智能仪器设计基础(普通高等教育“十一五”规划教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王祁 著

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• 信号处理
• 单片机
• 嵌入式系统
• 测量技术
• 自动化
• 电子技术

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111287926

商品编码：29701938539

包装：平装

出版时间：2010-03-01

基本信息

书名:智能仪器设计基础(普通高等教育“十一五”规划教材)

定价：29.00元

售价：19.7元,便宜9.3元,折扣67

作者:王祁

出版社：机械工业出版社

出版日期：2010-03-01

ISBN：9787111287926

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.422kg

编辑推荐

内容提要

本书是教育部高等学校仪器仪表学科教学指导委员会选定的“十一五”*规划教材。
本书在讲述智能仪器工作原理的基础上，介绍智能仪器的设计方法。主要内容有智能仪器的输入输出通道、外设及其控制技术、通信接口等。以提高学生设计能力为目标，介绍智能仪器总体设计、电路设计及实现、软件设计、抗干扰措施及减少测量误差的设计方法。本书介绍智能仪器的一些新技术，理论联系实际，实用性强。
　　本书是测控技术与仪器、自动化及相关专业本科生教材，也可供测控技术、自动化、电子、电力、机电一体化、计算机应用等领域的工程技术人员参考。

目录

前言
章　绪论
　1.1　概述
　　1.1.1　仪器仪表的重要性
　　1.1.2　从传统仪器到智能仪器
　1.2　智能仪器的结构和特点
　　1.2.1　智能仪器的结构
　　1.2.2　智能仪器的主要特点
　1.3　智能仪器的发展
　　1.3.1　智能仪器的发展趋势
　　1.3.2　促进智能仪器发展的新技术
　　1.3.3　基于知识的高级智能仪器
　思考题与习题
第2章　智能仪器中的微处理器
　2.1　智能仪器中微处理器的选择
　2.2　MCS-51系列单片机
　　2.2.1　基本型单片机
　　2.2.2　精简型单片机
　　2.2.3　精简增强型单片机
　　2.2.4　高档型单片机
　2.3　PIC系列单片机
　2.4　68系列单片机
　2.5　MSP-430系列单片机
　2.6　ARM单片机
　　2.6.1　AT91系列ARM单片机
　　2.6.2　LPC2100/LPC2200系列ARM单片机
　　2.6.3　EP系列ARM单片机
　　2.6.4　ARM单片机的选择
　　2.6.5　ARM单片机的应用
　2.7　数字信号处理器
　　2.7.1　DSP的特点
　　2.7.2　TI公司的TMS320系列DSP
　　2.7.3　TMS320C2000系列DSP简介
　　2.7.4　DSP在智能仪器中的应用
　思考题与习题
第3章　数据采集技术
　3.1　概述
　3.2　测量放大器
　　3.2.1　基本要求
　　3.2.2　通用测量放大器
　　3.2.3　可编程测量放大器
　　3.2.4　隔离放大器
　　3.2.5　放大器的设置
　3.3　模拟多路转换器MUX
　　3.3.1　模拟多路转换器的功能
　　3.3.2　模拟多路转换器的配置
　　3.3.3　常用的半导体多路转换器芯片
　　3.3.4　多路测量通道的串音问题
　3.4　采样保持电路
　　3.4.1　采样保持器设置原则
　　3.4.2　采样保持器工作原理
　　3.4.3　常用采样保持器芯片
　　3.4.4　保持电容器的选择
　3.5　A/D转换器（ADC）及其接口设计
　　3.5.1　ADC的主要技术指标
　　3.5.2　与单片机接口的考虑
　　3.5.3　ADC的选择
　　3.5.4　抑制系统误差的方法
　3.6　逐次逼近型A/D转换器及其接口
　　3.6.1　逐次逼近型A/D转换器的基本原理
　　3.6.2　TLC2543介绍及其与微机的接口
　3.7　双积分A/D转换器及其接口
　　3.7.1　双积分A/D转换器的原理
　　3.7.2　ICL7135硬件描述与输出波形
　　3.7.3　ICL7135与MCS-51单片机I/O直接连接接口
　3.8　Σ-Δ型A/D转换器及其接口
　　3.8.1　Σ-Δ型A/D转换器的工作原理
　　3.8.2　Σ-Δ式AD7703介绍
　　3.8.3　AD7703与单片机的接口
　3.9　数据采集系统设计
　　3.9.1　数据采集系统的特性
　　3.9.2　数据采集系统误差分析
　　3.9.3　数据采集系统的误差分配举例
　思考题与习题
第4章　模拟量与控制信号输出系统
第5章　智能仪器外设处理技术
第6章　智能仪器中的通信接口技术
第7章　智能仪器的自检与抗干扰技术
第8章　数据处理及程序设计
第9章　智能仪器设计及实例
参考文献

作者介绍

文摘

序言

《电子系统设计与集成》 内容简介 本书旨在为读者提供全面而深入的电子系统设计与集成知识体系，涵盖从基础理论到高级应用的全方位内容。我们致力于引导读者理解现代电子设备的核心构建原理，掌握从概念构思到实际落地的全过程，并培养其在复杂电子系统中进行有效设计、优化与集成的能力。 第一部分：电子系统设计基础 本部分将为读者构建扎实的电子系统设计理论基础。我们将从最基础的模拟与数字电路原理入手，深入剖析晶体管、运算放大器、逻辑门等基本元器件的特性与应用，讲解电路分析的常用方法，如节点电压法、网孔电流法等。在此基础上，我们将进一步探讨滤波电路、振荡电路、放大电路等经典模拟电路的设计与仿真。 紧接着，我们将转向数字电路领域，详细介绍组合逻辑电路与时序逻辑电路的设计方法。读者将学习布尔代数、卡诺图化简、状态机设计等核心概念，并了解常用数字集成电路的家族（如TTL、CMOS）及其特点。我们将通过实例讲解如何利用数字逻辑原理构建更复杂的电路模块，为后续系统设计打下坚实基础。 此外，本部分还将介绍电路设计与仿真的常用工具，如SPICE、Multisim、OrCAD等，并提供相应的操作指南和案例分析，帮助读者掌握从原理图绘制到仿真验证的完整流程。强调在设计初期进行充分仿真对于减少后期硬件调试难度和优化设计性能的重要性。 第二部分：微控制器与嵌入式系统设计 微控制器（MCU）是现代电子系统不可或缺的核心组成部分。本部分将深入介绍微控制器的架构、指令集、存储器组织以及各种外围接口（如GPIO、ADC、DAC、UART、SPI、I2C）。我们将选取当前市场上主流的微控制器系列，如ARM Cortex-M系列、AVR系列等，进行详细讲解，并提供实际操作示例。 读者将学习如何利用C/C++语言进行嵌入式软件开发，包括中断处理、定时器应用、低功耗设计等关键技术。我们将重点关注实时操作系统（RTOS）的应用，介绍其任务调度、进程间通信、内存管理等核心机制，并引导读者如何选择和使用合适的RTOS来构建复杂、可靠的嵌入式系统。 本部分还将涵盖嵌入式系统硬件接口设计，包括传感器接口、执行器接口、通信接口的选型与驱动开发。我们将通过多个实际项目案例，展示如何将微控制器与传感器、显示器、通信模块等集成在一起，构建功能完整的嵌入式应用，例如智能家居控制系统、工业自动化监测单元等。 第三部分：通信接口与网络集成 现代电子系统往往需要与其他设备或系统进行信息交换，因此对通信接口和网络集成的深入理解至关重要。本部分将详细介绍各种主流的串行通信接口，如UART、SPI、I2C、USB，并分析它们在不同应用场景下的优缺点及适用性。我们将提供具体的通信协议分析和数据传输实践。 无线通信部分将涵盖Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee等常见无线技术，介绍它们的通信原理、协议栈以及在嵌入式系统中的应用。读者将学习如何利用相应的模块和库来实现无线数据传输和设备间的互联互通。 在有线网络方面，我们将重点讲解以太网接口的设计与应用，包括TCP/IP协议栈的基本概念、Socket编程以及如何构建简单的网络应用。对于更高级的网络集成，我们将介绍CAN总线、RS-485等工业通信协议，以及如何构建分布式控制系统。 本部分还将涉及物联网（IoT）相关的通信技术和平台，探讨如何将嵌入式设备连接到云端，实现数据的采集、存储、分析和远程控制。我们将引导读者理解MQTT、CoAP等IoT通信协议，并介绍一些主流的IoT开发平台。 第四部分：电源管理与信号完整性 一个稳定可靠的电子系统离不开精巧的电源设计和良好的信号完整性。本部分将深入探讨各种电源管理技术，包括线性稳压器、开关稳压器（DC-DC转换器）的设计原理、效率优化和纹波抑制。我们将分析不同电源拓扑的优劣，并指导读者如何根据系统需求选择合适的电源解决方案。 在信号完整性方面，我们将从电磁兼容（EMC）和电磁干扰（EMI）的基本原理出发，详细讲解PCB布局布线对信号质量的影响。读者将学习到差分信号、高速信号的走线规则，包括阻抗匹配、回流路径设计、串扰抑制等。 本部分还将介绍去耦电容、滤波器的选择与放置原则，以及接地策略的重要性。我们将通过仿真和实际案例，展示如何通过良好的PCB设计来确保信号的无失真传输，提高系统的稳定性和可靠性。 第五部分：系统集成与测试验证 将独立的硬件模块和软件代码整合成一个完整的电子系统是设计过程中至关重要的一环。本部分将系统性地介绍电子系统的集成流程，包括模块化设计思想、接口定义与管理、软硬件协同调试。 我们将详细阐述各种测试与验证方法，包括单元测试、集成测试、系统测试以及性能测试。读者将学习如何设计测试用例，利用示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪等专业测试仪器进行关键参数的测量与分析。 此外，本部分还将介绍故障排除与优化技术，当系统出现问题时，如何运用系统化的思维方法进行问题定位，并提出相应的解决方案。我们将强调迭代式设计和持续优化的重要性，以不断提升电子系统的性能、可靠性和功耗效率。 第六部分：前沿技术与发展趋势 为了使读者能够紧跟电子技术发展的步伐，本部分将对当前一些前沿技术和未来发展趋势进行介绍。这包括人工智能（AI）在嵌入式系统中的应用，如边缘计算、机器学习硬件加速；可穿戴设备的设计挑战与机遇；低功耗广域网（LPWAN）技术及其在物联网中的作用；以及FPGA在复杂逻辑设计和原型验证中的应用。 我们还将探讨新兴的电子材料、先进的封装技术以及绿色电子设计理念。通过对这些内容的介绍，旨在激发读者对未来电子系统设计的探索欲，培养其持续学习和创新的能力。 学习目标 通过学习本书，读者将能够： 掌握电子系统设计的基础理论与方法。 熟练运用微控制器和嵌入式技术进行系统开发。 理解并设计各种通信接口与网络集成方案。 掌握有效的电源管理与信号完整性设计技术。 具备系统集成、测试验证与故障排除能力。 了解电子设计领域的前沿技术与发展趋势。 本书适用于高等院校电子信息工程、自动化、计算机科学与技术等专业的本科生、研究生，以及从事相关领域的研发工程师和技术爱好者。我们相信，本书将成为您掌握电子系统设计精髓、迈向卓越电子工程师之路的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

我对电子测量和信号完整性方面的书籍总有种特殊的亲近感，因为很多时候，设计的失败并非败于算法的复杂性，而是源于对物理层面的忽视。因此，对于这本基础教材，我非常好奇它在“硬件实现”层面的讲解深度。设计一台智能仪器，本质上就是设计一台高度集成的电子设备。书中是否详尽地讨论了电源完整性（Power Integrity）和信号完整性（Signal Integrity）的基础知识？例如，高速数字信号的串扰问题，以及模拟地和数字地如何有效隔离以防止低频噪声耦合。在涉及模拟前端设计时，诸如ADC/DAC的选择标准——有效位数（ENOB）、采样率、参考电压的稳定性和噪声特性——这些“硬指标”的选取逻辑，是判断一本教材是否“硬核”的关键。此外，现代仪器越来越强调小型化和便携性，这本书是否有探讨过PCB布局的经验法则，特别是在高密度集成和电磁兼容性（EMC）设计方面的基本原则。一个优秀的仪器设计者，必须是“电子学的半个专家”，如果这本教材能打下坚实的硬件基础，它就超越了一般意义上的“编程指导书”。

评分☆☆☆☆☆

阅读那些介绍特定领域仪器（比如医疗成像或工业检测）的书籍时，我常常感到知识的碎片化，因为它们往往跳过了最基础的共性问题。我更倾向于那些能提供一个宏观视角，建立起设计通用框架的教材。从这个角度看，《智能仪器设计基础》的定位非常关键。它应该是一部关于“如何思考设计”的指南，而非“如何操作某款芯片”的说明书。我期望它能系统地梳理出设计流程中的标准化模块：输入模块、处理模块、输出与人机交互模块。特别是人机界面（HMI）的设计，这是“智能”体验的关键。它如何引导用户高效地配置、监测和接收结果？是采用简单的字符界面，还是引入图形化触摸屏的交互逻辑？更重要的是，如何将仪器设计与现代工业标准如IEEE 488、USB或以太网等通信协议有机结合起来，实现数据的远程采集和控制。一本好的基础教材，应当能让学生在学习完后，面对任何一种新的测量任务时，都能迅速在脑海中构建出一个可行的、符合行业规范的系统蓝图。

评分☆☆☆☆☆

这本《智能仪器设计基础》听起来绝对是工科院校的经典教材，想必内容上定是紧密围绕着传感、信号处理、微控制器应用这些核心技术展开的。我手上正好有一本关于现代控制系统的参考书，那本更侧重于理论推导和复杂的算法实现，读起来需要相当深厚的数学功底。我猜想，这本“十一五”规划教材，应该会更注重工程实践和基础概念的构建，毕竟是面向本科生的入门或核心课程教材。它大概会花大篇幅讲解如何选择合适的传感器来采集物理量，比如温度、压力、流量，并深入讨论这些信号在转化为数字信号前后的误差来源与抑制方法，像是噪声的滤波技术，这部分内容在实际工程中是至关重要的。此外，设计一个智能系统，离不开对微处理器的选型和基础编程，我想书中必然会详细介绍一些主流的嵌入式平台，以及如何用C/C++或汇编语言实现对外部硬件的精确控制和数据运算。如果它能配上足够多的实际案例分析，比如一个简单的PID控制回路是如何在仪器中实现的，或者一个数据采集系统的软硬件协同设计流程，那对于初学者来说，无疑是极好的敲门砖，能让人迅速建立起“仪器”这个实体概念，而不是仅仅停留在书本上的抽象模型。真正好的教材，是能让人在合上书本后，马上就能动手画出系统框图并开始选型器件的。

评分☆☆☆☆☆

读完一本关于光学传感原理的专著后，我深深体会到理论的深度令人敬畏，但同时，也感受到了实践操作的鸿沟。因此，一本优秀的仪器设计教材，必须架起这座桥梁。我期待这本《智能仪器设计基础》能提供一个非常扎实的“设计方法论”。它不应该只是罗列技术名词，而应该教会读者一套科学的、可重复的、面向全生命周期的设计流程。比如，从需求分析阶段开始，如何将模糊的“精确测量”转化为具体的性能指标，如精度等级、响应时间、功耗限制等。接着，在系统架构设计时，如何平衡成本、性能与可靠性这“三驾马车”。我特别关注教材中对“智能”二字的诠释，它是否涵盖了模糊逻辑、专家系统在仪器诊断或自适应控制中的应用，还是仅限于传统的反馈控制和简单的状态监测。如果它能引入现代的EDA工具的使用指导，哪怕只是概念性的介绍，比如如何用LabVIEW或MATLAB/Simulink进行虚拟仿真和调试，那将大大提升教材的前瞻性和实用价值。设计不是一蹴而就的，它是一个充满权衡和妥协的迭代过程，这本书如果能体现出这种思想，那就是一本成功的工程教育读物。

评分☆☆☆☆☆

回顾我早期学习自动控制理论时的经历，虽然公式推导很扎实，但脱离了实际的物理载体去谈论“校正”和“稳定性”，总觉得隔着一层纱。因此，一本优秀的“设计基础”教材，必须能够有效地将理论与物理世界建立联系。我非常希望这本教材能提供丰富的、来自不同物理领域的案例研究，而非仅仅局限于电阻、电容这样基础元件。比如，如何设计一个能抗击强电磁干扰的精密流量计，或者如何应对高动态范围下热电偶信号的非线性补偿问题。这种对具体工程挑战的剖析，能让学生理解理论工具的适用边界和局限性。此外，智能仪器的“智能”往往体现在其自检和自校准能力上。书中是否探讨了如何设计冗余机制，如何嵌入诊断算法来判断传感器漂移或执行器失效？这种主动维护和容错设计的思想，是区分传统测量设备和现代智能系统的分水岭。只有理解了这些复杂的工程取舍，才能真正掌握设计的精髓，培养出能解决实际问题的工程师思维。