智能技术：系统设计与开发

　　卒书从实用角度出发，系统、全面地介绍了智能系统的设计与开发技术。 全书共16章，分别介绍智能系统的结构特征、设计开发过程、信号获取方法、键盘键语分析技术、显示与人工语言合成技术、VXI和STD接口技术、DAC与ADC使用技术，以及智能系统常用的基本算法（20种）和测量算法（17种）、监控程序设计、大系统软件设计与系统设计开发的几项关键技术（非线性补偿、标度变换、数字滤波、分布参数抑制、自校零自诊断技术）。 全书通过11种整机系统设计开发实例，进一步介绍智能系统设计开发技术，以及虚拟仪器系统及设计、工业控制系统及设计和系统的开发调试设备与调试等内容。书中还给出相应的例题与练习，是一本重在实用、兼顾基础的应用教程。 《智能技术：系统设计与开发》可作为高等院校电子信息、测试计量技术、仪器仪表、生物医学、机械制造、计算机应用、工业自动化、机电一体化、精密仪器测定与控制、汽车与机械类等专业的本科生高年级及研究生的教材，也可供科研人员、工程技术人员及自学者阅读参考。

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第1章 概述
1.1 引言1
1.2 智能系统的结构特征2
1.2.1 智能系统的结构2
1.2.2 智能系统的特征3
1.3 智能系统的基本功能及发展趋势6
1.3.1 基本功能6
1.3.2 发展趋势6
1.3.3 个人(专家)系统8
1.4 智能系统的设计开发过程12
1.4.1 明确设计准则及要求12
1.4.2 制定方案的主要工作13
1.4.3 方案实施过程13
习题16
第2章 智能系统的信号获取方法
2.1 获取信号敏感器件的物理特性17
2.1.1 信号获取方法的对象17
2.1.2 信号获取方法的变换原理17
2.1.3 信号获取方法的组成18
2.1.4 传感器的应用举例18
2.1.5 传感器的参数19
2.1.6 选择传感器应注意的事项21
2.2 位移信号获取方法22
2.2.1 直线位移信号获取方法22
2.2.2 角位移信号获取方法25
2.3 速度和加速度信号获取方法26
2.3.1 线速度信号获取方法26
2.3.2 转速信号获取方法27
2.3.3 加速度信号获取方法27
2.4 压力信号获取方法28
2.4.1 金属电阻应变片式28
2.4.2 半导体应变片式29
2.4.3 压电晶体式29
2.5 流量信号获取方法29
2.5.1 涡轮式29
2.5.2 电磁式29
2.5.3 半导体式30
2.6 温度信号获取方法30
2.6.1 热电阻式30
2.6.2 热电偶式31
2.6.3 PN结式31
2.6.4 红外线式32
2.7 光敏信号获取方法32
2.7.1 光敏电阻式32
2.7.2 光电二极管式33
2.7.3 光电三极管式33
2.7.4 光电倍增管式33
2.7.5 光电池式34
2.7.6 光电耦合式34
2.7.7 光纤式35
2.8 CCD图像信号获取方法37
2.8.1 CCD线性图像变换式38
2.8.2 CCD面积图像变换式39
2.8.3 通用型CCD图像变换式40
2.8.4 CCD应用举例41
2.9 气敏信号获取方法45
2.9.1 二氧化锡(SnO2)类45
2.9.2 氧化锌(ZnO)类46
2.9.3 三氧化二铁(Fe2O3)类46
习题48
第3章 智能系统的键盘
3.1 键盘输入的特点及键盘的处理49
3.1.1 键盘输入的特点49
3.1.2  键盘输入的处理50
3.2 键盘的组织50
3.2.1 独立连接式无编码键盘51
3.2.2 独立连接式编码键盘52
3.2.3 矩阵连接式无编码键盘52
3.2.4 矩阵连接式编码键盘57
3.2.5 CRT屏幕键盘58
3.3 键合跳动和叠键的防止60
3.4 键语分析62
3.4.1 键语62
3.4.2 键语状态图63
3.4.3 键语状态表64
3.4.4 键语分析程序67
3.4.5 其他键语分析方法68
习题69
第4章 智能系统的显示和语音合成
4.1 智能系统的显示70
4.1.1 显示的主要方式70
4.1.2 发光二极管显示71
4.1.3 七段显示器71
4.1.4 七段显示器的驱动方式74
4.1.5 点阵字符显示器76
4.1.6 矢量式CRT显示78
4.1.7 点阵式CRT显示79
4.2 集成6845型CRT控制器的功能特点及应用81
4.2.1 集成6845型CRT的功能特点81
4.2.2 集成6845型CRTC的应用举例84
4.3 人工语音合成90
4.3.1 人工语音合成方法90
4.3.2 人工语音程序的编制方法94
习题97
第5章 智能系统的接口
5.1 国际标准通用VXI接口98
5.1.1 VXI的由来与特点98
5.1.2 VXI系统的组成结构99
5.1.3 VXI系统的总线结构103
5.1.4 VXI总线器件及其通信协议112
5.1.5 VXI总线器件的实现116
5.2 国际通用STD接口121
5.2.1 总线信号的定义和排列121
5.2.2 总线信号的功能122
5.2.3 总线的实现125
习题125
第6章 智能系统的DAC转换技术
6.1 DAC与微系统的联用方法126
6.2 利用DAC产生波形的方法127
6.2.1 斜坡电压的产生方法128
6.2.2 三角波的产生方法130
6.2.3 矩形脉冲的产生方法131
6.2.4 任意波形的产生方法132
6.3 利用DAC绘图的方法132
6.3.1 一维输出方法133
6.3.2 二维输出方法135
6.4 8位以上的DAC的连接方法138
6.5 专为微处理器配用的DAC使用方法141
6.5.1 AD558的使用方法141
6.5.2 AD7542的使用方法142
6.5.3 AD7542的应用144
6.5.4 AD7543的使用方法146
习题148
第7章 智能系统的ADC转换技术
7.1 ADC与微系统的联用方法149
7.2 比较式ADC转换技术149
7.2.1 斜坡式比较法150
7.2.2 逐次逼近法151
7.3 ADC集成电路的使用方法155
7.3.1 8255接口使用方法156
7.3.2 6820接口使用方法157
7.3.3 不使用可程控接口方法158
7.4 数字面板表集成电路的利用方法158
7.4.1 单量程双极性DPM的使用方法158
7.4.2 多量程双极性DPM的使用方法162
7.5 利用DPM构成数据采集系统的方法163
7.6 数据采集系统及其定时方法168
7.6.1 利用软件计数延时来定时的方法169
7.6.2 利用实时时钟作查询定时的方法170
7.6.3 利用实时时钟来中断的方法171
7.7 采集到的数据的利用方法172
7.8 数据采集集成电路的使用方法178
习题181
第8章 智能系统的基本算法
8.1 算法的基本概念182
8.2 二进制整数的表示法184
8.2.1 无符号二进制整数184
8.2.2 有符号二进制整数的表示185
8.2.3 字节的扩充和压缩187
8.3 二进制整数加法188
8.3.1 单字节数相加188
8.3.2 多字节数相加189
8.4 二进制整数减法191
8.5 二进制整数乘法191
8.5.1 无符号数相乘191
8.5.2 有符号数相乘194
8.5.3 Wallace树算法196
8.5.4 Booth算法198
8.5.5 近似值的简化算法198
8.6 二进制整数除法199
8.6.1 无符号数相除199
8.6.2 有符号数相除200
8.6.3 除法中的若干特殊问题201
8.6.4 简化的除法算法203
8.7 二进制定点数的计算204
8.7.1 定点数的加和减205
8.7.2 定点数的乘和除205
8.7.3 截尾舍入法205
8.8 二进制浮点数的计算208
8.8.1 采用浮点数的原因208
8.8.2 二进制浮点数的表示法和惯例209
8.8.3 浮点数的归一化211
8.8.4 浮点数的计算211
8.9 十进制数的计算212
8.10 常用函数的近似计算213
8.10.1 开方根的计算213
8.10.2 利用幂级数计算常用函数214
8.10.3 利用曲线拟合法计算函数的近似值215
8.11  检索和查表217
8.11.1 无序清单的检索217
8.11.2 寻找极值218
8.11.3 排序219
8.11.4 有序清单的检索225
8.11.5 表格的组织与查表法227
习题229
第9章 智能系统的测量算法
9.1 主序算法和内务算法230
9.2 定时算法233
9.3 随机误差的处理237
9.4 利用误差模型修正误差238
9.5 利用校准数据表修正误差242
9.6 通过曲线拟合来求得校准方程245
9.7 误差修正技术应用举例247
9.8 利用算法来提高设备硬件性能257
9.8.1 四相三斜型积分式A/D转换257
9.8.2 多斜I型A/D转换259
9.8.3 多斜II型A/D转换261
9.8.4 余数再循环式A/D转换263
9.8.5 提高测时分辨力的双游标法265
9.8.6 频率计数器中的自动变频法267
9.9 多处理器系统中的算法问题269
9.9.1 主从通信270
9.9.2 ADC的控制272
9.9.3 多个仆从μC的系统273
9.9.4 按预定计划调度任务的调度程序274
9.10 自检与告警显示277
9.10.1 硬件自检277
9.10.2 自检算法281
习题283
第10章 智能系统设计开发的几项关键技术
10.1 非线性补偿技术284
10.1.1 开环式非线性补偿法284
10.1.2 线性插值法实现线性化287
10.1.3 二次抛物线插值法288
10.1.4 查表法289
10.2 标度变换（工程变换）技术291
10.2.1 标度变换原理291
10.2.2 线性信号获取法特性的标度变换292
10.2.3 非线性信号获取法特性的标度变换292
10.3 数字滤波技术293
10.3.1 算术平均值法294
10.3.2 加权平均值法294
10.3.3 中位值法294
10.3.4 一阶惯性滤波法295
10.3.5 抑制脉冲算术平均法296
10.4 分布参数抑制技术297
10.4.1 分布参数的影响297
10.4.2 分布参数抑制技术298
10.5 自动零位校准和自动精密校准技术301
10.5.1 自校零与零位偏移补偿301
10.5.2 替代法自校准303
10.6 自诊断技术304
10.6.1 信号获取法通道断线自诊断304
10.6.2 信号获取法检测回路短路保护和自检 305
习题305
第11章 智能系统的监控程序设计
11.1 直接分析法设计监控程序306
11.2 状态变量法设计监控程序309
11.2.1 状态与状态矩阵309
11.2.2 设计步骤310
11.2.3 状态图和状态表的设计313
11.2.4 监控主程序设计举例315
习题318
第12章 智能系统的软件(大系统软件)设计
12.1 结构化设计319
12.2 由顶向下设计322
12.3 模块化编程324
12.3.1 模块的大小324
12.3.2 模块的独立性325
12.3.3 模块的具体定义325
12.4 结构化编码327
12.4.1 过程匣327
12.4.2 二中选一327
12.4.3 广义循环327
12.4.4 另一形式的循环328
12.4.5 多种情况转移328
12.4.6 调用子程序329
12.4.7 有限制地使用无条件转移329
12.5 非结构化程序变换为结构化330
12.5.1 重复编码法330
12.5.2 状态变量法331
12.5.3 布尔标志法332
12.6 伪编码333
12.7 文件的编制与文体334
12.7.1 总框图和概述335
12.7.2 软件使用说明335
12.7.3 变量和定义清单335
12.7.4 存储器映射图表335
12.7.5 程序清单335
12.7.6 检验方法337
12.8 结构化原则337
12.8.1 结构化分析337
12.8.2 软件指标338
12.8.3 系统结构分析339
12.8.4 结构图分解339
12.8.5 小指标341
12.8.6 检阅341
12.8.7 编制文件341
12.9 结构化设计举例342
12.9.1 模块分解342
12.9.2 伪编码343
12.9.3 检阅344
12.10 编码344
12.10.1 预防性措施344
12.10.2 留有更改余地344
12.10.3 考虑软硬件检验345
12.10.4 具体编码345
12.11 操作系统347
12.11.1 操作系统的作用347
12.11.2 描述字节347
12.11.3 结构化分析348
12.11.4 模块分解348
12.11.5 伪编码349
12.11.6 编码350
习题351
第13章 智能系统设计举例
13.1 智能化数字多用表352
13.1.1 设计目标352
13.1.2 总体结构352
13.1.3 关键逻辑电路的设计353
13.1.4 运算功能354
13.1.5 IEEE488标准356
13.1.6 软件结构357
13.1.7 仪器的可靠性设计358
13.2 智能化测温系统358
13.2.1 硬件结构359
13.2.2 软件设计360
13.2.3 主要功能环节的程序原理360
13.3 智能化电感电容电阻测量系统362
13.3.1 主要技术指标及功能362
13.3.2 工作原理及特点363
13.3.3 程序结构365
13.4 智能动态线径测量系统366
13.4.1 测量原理366
13.4.2 主要部件366
13.4.3 系统电路367
13.4.4 系统程序369
13.5 智能化表软件设计370
13.6 智能化系统人机接口设计376
13.6.1 设计特点376
13.6.2 设计的有关问题377
习题378
第14章 智能虚拟仪器系统及设计
14.1 虚拟仪器的结构特点380
14.1.1 虚拟仪器的结构380
14.1.2 虚拟仪器的特点382
14.2 虚拟仪器(软件程序)驱动器383
14.2.1 虚拟仪器驱动器的组成384
14.2.2 虚拟仪器驱动器的开发环境(几种软件包)386
14.2.3 虚拟仪器驱动器(软件)的设计举例387
14.3 虚拟仪器设计举例388
14.3.1 总线仪器公用硬件接口388
14.3.2 可程控仪器标准命令392
14.3.3 总线虚拟仪器的编程395
14.3.4 虚拟仪器工具软件的功能398
习题399
第15章 智能工业控制系统及设计
15.1 顺序控制与PC系统400
15.2 PC的结构及工作原理401
15.2.1 PC的基本结构401
15.2.2 PC的工作原理403
15.3 PC系统的编程方法404
15.3.1 编程语言404
15.3.2 梯形图与指令字的编程方法405
15.4 PC控制应用举例417
15.4.1 直流电机送料小车控制系统417
15.4.2 流水线产品计件装箱控制系统419
15.4.3 产品质量分选检验控制系统420
习题421
第16章 智能系统的开发调试设备与调试
16.1 微处理器测试设备422
16.2 微处理器开发设备423
16.3 A型开发系统424
16.4 调试仪426
16.4.1 调试仪的结构特点427
16.4.2 调试仪的电气特点427
16.4.3 缓冲存储内容的显示428
16.5 B型开发系统429
16.5.1 B型MDE的结构429
16.5.2 B型MDE上的软件开发429
16.5.3 B型和A型MDE的混合使用430
16.6 仿真430
16.7 正式的调试431
16.7.1 仿真时的调试431
16.7.2 电路内部分仿真431
16.7.3 电路内总体仿真432
16.7.4 异步调试433
16.7.5 定时循环的检验433
16.7.6 中断的检验434
16.8 多重微处理器系统的调试434
习题435
附录A 国际单位制（SI）及转换表
附录B 整机系统的色彩和造型比例
B.1 整机系统色彩442
B.2 整机系统造型比例与尺度444