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第1章 概论1

1.1概述1

1.1.1测控仪器的概念1

1.1.2测控仪器和系统的地位与作用2

1.2测控仪器的基本构成3

1.2.1测控仪器的基本构成3

1.2.2测控仪器的功能特点4

1.3测控仪器的发展状况与前景5

1.3.1测控仪器的发展状况5

1.3.2虚拟仪器7

1.4本课程的目的与要求10

第2章 测控仪器总体设计11

2.1设计指导思想和设计步骤11

2.1.1测控仪器性能指标11

2.1.2设计指导思想12

2.1.3设计步骤13

2.2测控仪器的组成及设计任务分析14

2.2.1测控仪器的组成14

2.2.2设计任务分析16

2.3测控仪器设计原则17

2.3.1从原理出发提高精度的原则17

2.3.2变形最小原则18

2.3.3坐标系基准统一原则18

2.3.4最短测量链原则18

2.3.5精度匹配原则18

2.3.6运动学设计原则19

2.3.7阿贝原则19

2.3.8硬件、软件协调优化设计原则19

2.3.9可靠性原则19

2.3.10经济性原则19

2.4测控仪器可靠性设计20

2.4.1可靠性设计意义20

2.4.2可靠性设计基本原则和任务20

2.4.3可靠性设计基本内容21

2.4.4可靠性设计步骤23

第3章 仪器误差分析24

3.1仪器误差基本概念24

3.1.1误差定义及表示法24

3.1.2误差类型25

3.1.3精度27

3.2仪器误差来源与性质28

3.2.1原理误差28

3.2.2原始误差29

3.3仪器误差分析与计算29

3.3.1误差独立作用原理29

3.3.2微分法30

3.3.3几何法30

3.3.4逐步投影法31

3.3.5作用线与瞬时臂法32

3.4仪器误差合成32

3.4.1随机误差合成32

3.4.2系统误差合成33

3.4.3系统误差与随机误差合成34

3.5仪器误差分配35

3.5.1系统误差分配35

3.5.2随机误差和未定系统误差分配36

3.5.3按可能性调整公差36

第4章 测控仪器硬件电路设计38

4.1电路系统的设计准则38

4.1.1测控电路的组成及作用38

4.1.2对测控电路的一般要求39

4.1.3电路系统的设计准则40

4.2典型传感器接口电路设计41

4.2.1热电阻接口电路41

4.2.2电容传感器接口电路42

4.2.3电位器式传感器接口电路43

4.2.4差分变压器式传感器接口电路44

4.2.5压阻式压力传感器接口电路45

4.2.6压电晶体传感器接口电路46

4.2.7光电二极管接口电路46

4.3中央处理模块设计47

4.3.1以计算机为核心的中央处理系统47

4.3.2基于单片机的主机电路48

4.3.3基于微型计算机的主机电路56

4.4输入输出通道及通信接口设计57

4.4.1模拟输入通道57

4.4.2模拟输出通道64

4.4.3开关量输入／输出通道67

4.4.4测控仪器通信接口71

4.5测控仪器的抗干扰技术及可靠性设计73

4.5.1测控仪器电路系统的抗干扰技术73

4.5.2电路系统的可靠性与故障诊断技术75

第5章 测控仪器软件设计77

5.1接口程序设计77

5.1.1 ADC0809与8031接口程序77

5.1.2 DAC0832与8031接口程序78

5.1.3人-机接口程序79

5.2控制算法84

5.2.1测量数据处理有效性85

5.2.2克服随机误差的数字滤波法85

5.3数字PID控制算法87

5.3.1位置式和增量式PID控制算法87

5.3.2改进的PID控制算法89

5.4自动量程转换与标度变换92

5.4.1量程自动转换电路的控制92

5.4.2标度变换92

5.5校正算法95

5.5.1系统误差模型的建立95

5.5.2零位误差和增益误差的校正98

5.6硬件故障的自诊断99

第6章 测控仪器设计实例101

6.1数字温控器的设计101

6.1.1数字温控器的设计要求101

6.1.2数字温控器设计任务分析101

6.1.3数字温控器硬件设计102

6.1.4数字温控器软件设计107

6.2光栅位移显示仪的设计111

6.2.1光栅位移显示仪设计要求111

6.2.2光栅位移检测原理111

6.2.3光栅位移显示仪总体方案设计111

6.2.4光栅位移显示仪硬件设计112

6.2.5光栅位移显示仪软件设计115

参考文献118