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1.1 概述1

第1章 数字工具1

1.2 微型计算机2

1.3 数字系统3

1.3.1 二进制数的表示3

1.3.2 格雷码5

1.4 数字构件6

1.4.1 三态缓冲器7

1.4.2 边缘触发式D型触发器8

1.4.3 透明锁存器8

1.4.4 单稳态触发器9

1.4.5 与门、或门和异或门9

1.4.6 置位／复位锁存器10

1.5 数字计数器／定时器10

1.5.2 8253可编程定时器11

1.5.1 数字计数器／定时器的应用11

1.5.3 AM9513系统定时控制器12

1.6 并行和串行输入／输出端口14

1.6.1 握手15

1.6.2 并行输出端口16

1.6.3 并行输入端口19

1.7 数字数据采集过程22

1.7.1 软件触发状态轮询法22

1.7.2 硬件触发状态轮询法23

1.7.3 硬件触发硬件中断法24

1.7.4 硬件触发直接存储器存取法24

1.7.5 嵌入式处理器方法25

1.8 去除开关抖动25

1.8.3 软件去抖动26

1.9 数字接口标准26

1.8.2 单稳态触发器26

1.8.1 交叉耦合与非门26

1.9.1 RS-232C27

1.9.2 RS-422和RS-42330

1.9.3 RS-48531

1.9.4 IEEE-48831

1.9.5 VME总线33

1.9.6 小型计算机标准接口34

1.9.7 通用串行总线34

1.9.8 IEEE-139434

1.9.9 ISDN、ADSL和互联网电缆连接34

1.9.10 各种数字接口标准的相互比较34

1.10 习题35

1.11 参考阅读资料40

实验练习1 C语言程序设计简介41

实验练习2 测量事件次数45

实验练习3 数字接口：开关和灯50

第2章 模拟工具57

2.1 概述57

2.2 运算放大器电路57

2.2.1 反向放大器58

2.2.2 同相放大器59

2.2.3 差动放大器60

2.2.4 电压跟随器60

2.2.5 电流－电压转换器60

2.2.6 求和放大器61

2.2.7 全波整流器61

2.2.8 峰值检波器63

2.2.9 曲线整形放大器63

2.3 运算放大器特性63

2.3.1 输入偏移电压和输出偏移电压63

2.3.2 运算放大器的动态响应65

2.3.4 RC时间常数、上升时间、和带宽之间的关系66

2.3.3 具有负反馈的动态响应66

2.4 测量放大器与隔离放大器67

2.4.1 测量放大器67

2.4.2 隔离放大器70

2.5 噪声源71

2.5.1 约翰逊噪声71

2.5.2 散射噪声71

2.5.3 放大器噪声72

2.5.4 电干扰72

2.5.5 不适当的接地73

2.6 模拟滤波73

2.6.1 简易无源滤波器75

2.6.2 计算运放滤波器的伯德图78

2.6.3 单极点低通滤波器78

2.6.4 高通单极点滤波器79

2.6.5 陷波滤波器80

2.6.6 高阶低通滤波器81

2.6.7 高阶高通滤波器86

2.7 功率放大器87

2.8 习题87

2.9 参考阅读资料94

实验练习4 运算放大器95

实验练习5 测量放大器100

实验练习6 模拟滤波器106

第3章 数／模转换、模／数转换以及采样111

3.1 概述111

3.2 数／模转换电路111

3.2.1 D/A转换器的特性111

3.2.2 使用加权加法器的D/A转换器113

3.2.3 运用R-2R电阻梯形网络的D/A转换器115

3.2.4 分段D/A转换器116

3.3.1 A/D转换器的特性117

3.3 模／数转换器电路117

3.3.3 比较器119

3.3.2 A/D转换和D/A转换之间的关系119

3.3.4 跟踪式A/D转换器120

3.3.5 积分式A/D转换器121

3.3.6 逐次逼近式A/D转换器122

3.3.7 快速A/D转换器123

3.3.8 分段快速A/D转换器124

3.3.9 1位重复采样西格马－德尔塔（∑－△）A/D转换器125

3.3.10 常用的A/D转换器126

3.4 采样／保持放大器126

3.4.1 采样模式126

3.4.2 保持模式127

3.4.3 采样／保持转换128

3.4.4 保持／采样转换129

3.4.6 用采样／保持放大器消除D/A转换器的尖峰脉冲130

3.4.5 采样／保持放大器的作用130

3.5 模拟波形采样131

3.5.1 软件控制的采样131

3.5.2 硬件控制的DMA采样131

3.5.3 使用数据采集子系统的采样131

3.5.4 脉冲幅度分析132

3.6 频率混叠133

3.7 常用的数据采集系统135

3.7.1 HP 54501A135

3.7.2 几种特殊用途的外部数据采集系统136

3.7.3 接口软件136

3.8 习题136

3.9 参考阅读资料145

实验练习7 A/D和D/A转换简介146

实验练习8 D/A转换和波形产生150

实验练习9 A/D转换与周期采样155

实验练习10 频率混叠161

第4章 传感器和执行器165

4.1 概述165

4.2 位置传感器与角度传感器166

4.2.1 电位计166

4.2.2 数字编码器168

4.2.3 步进电机169

4.3 温度传感器170

4.3.1 温度标准171

4.3.2 铂电阻温度计172

4.3.3 双金属开关和表盘式温度计172

4.3.4 热电偶173

4.3.5 热敏电阻器179

4.3.6 固态温度传感器182

4.3.9 温度传感器小结183

4.3.7 热电偶参考结点的自动补偿（电子“冰点”）183

4.3.8 红外线温度传感器183

4.4 应变敏感元件184

4.5 力传感器和压力传感器185

4.5.1 力传感器185

4.5.2 压力传感器187

4.5.3 压电传感器187

4.5.4 真空传感器和真空泵188

4.6 测量光189

4.6.1 硅光电二极管189

4.6.2 郎伯－比尔定律193

4.6.3 固态光电探测器小结193

4.6.4 真空光电倍增管193

4.7 产生可见光194

4.7.1 白炽光194

4.7.2 发光195

4.7.3 发光效率196

4.8 离子电势197

4.8.1 离子电势的产生197

4.8.2 裸金属电极197

4.8.3 银／氯化银电极197

4.9 电离辐射的检测与测量198

4.9.1 电磁波谱198

4.9.2 辐射的应用198

4.9.3 X射线199

4.9.4 γ射线199

4.9.5 中子199

4.9.6 β射线199

4.9.8 放射性同位素200

4.9.9 辐射探测器200

4.9.7 α射线200

4.10 测量时间201

4.10.1 传统的时间测量方法201

4.10.2 现代的时间测量方法201

4.11 习题201

4.12 参考阅读资料214

实验练习11 测量角度位置216

实验练习12 测量温度220

实验练习13 测量应变和力224

实验练习14 用光电二极管测量光228

实验练习15 热电热泵233

实验练习16 电极与离子介质238

实验练习17 人的心脏242

实验练习18 肌动电流图250

实验练习19 眼动电流图256

5.2 高斯误差分布261

5.2.1 相同量的重复测量261

5.1 概述261

第5章 数据分析与控制261

5.2.2 估计样本均值和标准差264

5.2.3 估计均值的标准误差265

5.2.4 估计标准差的标准误差265

5.3 使用“学生”t检验266

5.3.1 不配对数据266

5.3.3 “学生”t检验的运用267

5.3.2 成对数据267

5.3.4 计算超过｜t｜的概率269

5.4 最小平方拟合270

5.4.1 用所测量的数据拟合一条直线270

5.4.2 用所测量的数据拟合一条曲线272

5.5 χ2统计273

5.5.1 数据拟合模型中χ2的使用273

5.5.2 计算超过χ2的概率275

5.6.1 牛顿法解f(x)0276

5.6 解非线性方程276

5.6.2 二次迭代法解f(x)=0277

5.6.3 数值最小化277

5.7 蒙特卡罗模拟278

5.8 傅里叶变换280

5.8.1 积分傅里叶变换的例子281

5.8.2 周期波形的傅里叶变换285

5.8.3 周期采样时间函数的傅里叶变换287

5.8.4 有效地使用混叠——采样示波器289

5.8.5 截尾时间函数的傅里叶变换291

5.8.6 离散傅里叶变换292

5.8.7 快速傅里叶变换296

5.8.8 快速傅里叶变换函数和开窗术的应用299

5.8.9 采样系统设计因数的总结303

5.9 数字滤波器304

5.9.2 无限冲激响应滤波器305

5.9.1 有限冲激响应滤波器305

5.9.3 用FIR和IIR滤波器进行离散傅里叶变换306

5.10 控制技术307

5.10.1 傅里叶控制307

5.10.2 模拟控制308

5.10.3 基于计算机的数字控制308

5.10.4 开环系统响应309

5.10.5 控制算法的性能标准309

5.10.6 温度控制311

5.10.7 开关控制311

5.10.8 比例控制312

5.10.9 比例积分微分控制313

5.11 习题313

5.12 参考阅读资料329

实验练习20 模／数转换器和最小平方拟合330

实验练习21 样本数据的快速傅里叶变换333

实验练习22 语音的快速傅里叶变换338

实验练习23 数字滤波346

实验练习24 用傅里叶反卷积和数字滤波处理补偿问题350

实验练习25 使用电阻加热器的模拟温度控制356

实验练习26 使用计算机和电阻加热器的温度控制360

实验练习27 使用计算机和热电热泵的温度控制365

附录A 接地与屏蔽370

附录B 实验中的不定度373

附录C C语言编程技巧375

附录D 数值方法与C函数381

附录E 数据转换插卡DT3010 PCI简介411

附录F 用数字示波器记录波形415

附录G 电的危险与安全416

附录H 电阻与电容的标准值420

附录I ASCII字符码423

术语表426