計算機測試與控制技術

李行善北京航空航天大學教授博士生導師，出版專著1部（《自動測試系統集成技術》，教材1本（《計算機測試與控制》，研究領域為計算機測試與控制技術、虛擬儀器與自動測試系統、智能診斷、預測與綜合健康管理

於勁松 北京航空航天大學副教授、碩士生導師，參與專著編寫1部（《自動測試系統集成技術》，研究領域為虛擬儀器與自動測試系統、智能信息處理、故障診斷、預測與綜合健康管理等。

第1章 緒 論/1
1.1 測試與控制技術的應用與發展/1
1.1.1 測試與控制技術的應用領域/1
1.1.2 計算機在測控系統中的應用與發展/2
1.2 計算機測試系統的組成和典型應用 /3
1.2.1 計算機測量系統 / 3
1.2.2 智能儀器———微型計算機與測量儀器的有機結合 / 4
1.2.3 計算機過程測試系統 // 5
1.2.4 計算機智能測試系統 // 7
1.3 計算機控制系統的組成與典型應用 / 10
1.3.1 程序控制和順序控制系統 /10
1.3.2 過程監測與操作指導系統 /10
1.3.3 計算機反饋控制系統 / 11
1.3.4 計算機監督控制系統 / 12
1.3.5 集散型控制系統 / 12
1.3.6 計算機控製網絡 /14
1.4 計算機測控系統 /15
1.4.1 測控系統硬件組成/15
1.4.2 測控系統軟件 / 17
1.5 本書的內容組織 /17
習題與思考題 /18
參考文獻 /18

第2章 微機測控系統常用總線 / 19
2.1 總線概述 / 19
2.1.1 總線的作用和分類// 19
2.1.2 系統總線上的數據傳輸 / 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總線的特點和主要性能指標/ 28
2.3.2 PCI總線信號線/ 30
2.3.3 PCI總線命令 / 36
2.3.4 PCI總線上的數據傳輸過程 / 39
2.4 VME總線 / 42
2.4.1 VME總線引腳定義 // 43
2.4.2 VME總線系統的中斷響應過程 / 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 現場總線 / 84
2.7.1 現場總線的概念 / 84
2.7.2 幾種流行的現場總線 /87
2.7.3 現場總線的特點及發展趨勢 /90
習題與思考題 / 91
參考文獻 /92

第3章 測控系統接口技術 /93
3.1 接口的作用與分類 / 93
3.2 人機接口 / 94
3.2.1 鍵盤接口 /94
3.2.2 顯示器接口 /102
3.2.3 打印機接口 /112
3.2.4 鼠標器接口 / 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 開關量輸入通道 /158
3.3.4 開關量輸出通道 / 162
3.4 傳感器接口 / 165
3.4.1 信號調理放大器 /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 數字式傳感器接口 /196
3.5 串行通信接口/ 202
3.5.1 8251A的內部結構 / 202
3.5.2 8251A的編程命令 / 203
3.5.3 8251A應用舉例 /205
習題與思考題 / 208
參考文獻 / 209

第4章 計算機控制技術/ 210
4.1 計算機順序控制 / 210
4.2 步進電機控制/ 215
4.2.1 步進電機的控制原理 /215
4.2.2 步進電機與微型計算機的接口 / 216
4.2.3 步進電機的單片機控制 /217
4.2.4 步進電機步距角細分技術/223
4.3 計算機控制系統設計 / 225
4.3.1 模擬化設計的概念與進行步驟 / 225
4.3.2 模擬校正裝置的離散化方法 /228
4.3.3 數字校正裝置舉例 /232
4.3.4 典型環節的離散化 /235
4.4 PID控制算法及數字PID控制器 /237
4.4.1 基本PID算法 / 237
4.4.2 標準PID控制算法的改進 /244
4.4.3 PID控制器的參數整定/251
4.5 計算機控制系統應用實例 /256
4.5.1 系統總體結構及功能 /257
4.5.2 硬件系統設計 / 257
4.5.3 控制算法及軟件設計 /259
習題與思考題 / 268
參考文獻 / 268

第5章 基於微型計算機的測試技術/ 269
5.1 概 述 / 269
5.1.1 測試與測試系統 /269
5.1.2 採用微型計算機組建測試系統的優點 / 270
5.1.3 過程測試系統與智能測試系統 / 271
5.1.4 兩類測量系統 / 272
5.2 計算機在測試系統中的作用 /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 /277
5.2.3 處理測量信號 / 278
5.2.4 實現自動校準 / 280
5.2.5 實現智能化的輸出顯示 /281
5.2.6 使測試系統的設計更加靈活 /281
5.2.7 使遠動控制更加方便 /282
5.3 以微型計算機為核心的測試系統舉例 / 282
5.3.1 以微型計算機為核心的數字多用表 / 282
5.3.2 飛機電纜自動檢測系統 /283
5.3.3 內燃機參數測試系統 /289
5.4 採用微型計算機的電壓測量 //292
5.4.1 採用成品 A/D轉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 採用微型計算機的電流測量 /305
5.5.1 兩種電流輸入型前置放大器 /306
5.5.2 用於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 採用微型計算機的時間參數測量 /311
5.6.1 採用微型計算機的頻率測量 /311
5.6.2 採用微型計算機的周期測量 /318
5.6.3 採用微型計算機的相位測量 /318
5.6.4 時間間隔及頻率比的測量/320
5.7 數據採集系統/ 321
5.7.1 數據採集系統的組成及主要性能指標 / 321
5.7.2 數據採集系統舉例 / 327
5.8 微型計算機測試系統設計舉例/339
5.8.1 技術指標/ 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計 /343
5.8.4 算法及軟件流程設計 /346
習題與思考題 / 351
參考文獻 / 351

第6章 計算機測控系統常用算法/353
6.1 算法概述 / 353
6.2 二進制定點數計算 / 354
6.2.1 數的定點表示法 / 354
6.2.2 定點二進制數的計算 /355
6.3 二進制浮點數的計算 / 358
6.3.1 浮點數表示法 / 358
6.3.2 浮點運算原理 / 360
6.3.3 二進制浮點數計算程序 /361
6.3.4 定點運算與浮點運算的比較 /362
6.4 常用函數的近似計算 / 363
6.4.1 平方根的計算 / 363
6.4.2 利用冪級數計算常用函數/364
6.4.3 利用曲線擬合法計算函數的近似值 / 365
6.5 標度變換方法/ 366
6.6 線性化技術 / 367
6.6.1 分段線性化 / 367
6.6.2 用微型計算機實現線性化處理 / 369
6.6.3 使用高次多項式的線性化/371
6.7 數據平滑算法/ 373
6.7.1 三點數據平均 / 373
6.7.2 五點三階多項式平滑 /373
6.8 測量數據的微分算法 / 376
6.8.1 微商算法/ 376
6.8.2 利用擬合三階多項式求導數 /376
6.9 數值積分算法/ 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 三階多項式內插法 / 380
6.9.5 牛頓 柯特斯公式/ 381
6.10 校準及自檢方法 / 382
6.10.1 測量通道的系統誤差及其校準 / 383
6.10.2 測控系統自檢方法 / 390
習題與思考題 / 397
參考文獻 / 397

第7章 虛擬儀器技術與自動測試系統/ 398
7.1 虛擬儀器 / 398
7.1.1 虛擬儀器的含義 / 398
7.1.2 虛擬儀器與傳統台式儀器的區別 / 399
7.2 儀器總線標準/ 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 儀器驅動器模型與實現機制 /426
7.3.1 基於 VPP模型的儀器驅動器 / 427
7.3.2 基於IVI模型的儀器驅動器 /433
7.4 測試應用軟件開發工具 / 438
7.4.1 LabVIEW / 439
7.4.2 LabWindows/CVI // 440
7.4.3 其他測試開發工具 / 442
7.5 自動測試系統設計 / 443
7.5.1 自動測試系統的概念與組成 /443
7.5.2 自動測試系統的應用範圍/445
7.5.3 自動測試系統的發展概況/446
7.5.4 自動測試系統總體設計 /448
7.6 自動測試系統硬件設計 / 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 開關係統設計 / 453
7.6.6 測試系統信號接口的設計與實現 / 459
7.7 自動測試系統軟件設計 / 463
7.7.1 測試系統軟件特徵 / 463
7.7.2 測試系統軟件架構 / 464
7.7.3 測試軟件開發技術 / 468
習題與思考題 / 471
參考文獻 / 472

第8章 計算機測控系統抗干擾設計/ 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 干擾進入系統的模式 /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 / 496
8.4.1 地線系統的分析 / 496
8.4.2 輸入通道的接地 / 498
8.4.3 主機系統的接地 / 499
8.4.4 交流地與信號地 / 499
8.4.5 數字地與模擬地 / 500
8.5 屏蔽技術 / 500
8.6 供電系統抗干擾設計 / 505
8.6.1 電源的干擾及抑制 / 505
8.6.2 供電系統的一般保護措施/506
8.6.3 電源異常的保護措施 /507
8.7 印刷電路板的抗干擾設計 /508
8.7.1 數字電路抗干擾設計 /508
8.7.2模擬電路抗干擾設計 /509
8.7.3 電路抗干擾設計的其他問題 /510
8.8 軟件的抗干擾設計 / 511
8.8.1 數字濾波技術 / 511
8.8.2 開關量的軟件抗干擾技術/513
8.8.3 看門狗技術 / 513
8.8.4 指令冗餘技術 / 516
8.8.5 軟件陷阱技術 / 517
習題與思考題 / 518
參考文獻 / 518

第9章 計算機測控系統的設計與實現/ 519
9.1 概 述 / 519
9.1.1 計算機測控系統的一般構成和設計原則 / 519
9.1.2 計算機測控系統的研製過程 /520
9.2 系統設計技術/ 522
9.2.1 規範化的設計技術 / 522
9.2.2 結構化的設計技術 / 523
9.2.3 系統的功能規範 / 530
9.2.4 系統的總體方案設計 /532
9.3 系統硬件設計技術 / 538
9.3.1 選擇系統的總線和主機機型 /538
9.3.2 選擇輸入/輸出通道模板 /540
9.3.3 選擇傳感器和執行機構 /540
9.3.4 輸入/輸出通道的信號調理 /542
9.4 系統軟件設計技術 / 542
9.4.1 測控系統應用軟件的研製過程 / 543
9.4.2 軟件設計技術 / 545
9.4.3 軟件開發工具 / 546
9.4.4 軟件調試技術 / 548
9.5 系統可靠性設計 / 549
9.5.1 可靠性的基本概念 / 549
9.5.2 故障來源/ 550
9.5.3 硬件可靠性設計 / 551
9.5.4 軟件可靠性設計 / 554
9.6 系統集成、調試與投入運行 /555
9.6.1 調試工具介紹 / 555
9.6.2 測控系統的調試 / 557
9.6.3 系統故障的檢測與調試 /559
9.7 計算機測控系統設計舉例 /561
習題與思考題 / 574
參考文獻 / 575