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第1章 概论1

1．1 引论1

1．1．1 智能机电一体化1

1．1．2 测控仪器仪表3

1．2 微机测控应用系统设计的主要内容6

1．2．1 微机测控系统的结构6

1．2．2 微机测控系统的设计7

1．3 微机测控系统的发展8

1．3．1 集中型测控系统8

1．3．2 分布式测控系统9

1．3．3 集散控制系统9

1．3．4 现场总线测控系统10

习题与思考题11

第2章 微机测控系统主要检测参数及传感器12

2．1 微机测控系统中主要检测参数12

2．2 传感器技术13

2．2．1 温度传感器13

2．2．2 压力传感器18

2．2．3 转速及线速度传感器19

2．2．4 振动传感器23

2．2．5 烟度（气敏）传感器24

2．2．6 光电（明火）传感器24

2．2．7 电流、电压传感器24

2．2．8 流量传感器26

2．2．9 CCD图像传感器27

2．2．10 倾角传感器27

2．2．11 位移传感器28

2．2．12 激光测距传感器30

习题与思考题31

第3章 微机检测与控制系统微处理器32

3．1 Intel 51系列及96系列单片机32

3．1．1 MCS-51系列单片机32

3．1．2 MCS-96系列单片机37

3．2 数字信号处理器DSP48

3．2．1 DSP特殊功能与特点48

3．2．2 DSP内部结构52

3．3 嵌入式微处理器ARM53

3．3．1 RICS体系结构54

3．3．2 ARM处理器系列55

3．3．3 ARM7体系结构55

3．4 现场可编程门阵列63

3．4．1 FPGA结构63

3．4．2 FPGA设计方法简介66

习题与思考题68

第4章 输入通道技术69

4．1 电阻变化信号提取技术69

4．1．1 恒流供电检测技术69

4．1．2 电桥法检测技术70

4．2 电压信号放大技术70

4．2．1 基本电路及理想特征70

4．2．2 常用运算放大器71

4．2．3 仪表放大器71

4．2．4 增益可编程控制集成运算放大器72

4．2．5 AD620低价格、低功耗仪器用放大器72

4．3 输入通道配置技术73

4．3．1 输入通道的基本形式73

4．3．2 信号隔离技术73

4．3．3 多路切换技术75

4．3．4 多路信号采集系统应用举例76

4．3．5 V/F、F/V变换技术76

4．3．6 A/D变换技术78

4．3．7 开关量输入的CPU接口86

4．3．8 MCS-96系列单片机HSI中断子程序和A/D变换子程序88

4．3．9 单总线4通道A/D变换器DS245089

4．3．10 键盘输入技术和触摸屏技术99

4．4 单片机采集系统举例103

4．4．1 单片机对频率量的采集103

4．4．2 单片机对于多路模拟量的循环采集106

4．5 实时时钟技术106

4．5．1 RAM插座DS1216B106

4．5．2 实时时钟集成电路DS1287和DS12887110

4．5．3 微电流充电式实时时钟芯片DS1302114

习题与思考题119

第5章 输出通道技术120

5．1 输出通道基本结构120

5．2 输出接口隔离技术120

5．2．1 正向驱动120

5．2．2 反向驱动（输出为OC门）121

5．3 继电器输出驱动技术122

5．3．1 电流和电压继电器122

5．3．2 时间继电器122

5．3．3 热（温度）继电器123

5．3．4 固态继电器123

5．3．5 晶闸管126

5．3．6 继电器选用及驱动电路设计126

5．4 输出显示技术128

5．4．1 LED数码管定义及扫描方式128

5．4．2 LED显示器驱动实例129

5．4．3 FYD12864液晶显示模块134

5．5 模拟仪表驱动技术137

5．5．1 D/A变换器AD558137

5．5．2 MAX528/529串行D/A变换器138

5．6 语音技术141

5．6．1 概述141

5．6．2 串行大容量ISD语音芯片的功能原理142

5．6．3 ISD40003系列语音芯片分段录放功能的开发143

5．6．4 基于PC的ISD语音开发装置简介144

5．6．5 ISD语音芯片的应用145

5．7 步进电动机控制技术146

5．7．1 步进电动机的工作原理147

5．7．2 步进电动机的方向控制147

5．7．3 步进电动机控制的软件设计148

5．7．4 步进电动机的特点149

5．7．5 步进电动机的驱动150

5．8 直流伺服电动机155

5．8．1 直流伺服电动机运行特性155

5．8．2 直流伺服电动机接口156

5．8．3 与执行机构配用的接口集成电路156

5．9 微型打印机156

5．9．1 TPup-40T串行微型打印机156

5．9．2 RD-T系列微型打印机158

5．10 水阻极板控制输出电路实例162

习题与思考题164

第6章 总线接口技术165

6．1 总线的接口概述165

6．1．1 总线的分类165

6．1．2 总线功能166

6．1．3 总线握手166

6．1．4 总线约定或协议167

6．1．5 同步总线传输与非同步总线传输167

6．2 串行总线接口技术171

6．2．1 SPI总线技术171

6．2．2 I2C总线技术177

6．2．3 1-Wire（单总线）总线技术184

6．3 ISA总线190

6．3．1 ISA总线插槽190

6．3．2 ISA总线引脚定义192

6．3．3 ISA总线的特点195

6．4 PCI总线196

6．4．1 PCI总线概述196

6．4．2 PCI总线命令及总线协议199

6．4．3 PCI总线的数据传输过程201

6．4．4 基于PCI总线的数据采集系统的应用203

6．5 GPIB总线205

6．5．1 GPIB总线概述205

6．5．2 GPIB接口芯片210

6．5．3 应用电路设计215

6．6 VXI总线220

6．6．1 VXI总线规范221

6．6．2 VXI总线接口电路223

6．7 PXI总线225

6．7．1 PXI总线接口227

6．7．2 PXI Express总线228

6．8 软件例程230

6．8．1 45D041操作源程序230

6．8．2 I2C操作源程序235

习题与思考题240

第7章 通信技术241

7．1 并行通信设计241

7．1．1 用并行接口芯片8255实现并行通信241

7．1．2 利用IDT7132/134双口RAM实现并行通信242

7．1．3 利用DS1609双口RAM进行并行通信243

7．2 串行通信技术244

7．2．1 串行异步通信方式下的三种同步机制245

7．2．2 PC与单片机之间的双机串行通信技术245

7．2．3 80C196KB单片机与单片机之间的多机通信249

7．2．4 PC为主机的多机通信250

7．2．5 RS-485、RS-422通信技术251

7．3 现场总线技术255

7．3．1 现场总线概述255

7．3．2 CAN总线261

7．3．3 LonWorks技术与LON总线267

7．4 无线通信技术275

7．4．1 IEEE802．11b协议275

7．4．2 蓝牙技术278

7．4．3 ZigBee技术283

习题与思考题289

第8章 数据记录与转储技术290

8．1 数据记录压缩算法290

8．1．1 数据记录存储介质290

8．1．2 车载数据记录压缩算法294

8．2 数据转储技术299

8．2．1 串行口转储技术299

8．2．2 USB转储技术307

8．2．3 IC卡转储技术310

8．2．4 无线智能卡技术311

习题与思考题317

第9章 微机系统抗干扰技术318

9．1 微机系统抗干扰设计318

9．1．1 主要干扰源318

9．1．2 电源干扰和接地干扰318

9．1．3 I/O通道干扰321

9．1．4 空间静电干扰321

9．1．5 印制电路板抗干扰设计322

9．1．6 软件抗干扰设计323

9．2 型式试验与电磁兼容324

9．2．1 型式试验324

9．2．2 电磁兼容329

习题与思考题336

第10章 微机检测与控制系统应用实例337

10．1 电力机务段车顶钥匙管理系统设计337

10．1．1 应用背景337

10．1．2 系统总体方案设计337

10．1．3 室外智能节点设计338

10．1．4 室内钥匙管理柜设计342

10．1．5 中央控制计算机软件设计344

10．2 铁路线路限界检测系统设计345

10．2．1 应用背景345

10．2．2 系统总体方案设计345

10．2．3 基于FPGA的限界检测系统PCI同步采集卡设计347

10．2．4 现场实验355

10．3 京沪高铁施工侵限报警装置设计356

10．3．1 应用背景356

10．3．2 系统总体方案356

10．3．3 异物侵限检测系统详细设计357

参考文献364