

第3章　過程輸入/輸出通道　63

3.1　模擬量輸入通道　63

3.1.1　模擬輸入通道的結構　63

3.1.2　A/D轉換晶片及其與單片機的接口　64

3.1.3　模擬量輸入通道的其他器件　87

3.1.4　模擬量輸入通道設計舉例　92

3.2　模擬量輸出通道　93

3.2.1　模擬量輸出通道的結構　93

3.2.2　D/A轉換晶片及其與單片機的接口　94

3.2.3　模擬量輸出通道設計實例　101

3.3　開關量輸入/輸出通道　102

3.3.1　開關量輸入/輸出通道的結構　103

3.3.2　開關量輸入/輸出通道設計舉例　103

習題與思考題　105

第4章　人機接口電路　106

4.1　顯示器接口　106

4.1.1　LED顯示器接口　106

4.1.2　點陣式LED顯示器　111

4.1.3　LCD顯示器　112

4.1.4　點陣式LCD顯示器　115

4.1.5　液晶驅動晶片　120

4.2　鍵盤接口　126

4.2.1　鍵盤結構　126

4.2.2　行掃描法原理　127

4.2.3　鍵盤/顯示器接口技術　128

4.2.4　鍵盤工作方式　130

4.2.5　串列專用鍵盤/顯示器接口晶片HD7279A　131

4.3　印表機接口　139

4.3.1　GP-16微型印表機接口　139

4.3.2　PP-40彩色描繪器接口　142

習題與思考題　147

第5章　智慧型儀表通信原理與接口　148

5.1　引言　148

5.2　串列匯流排通信　149

5.2.1　RS-232C　149

5.2.2　RS-422與RS-485串列接口標準　151

5.2.3　串列通信參數　152

5.2.4　串列通信工作模式及流量控制　153

5.2.5　基於單片機的智慧型儀表與PC數據通信　154

5.3　現場匯流排技術及現場匯流排儀表　158

5.3.1　現場匯流排的體系結構與特點　158

5.3.2　幾種有影響的現場匯流排　160

5.3.3　現場匯流排智慧型儀表　170

5.4　工業乙太網及其通信程式設計　171

5.4.1　概述　171

5.4.2　乙太網在SCADA系統中的套用　172

5.4.3　乙太網控制裝置的通信程式設計　173

5.4.4　基於PC-104嵌入式控制器的SCADA系統中乙太網通信程式的設計　173

5.5　智慧型儀表與PLC及上位機通信　178

5.5.1　智慧型儀表與PLC通信　178

5.5.2　智慧型儀表與上位機組態軟體通信　183

5.5.3　用Visual Basic編程實現智慧型儀表通信與計算機通信　185

5.6　ZigBee短程無線通信技術　187

5.6.1　ZigBee協定標準　187

5.6.2　ZigBee的特點和組網方式　191

5.6.3　ZigBee的技術支持　192

5.6.4　ZigBee技術在無線水錶中的套用　193

習題與思考題　196

第6章　智慧型儀表的抗干擾技術　197

6.1　干擾分析　197

6.1.1　電磁干擾分析　197

6.1.2　干擾進入的渠道　200

6.2　智慧型儀表的硬體抗干擾技術　201

6.2.1　串模干擾的抑制　201

6.2.2　共模干擾的抑制　204

6.2.3　隔離技術　207

6.2.4　接地技術　214

6.2.5　禁止技術　216

6.2.6　電源抗干擾設計　218

6.3　軟體抗干擾技術　219

6.3.1　干擾對智慧型儀表造成的後果　220

6.3.2　軟體抗干擾的前提條件　220

6.3.3　冗餘技術　221

6.3.4　軟體陷阱技術　222

習題與思考題　228

第7章　監控程式　229

7.1　軟體設計方法　229

7.1.1　結構化設計和編程　229

7.1.2　軟體功能測試　231

7.1.3　軟體的運行、維護和改進　232

7.2　監控程式設計　232

7.2.1　概述　232

7.2.2　監控主程式　233

7.2.3　初始化管理　235

7.2.4　鍵盤管理　235

7.2.5　顯示管理　239

7.2.6　中斷管理　240

7.2.7　時鐘管理　242

7.2.8　手-自動控制　243

7.2.9　自診斷處理　243

習題與思考題　250

第8章　智慧型儀表的測量與控制算法　251

8.1　測量算法　251

8.1.1　克服隨機誤差的軟體算法　251

8.1.2　克服系統誤差的軟體算法　258

8.1.3　量程自動切換與工程量變換　268

8.2　控制算法　273

8.2.1　PID控制算法　273

8.2.2　智慧型控制算法　283

習題與思考題　303

第9章　智慧型儀表設計實例　304

9.1　設計準則　304

9.2　設計實例　306

9.2.1　溫度程式控制儀的設計　306

9.2.2　遠程智慧型數據採集裝置的設計(基於Neuron晶片的現場匯流排儀表設計之一)　317

9.2.3　用於高壓斷路器的現場智慧型儀表的設計(基於Neuron晶片的現場匯流排儀表設計之二)　320

9.2.4　無線空氣品質檢測儀表的設計(基於ZigBee技術的無線智慧型儀表設計之一)　330

9.2.5　無線溫度變送器的設計(基於ZigBee技術的無線智慧型儀表設計之二)　347

9.3　儀表調試　362

9.3.1　常見故障　362

9.3.2　調試方法　362

習題與思考題　365

參考文獻　366

基本信息

作　者：李昌禧 編著

出 版 社：化學工業出版社

出版時間：2005-3-1

版　次：1

頁　數：272

字　數：436000

印刷時間：2005-3-1

開　本：紙　張：膠版紙印　次：

I S B N：9787502564445

包　裝：平裝

內容簡介

本書系統地闡述了基於嵌入式系統的智慧型儀表的基本原理和設計方法。闡述了智慧型儀表的概念、結構和特點，詳細介紹了智慧型儀表的設計基礎、人-機接口技術、數據採集技術、數據處理技術和儀表可靠性設計技術；同時還介紹了多單片機系統與匯流排標準、智慧型技術和智慧型儀表仿真與調試技術等最新技術及其發展方向。本書在各章節中都給出了大量實用的硬體電路和部分程式，還對實例進行了詳細分析，力圖使讀者對智慧型儀表的組成原理、結構特點和設計思路有全面的、具體的認識。為了幫助讀者複習、討論各章節的內容，各章還設有一定量的思考題和習題。

在本書的編寫過程中，參考了大量的相關書籍、論文和資料，力求論述全面系統、內容豐富新穎。

本書是高等工科院校測控技術與儀器、自動化等本科專業的教材與教學參考書，也可作為控制科學與工程學科研究生教學用書，還可供廣大從事儀器儀表、自動控制、計算機套用和電子技術工作的工程技術人員參考。

目錄

緒論

1 智慧型儀表原理與設計基礎

1.1 智慧型儀表原理

1.2 設計基礎

1.2.1 需求分析與方案論證

1.2.2 機型選擇與嵌入式系統

1.2.3 匯流排與結構

1.3 設計原則與設計內容

1.3.1 總體設計原則

1.3.2 硬體設計

1.3.3 軟體設計

1.3.4 產品設計步驟

思考題與習題

2 人機接口的設計

2.1 開關及接口

2.1.1 開關的基本形式

2.1.2 互鎖式開關

2.1.3 數字撥碼盤

2.1.4 開關接口的工作方式

2.2 按鍵、鍵盤及接口

2.2.1 按鍵及其接口

2.2.2 鍵盤及其接口

2.3 LED顯示器及接口

2.3.1 LED數碼顯示器

2.3.2 LED數碼顯示器與CPU的接口

2.4 鍵盤、顯示器接口設計

2.4.1 由I/O連線埠支持的鍵盤、顯示器接口電路

2.4.2 鍵盤顯示器專用接口晶片8279

2.4.3 鍵盤顯示器專用串列接口晶片zlg7289

2.5 液晶顯示器(LCD)及其接口

2.5.1 液晶顯示器的原理

2.5.2 段碼式液晶顯示器

2.5.3 字元點陣式液晶顯示器及其接口

2.5.4 圖形點陣式液晶顯示器

2.6 印表機及其接口

2.6.1 GP16微型印表機及其接口

2.6.2 通信與集中列印

思考題與習題

3 數據採集技術與輸入輸出接口

3.1 概述

3.2 檢測信號與數據放大器設計

3.2.1 檢測信號的形式

3.2.2 集成運算放大器選擇

3.2.3 數據放大器的設計

3.3 多路開關及其與微機的連線

3.3.1 乾、濕舌簧繼電器與半導體多路開關

3.3.2 常用半導體多路開關晶片

3.3.3 多路開關的擴展

3.3.4 多路開關晶片與微機連線

3.4 採樣保持器及其與微機的連線

3.4.1 採樣保持器工作原理

3.4.2 常用採樣保持器晶片

3.4.3 採樣保持器與微機的連線

3.4.4 保持電容器的選擇

3.5 A/D、D/A轉換器與微機的接口

3.5.1 D/A轉換器與微機的連線

3.5.2 PWM輸出(D/A)

3.5.3 A/D轉換器與微機的連線

3.5.4 A/D、D/A轉換的輸入、輸出形式與基準電壓

3.6 微機控制式A/D轉換器

3.6.1 微機控制間接比較型A/D轉換器

3.6.2 微機控制組合式高解析度A/D轉換器

3.7 頻率相位信號的採集及其接口

3.7.1 V/F轉換原理及特點

3.7.2 V/F轉換器晶片

3.7.3 頻率信號的採集方式與接口

3.7.4 相差信號的採集

3.8 數據採集快取器的設定與保護

3.8.1 雙連線埠RAM數據快取器

3.8.2 1位RAM數據快取器

3.8.3 數據快取區設定

3.8.4 快取區數據的保護

3.9 數據採集系統的結構形式

3.9.1 多晶片構成數據採集系統的幾種形式

3.9.2 單片數據採集系統

3.9.3 嵌入式系統

思考題與習題

4 數據處理技術108

41 概述108

42 標度變換等處理技術與程式設計109

421 極值判斷、分段測量技術及程式109

422 標度變換處理技術及程式110

43 數字濾波技術及其程式設計112

431 噪聲的分析方法和分類113

432 疊加平均（總體平均）濾波法114

433 幾種常用靜態濾波程式114

434 自相關法濾波116

435 低通數字濾波器模型及程式117

436 其他數字濾波器118

44 數字線性化技術與程式設計118

441 連續函式擬合法119

442 插值法（分段擬合法）120

443 查表法123

45 零點漂移與增益誤差的處理技術124

451 誤差模型124

452 自校準電路125

453 測量系統的校準127

454 環境因素綜合補償技術與程式設計128

46 控制技術及其算法130

461 閉環(反饋式)儀表與控制技術130

462 控制算法131

47 相關測量及其算法137

471 相關測量原理137

472 相關算法與相關器139

思考題與習題146

5 多單片機系統與通信匯流排147

51 概述147

52 多單片機系統的結構與通信148

521 單片機串列口直接連線式148

522 SPI匯流排連線與通信式148

523 多連線埠存儲器連線式149

524 共享匯流排式149

525 並口連線式151

526 多單片機系統的通信152

53 智慧型儀表的對外通信與標準匯流排153

531 數據通信與接口匯流排153

532 RS-232C串列接口匯流排標準155

533 RS-422、RS-423、RS-485接口匯流排標準158

534 USB接口匯流排159

535 IEEE-488並行接口匯流排標準163

536 IEEE-488接口166

54 現場匯流排與智慧型儀表168

541 現場匯流排的產生與發展168

542 現場匯流排的定義與特點169

543 現場匯流排儀表（智慧型儀表）170

544 現場匯流排通信技術173

55 TCP/IP協定與智慧型儀表上網178

551 TCP/IP協定與乙太網概述178

552 協定與標準179

553 智慧型儀表接入Internet181

思考題與習題184

6 智慧型技術185

61 概述185

611 數值處理技術與符號處理技術185

612 智慧型技術的產生與發展186

613 智慧型程式設計語言186

62 模糊控制技術187

621 模糊集合188

622 隸屬函式及其確定188

623 模糊集合中的基本定義和基本運算189

624 模糊關係190

625 模糊推理191

626 模糊控制器的設計194

627 模糊控制器設計實例197

63 軟測量技術199

631 軟測量技術的意義199

632 軟測量技術的內容200

633 軟測量技術的建模202

634 軟測量技術套用實例203

64 專家系統207

641 概述207

642 知識的表示與獲取209

643 基於知識的推理213

644 專家系統套用實例215

思考題與習題219

7 可靠性設計技術220

71 可靠性設計基礎220

711 可靠性的基本概念220

712 影響儀表可靠性的因素222

72 可靠性保障基本技術224

721 系統方案設計時的可靠性原則224

722 元器件的合理選用224

723 元器件的篩選227

724 降額設計228

725 系統可靠性保障的其他問題229

73 電磁兼容性設計231

731 電磁干擾的基本分析231

732 電源抗干擾設計233

733 禁止與接地235

734 抗串模干擾的措施236

735 抗共模干擾的措施238

736 匯流排的可靠性設計239

74 軟體抗干擾技術240

741 CPU抗干擾技術240

742 輸入輸出的抗干擾技術243

75 軟體可靠性設計244

751 軟體設計過程中的可靠性244

752 軟體可靠性設計的一些具體措施245

753 人機界面的容錯技術247

76 智慧型儀表的自診斷技術249

761 CPU的自診斷250

762 ROM的自診斷250

763 RAM的自診斷250

764 數據採集通道的診斷251

765 模擬輸出通道的診斷251

766 人機界面的診斷252

767 自診斷程式253

思考題與習題253

8 智慧型儀表的仿真與調試254

81 智慧型儀表的建模254

82 智慧型儀表的建模與仿真實例255

821 力（力矩）平衡機構式智慧型儀表255

822 內旋轉式濃度變送器簡介255

823 內旋轉式濃度變送器的模型256

824 內旋轉式濃度變送器的動態特性分析258

825 內旋轉式濃度變送器的數字仿真259

83 智慧型儀表中的CPLD套用設計260

831 CPLD概述260

832 CPLD器件及描述語言260

833 CPLD設計舉例261

84 智慧型儀表的開發調試264

841 通用MDS開發264

842 簡易MDS開發265

843 自開發266

844 JTAG調試266

參考文獻272