計算機(jī)測試與控制技術(shù)

第1章 緒 論/1

1.1 測試與控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展/1

1.1.1 測試與控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域/1

1.1.2 計算機(jī)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展/2

1.2 計算機(jī)測試系統(tǒng)的組成和典型應(yīng)用 /3

1.2.1 計算機(jī)測量系統(tǒng) / 3

1.2.2 智能儀器———微型計算機(jī)與測量儀器的有機(jī)結(jié)合 / 4

1.2.3 計算機(jī)過程測試系統(tǒng) // 5

1.2.4 計算機(jī)智能測試系統(tǒng) // 7

1.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成與典型應(yīng)用 / 10

1.3.1 程序控制和順序控制系統(tǒng) /10

1.3.2 過程監(jiān)測與操作指導(dǎo)系統(tǒng) /10

1.3.3 計算機(jī)反饋控制系統(tǒng) / 11

1.3.4 計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng) / 12

1.3.5 集散型控制系統(tǒng) / 12

1.3.6 計算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò) /14

1.4 計算機(jī)測控系統(tǒng) /15

1.4.1 測控系統(tǒng)硬件組成/15

1.4.2 測控系統(tǒng)軟件 / 17

1.5 本書的內(nèi)容組織 /17

習(xí)題與思考題 /18

參考文獻(xiàn) /18

第2章 微機(jī)測控系統(tǒng)常用總線 / 19

2.1 總線概述 / 19

2.1.1 總線的作用和分類// 19

2.1.2 系統(tǒng)總線上的數(shù)據(jù)傳輸 / 20

2.2 ISA總線和PC 104總線// 22

2.2.1 ISA總線 / 22

2.2.2 PC 104總線 / 27

2.3 PCI總線 / 28

2.3.1 PCI總線的特點(diǎn)和主要性能指標(biāo)/ 28

2.3.2 PCI總線信號線/ 30

2.3.3 PCI總線命令 / 36

2.3.4 PCI總線上的數(shù)據(jù)傳輸過程 / 39

2.4 VME總線 / 42

2.4.1 VME總線引腳定義 // 43

2.4.2 VME總線系統(tǒng)的中斷響應(yīng)過程 / 46

2.5 常用串行通信總線 / 47

2.5.1 串行通信概述 / 47

2.5.2 RS 232C總線 / 52

2.5.3 RS 422A和RS 485總線 /62

2.5.4 幾種串行總線的比較 /64

2.6 USB和IEEE 1394通用串行總線 /64

2.6.1 USB總線 /64

2.6.2 高性能串行總線IEEE 1394 /83

2.7 現(xiàn)場總線 / 84

2.7.1 現(xiàn)場總線的概念 / 84

2.7.2 幾種流行的現(xiàn)場總線 /87

2.7.3 現(xiàn)場總線的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢 /90

習(xí)題與思考題 / 91

參考文獻(xiàn) /92

第3章 測控系統(tǒng)接口技術(shù) /93

3.1 接口的作用與分類 / 93

3.2 人機(jī)接口 / 94

3.2.1 鍵盤接口 /94

3.2.2 顯示器接口 /102

3.2.3 打印機(jī)接口 /112

3.2.4 鼠標(biāo)器接口 / 117

3.2.5 觸摸屏及其接口 /119

3.3 過程通道接口/ 124

3.3.1 模擬量輸入通道 /124

3.3.2 模擬量輸出通道 /144

3.3.3 開關(guān)量輸入通道 /158

3.3.4 開關(guān)量輸出通道 / 162

3.4 傳感器接口 / 165

3.4.1 信號調(diào)理放大器 /165

3.4.2 傳感器接口的分類 /169

3.4.3 電阻式傳感器接口 / 170

3.4.4 變電抗式傳感器接口 /177

3.4.5 有源傳感器接口 / 184

3.4.6 數(shù)字式傳感器接口 /196

3.5 串行通信接口/ 202

3.5.1 8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu) / 202

3.5.2 8251A的編程命令 / 203

3.5.3 8251A應(yīng)用舉例 /205

習(xí)題與思考題 / 208

參考文獻(xiàn) / 209

第4章 計算機(jī)控制技術(shù)/ 210

4.1 計算機(jī)順序控制 / 210

4.2 步進(jìn)電機(jī)控制/ 215

4.2.1 步進(jìn)電機(jī)的控制原理 /215

4.2.2 步進(jìn)電機(jī)與微型計算機(jī)的接口 / 216

4.2.3 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 /217

4.2.4 步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分技術(shù)/223

4.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 / 225

4.3.1 模擬化設(shè)計的概念與進(jìn)行步驟 / 225

4.3.2 模擬校正裝置的離散化方法 /228

4.3.3 數(shù)字校正裝置舉例 /232

4.3.4 典型環(huán)節(jié)的離散化 /235

4.4 PID控制算法及數(shù)字PID控制器 /237

4.4.1 基本PID算法 / 237

4.4.2 標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法的改進(jìn) /244

4.4.3 PID控制器的參數(shù)整定/251

4.5 計算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 /256

4.5.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能 /257

4.5.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計 / 257

4.5.3 控制算法及軟件設(shè)計 /259

習(xí)題與思考題 / 268

參考文獻(xiàn) / 268

第5章 基于微型計算機(jī)的測試技術(shù)/ 269

5.1 概 述 / 269

5.1.1 測試與測試系統(tǒng) /269

5.1.2 采用微型計算機(jī)組建測試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) / 270

5.1.3 過程測試系統(tǒng)與智能測試系統(tǒng) / 271

5.1.4 兩類測量系統(tǒng) / 272

5.2 計算機(jī)在測試系統(tǒng)中的作用 /275

5.2.1 組織和管理測試序列 /276

5.2.2 存儲程序、表格和常數(shù) /277

5.2.3 處理測量信號 / 278

5.2.4 實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn) / 280

5.2.5 實(shí)現(xiàn)智能化的輸出顯示 /281

5.2.6 使測試系統(tǒng)的設(shè)計更加靈活 /281

5.2.7 使遠(yuǎn)動控制更加方便 /282

5.3 以微型計算機(jī)為核心的測試系統(tǒng)舉例 / 282

5.3.1 以微型計算機(jī)為核心的數(shù)字多用表 / 282

5.3.2 飛機(jī)電纜自動檢測系統(tǒng) /283

5.3.3 內(nèi)燃機(jī)參數(shù)測試系統(tǒng) /289

5.4 采用微型計算機(jī)的電壓測量 //292

5.4.1 采用成品 A/D轉(zhuǎn)換器的直流電壓測量 / 293

5.4.2 用雙積分法測量直流電壓/297

5.4.3 用電荷平衡法測量直流電壓 /299

5.4.4 交流電壓的測量 / 302

5.5 采用微型計算機(jī)的電流測量 /305

5.5.1 兩種電流輸入型前置放大器 /306

5.5.2 用于檢測大電流的電流輸入前置放大器 / 307

5.5.3 與電流互感器配用的電流輸入前置放大器/ 308

5.6 采用微型計算機(jī)的時間參數(shù)測量 /311

5.6.1 采用微型計算機(jī)的頻率測量 /311

5.6.2 采用微型計算機(jī)的周期測量 /318

5.6.3 采用微型計算機(jī)的相位測量 /318

5.6.4 時間間隔及頻率比的測量/320

5.7 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)/ 321

5.7.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成及主要性能指標(biāo) / 321

5.7.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)舉例 / 327

5.8 微型計算機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計舉例/339

5.8.1 技術(shù)指標(biāo)/ 339

5.8.2 確定測量方案及測量傳感器 /339

5.8.3 溫濕度測量儀硬件設(shè)計 /343

5.8.4 算法及軟件流程設(shè)計 /346

習(xí)題與思考題 / 351

參考文獻(xiàn) / 351

第6章 計算機(jī)測控系統(tǒng)常用算法/353

6.1 算法概述 / 353

6.2 二進(jìn)制定點(diǎn)數(shù)計算 / 354

6.2.1 數(shù)的定點(diǎn)表示法 / 354

6.2.2 定點(diǎn)二進(jìn)制數(shù)的計算 /355

6.3 二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)的計算 / 358

6.3.1 浮點(diǎn)數(shù)表示法 / 358

6.3.2 浮點(diǎn)運(yùn)算原理 / 360

6.3.3 二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)計算程序 /361

6.3.4 定點(diǎn)運(yùn)算與浮點(diǎn)運(yùn)算的比較 /362

6.4 常用函數(shù)的近似計算 / 363

6.4.1 平方根的計算 / 363

6.4.2 利用冪級數(shù)計算常用函數(shù)/364

6.4.3 利用曲線擬合法計算函數(shù)的近似值 / 365

6.5 標(biāo)度變換方法/ 366

6.6 線性化技術(shù) / 367

6.6.1 分段線性化 / 367

6.6.2 用微型計算機(jī)實(shí)現(xiàn)線性化處理 / 369

6.6.3 使用高次多項(xiàng)式的線性化/371

6.7 數(shù)據(jù)平滑算法/ 373

6.7.1 三點(diǎn)數(shù)據(jù)平均 / 373

6.7.2 五點(diǎn)三階多項(xiàng)式平滑 /373

6.8 測量數(shù)據(jù)的微分算法 / 376

6.8.1 微商算法/ 376

6.8.2 利用擬合三階多項(xiàng)式求導(dǎo)數(shù) /376

6.9 數(shù)值積分算法/ 377

6.9.1 矩形法 / 377

6.9.2 梯形法 / 378

6.9.3 拋物線法/ 379

6.9.4 三階多項(xiàng)式內(nèi)插法 / 380

6.9.5 牛頓 柯特斯公式/ 381

6.10 校準(zhǔn)及自檢方法 / 382

6.10.1 測量通道的系統(tǒng)誤差及其校準(zhǔn) / 383

6.10.2 測控系統(tǒng)自檢方法 / 390

習(xí)題與思考題 / 397

參考文獻(xiàn) / 397

第7章 虛擬儀器技術(shù)與自動測試系統(tǒng)/ 398

7.1 虛擬儀器 / 398

7.1.1 虛擬儀器的含義 / 398

7.1.2 虛擬儀器與傳統(tǒng)臺式儀器的區(qū)別 / 399

7.2 儀器總線標(biāo)準(zhǔn)/ 399

7.2.1 GPIB總線 / 400

7.2.2 VXI總線/ 406

7.2.3 PXI總線 / 409

7.2.4 LXI總線/ 416

7.2.5 常用儀器總線模塊的選擇與比較 / 423

7.3 儀器驅(qū)動器模型與實(shí)現(xiàn)機(jī)制 /426

7.3.1 基于 VPP模型的儀器驅(qū)動器 / 427

7.3.2 基于IVI模型的儀器驅(qū)動器 /433

7.4 測試應(yīng)用軟件開發(fā)工具 / 438

7.4.1 LabVIEW / 439

7.4.2 LabWindows/CVI // 440

7.4.3 其他測試開發(fā)工具 / 442

7.5 自動測試系統(tǒng)設(shè)計 / 443

7.5.1 自動測試系統(tǒng)的概念與組成 /443

7.5.2 自動測試系統(tǒng)的應(yīng)用范圍/445

7.5.3 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展概況/446

7.5.4 自動測試系統(tǒng)總體設(shè)計 /448

7.6 自動測試系統(tǒng)硬件設(shè)計 / 450

7.6.1 硬件組成/ 450

7.6.2 硬件需求分析 / 451

7.6.3 測試資源選型 / 452

7.6.4 控制器選型 / 453

7.6.5 開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計 / 453

7.6.6 測試系統(tǒng)信號接口的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) / 459

7.7 自動測試系統(tǒng)軟件設(shè)計 / 463

7.7.1 測試系統(tǒng)軟件特征 / 463

7.7.2 測試系統(tǒng)軟件架構(gòu) / 464

7.7.3 測試軟件開發(fā)技術(shù) / 468

習(xí)題與思考題 / 471

參考文獻(xiàn) / 472

第8章 計算機(jī)測控系統(tǒng)抗干擾設(shè)計/ 473

8.1 干擾源及傳播途徑 / 473

8.1.1 干擾源的分類 / 473

8.1.2 干擾的耦合方式 / 475

8.1.3 干擾進(jìn)入系統(tǒng)的模式 /481

8.2 傳輸通道的抗干擾措施 / 483

8.2.1 共模干擾的抑制 / 483

8.2.2 差模干擾的抑制 / 489

8.3 長線傳輸抗干擾措施 / 492

8.3.1 長線傳輸引入的干擾 /492

8.3.2 長線傳輸干擾的抑制 /494

8.4 接地技術(shù) / 496

8.4.1 地線系統(tǒng)的分析 / 496

8.4.2 輸入通道的接地 / 498

8.4.3 主機(jī)系統(tǒng)的接地 / 499

8.4.4 交流地與信號地 / 499

8.4.5 數(shù)字地與模擬地 / 500

8.5 屏蔽技術(shù) / 500

8.6 供電系統(tǒng)抗干擾設(shè)計 / 505

8.6.1 電源的干擾及抑制 / 505

8.6.2 供電系統(tǒng)的一般保護(hù)措施/506

8.6.3 電源異常的保護(hù)措施 /507

8.7 印刷電路板的抗干擾設(shè)計 /508

8.7.1 數(shù)字電路抗干擾設(shè)計 /508

8.7.2 模擬電路抗干擾設(shè)計 /509

8.7.3 電路抗干擾設(shè)計的其他問題 /510

8.8 軟件的抗干擾設(shè)計 / 511

8.8.1 數(shù)字濾波技術(shù) / 511

8.8.2 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)/513

8.8.3 看門狗技術(shù) / 513

8.8.4 指令冗余技術(shù) / 516

8.8.5 軟件陷阱技術(shù) / 517

習(xí)題與思考題 / 518

參考文獻(xiàn) / 518

第9章 計算機(jī)測控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)/ 519

9.1 概 述 / 519

9.1.1 計算機(jī)測控系統(tǒng)的一般構(gòu)成和設(shè)計原則 / 519

9.1.2 計算機(jī)測控系統(tǒng)的研制過程 /520

9.2 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)/ 522

9.2.1 規(guī)范化的設(shè)計技術(shù) / 522

9.2.2 結(jié)構(gòu)化的設(shè)計技術(shù) / 523

9.2.3 系統(tǒng)的功能規(guī)范 / 530

9.2.4 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 /532

9.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計技術(shù) / 538

9.3.1 選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)機(jī)型 /538

9.3.2 選擇輸入/輸出通道模板 /540

9.3.3 選擇傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) /540

9.3.4 輸入/輸出通道的信號調(diào)理 /542

9.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計技術(shù) / 542

9.4.1 測控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的研制過程 / 543

9.4.2 軟件設(shè)計技術(shù) / 545

9.4.3 軟件開發(fā)工具 / 546

9.4.4 軟件調(diào)試技術(shù) / 548

9.5 系統(tǒng)可靠性設(shè)計 / 549

9.5.1 可靠性的基本概念 / 549

9.5.2 故障來源/ 550

9.5.3 硬件可靠性設(shè)計 / 551

9.5.4 軟件可靠性設(shè)計 / 554

9.6 系統(tǒng)集成、調(diào)試與投入運(yùn)行 /555

9.6.1 調(diào)試工具介紹 / 555

9.6.2 測控系統(tǒng)的調(diào)試 / 557

9.6.3 系統(tǒng)故障的檢測與調(diào)試 /559

9.7 計算機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計舉例 /561

習(xí)題與思考題 / 574

參考文獻(xiàn) / 575