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1概述1

1.1仪器仪表的技术发展1

1.1.1现代仪器仪表的分类1

1.1.2现代仪器仪表的发展趋势2

1.1.3现代仪器仪表发展的关键技术3

1.2智能仪表的功能和组成5

1.2.1智能仪表的主要功能5

1.2.2智能仪表的基本组成6

1.3智能仪表的设计思想和研制步骤7

1.3.1智能仪表的基本设计思想7

1.3.2智能仪表的设计研制步骤8

1.4智能仪表的开发工具14

1.4.1开发系统的功能14

1.4.2嵌入式系统的软件技术和开发工具平台14

习题与思考题一19

2仪表主机电路设计20

2.1由MCS51单片微机构成的主机电路20

2.1.1 MCS51/52单片微型计算机20

2.1.2主机电路34

2.2带ARM核的处理器芯片39

2.2.1 ARM处理器概述39

2.2.2带ARM核的处理器芯片S3C44B0X40

习题与思考题二42

3过程输入／输出通道设计44

3.1模拟量输入通道44

3.1.1模拟输入通道的结构44

3.1.2 A/D转换芯片及其与单片机的接口45

3.1.3模拟量输入通道的其他器件69

3.1.4模拟量输入通道设计举例74

3.2模拟量输出通道75

3.2.1模拟量输出通道的结构76

3.2.2 D/ A转换芯片及其与单片机的接口76

3.2.3模拟量输出通道设计实例84

3.3开关量输入／输出通道86

3.3.1开关量输入／输出通道的结构86

3.3.2开关量输入／输出通道设计举例87

习题与思考题三88

4人-机接口电路设计90

4.1显示器接口90

4.1.1 LED显示器90

4.1.2点阵式LED显示器93

4.1.3 LCD显示器93

4.1.4点阵式LCD显示器96

4.1.5液晶驱动芯片102

4.2键盘接口107

4.2.1键盘结构和类型107

4.2.2抖动与串键108

4.2.3非编码式键盘接口电路108

4.2.4编码式键盘接口电路110

4.3打印机接口117

4.3.1打印原理118

4.3.2 GP—16微型打印机接口118

4.3.3 PP—40彩色描绘器接口121

习题与思考题四125

5智能仪表通信原理与接口设计126

5.1引言126

5.2串行总线通信127

5.2.1 RS—232C127

5.2.2 RS—422与RS—485串行接口标准129

5.2.3串行通信参数130

5.2.4串行通信工作模式及流量控制131

5.2.5基于单片机的智能仪表与PC机数据通信132

5.2.6应用实例136

5.3通用串行总线USB139

5.3.1 USB的特点139

5.3.2 USB的物理接口和电气特性140

5.3.3 USB的系统的组成141

5.3.4 USB通信流142

5.3.5 USB的传输方式143

5.3.6 USB交换的包格式144

5.3.7 USB接口芯片146

5.3.8基于USB2.0的高速数据采集系统设计147

5.4现场总线技术及现场总线智能仪表150

5.4.1现场总线的体系结构与特点150

5.4.2几种有影响的现场总线151

5.4.3现场总线智能仪表152

5.5工业以太网及其通信程序设计153

5.5.1概述153

5.5.2以太网在SCADA系统中的应用154

5.5.3以太网控制装置的通信程序设计155

5.5.4 Socket基本技术介绍155

5.5.5基于PC—104嵌入式控制器的SCADA系统中以太网通信程序的设计158

5.6电力线载波通信技术及其在自动抄表系统中的应用163

5.6.1电力线载波通信概述163

5.6.2电力线载波通信原理与方法164

5.6.3常用电力线载波通信芯片165

5.6.4基于电力线载波通信的自动抄表系统结构和功能166

5.6.5基于PL2000A芯片的电力线载波通信系统设计167

5.7短程无线通信与蓝牙技术177

5.7.1短程无线通信技术概述177

5.7.2蓝牙通信技术178

5.7.3蓝牙芯片组及其实用连接技术180

5.7.4基于蓝牙技术的便携式数据采集装置182

5.8 ZigBee短程无线通信技术186

5.8.1 ZigBee协议标准187

5.8.2 ZigBee的特点和组网方式191

5.8.3 ZigBee的技术支持192

5.8.4 ZigBee技术在无线水表中的应用193

习题与思考题五196

6智能仪表的抗干扰技术197

6.1干扰分析197

6.1.1电磁干扰分析197

6.1.2干扰进入的渠道200

6.2智能仪表的硬件抗干扰技术201

6.2.1串模干扰的抑制201

6.2.2共模干扰的抑制203

6.2.3隔离技术206

6.2.4接地技术213

6.2.5屏蔽技术216

6.2.6电源抗干扰设计217

6.3软件抗干扰技术219

6.3.1干扰对智能仪表造成的后果219

6.3.2软件抗干扰的前提条件220

6.3.3冗余技术220

6.3.4软件陷阱技术221

习题与思考题六227

7监控程序229

7.1软件设计方法229

7.1.1结构化设计和编程229

7.1.2软件功能测试230

7.1.3软件的运行、维护和改进232

7.2监控程序设计232

7.2.1概述232

7.2.2监控主程序233

7.2.3初始化管理234

7.2.4键盘管理234

7.2.5显示管理238

7.2.6中断管理239

7.2.7时钟管理241

7.2.8手-自动控制242

7.2.9自诊断处理242

习题与思考题七243

8智能仪表的测量与控制算法244

8.1测量算法244

8.1.1克服随机误差的软件算法（数字滤波）244

8.1.2克服系统误差的软件算法250

8.1.3量程自动切换与工程量变换260

8.2控制算法263

8.2.1 PID控制算法263

8.2.2智能控制算法273

8.3多传感器信息融合技术291

8.3.1多传感器信息融合的基本概念291

8.3.2多传感器信息融合的基本原理292

8.3.3多传感器信息融合系统的模型及结构293

8.3.4多传感器信息融合的分类296

8.3.5多传感器信息融合的主要数学工具297

8.3.6多传感器信息融合的应用298

习题与思考题八300

9智能仪表设计实例301

9.1设计准则301

9.2设计实例303

9.2.1温度程序控制仪303

9.2.2变频调速控制器313

9.2.3多通道pH控制器316

9.2.4水表智能抄表系统319

9.2.5以太网控制器324

9.3仪表调试334

9.3.1常见故障334

9.3.2调试方法335

习题与思考题九337

10虚拟仪器技术及应用339

10.1引言339

10.1.1什么是虚拟仪器339

10.1.2虚拟仪器与传统仪器的比较340

10.1.3虚拟仪器的分类341

10.1.4虚拟仪器产品的国内外发展和应用状况344

10.1.5虚拟仪器系统与SCADA系统344

10.1.6虚拟仪器技术的发展前景与展望345

10.2虚拟仪器系统组成与硬件结构345

10.2.1虚拟仪器系统组成345

10.2.2虚拟仪器系统硬件构成346

10.3虚拟仪器软件体系结构347

10.3.1虚拟仪器软件架构的发展347

10.3.2虚拟仪器软件架构VISA348

10.3.3虚拟仪器设备的互换性和互操作性350

10.4仪器驱动程序开发354

10.4.1 VPP仪器驱动程序模型354

10.4.2 VISA函数的应用356

10.5虚拟仪器软件开发平台359

10.5.1 LabWindows/CVI的组成、功能及特点360

10.5.2 LabWindows/CVI开发环境介绍361

10.5.3 LabVIEW简介366

10.6虚拟仪器系统的设计及应用实例371

10.6.1虚拟仪器系统的设计371

10.6.2虚拟仪器系统开发应用实例372

习题与思考题十377

参考文献378