智能儀器設計與應用（簡體書）

《普通高等教育“十二五”規劃教材．電子信息科學與工程類專業規劃教材：智能儀器設計與應用》系統地闡述了基於單片機的智能儀器的組成、硬件/軟件設計和實現方法。
《普通高等教育“十二五”規劃教材．電子信息科學與工程類專業規劃教材：智能儀器設計與應用》共分7章，闡述智能儀器的典型結構、特點，設計原則和發展趨勢；闡述智能儀器數據采集系統的組成與設計方法；闡述智能儀器人機接口設計，主要講述鍵盤、LED、LCD、打印機與CPU的接口設計；闡述智能儀器通信接口設計，考慮到家庭化、網絡化醫療的發展趨勢，該章講述了串行通信、USB通信和無線通信接口設計理論；講述智能儀器的典型數據處理功能；以智能醫學儀器設計為例，詳細闡述中醫脈象儀和動態血壓儀系統設計和實現；圍繞該課程內容給出了6個實驗，包括心電信號、血壓信號、血氧飽和度等信號的檢測和處理實驗；最後在附錄簡介了基於單片機的C語言程序編寫調試過程，以及DXP繪圖方法，可作為學生學習的參考內容。

《普通高等教育"十二五"規劃教材?電子信息科學與工程類專業規劃教材:智能儀器設計與應用》系統地闡述了基于單片機的智能儀器的組成、硬件∕軟件設計和實現方法。《普通高等教育"十二五"規劃教材?電子信息科學與工程類專業規劃教材:智能儀器設計與應用》可作為高等院校電子信息類專業本科的專業課教材，也可供從事智能電子儀器、智能醫學儀器設計與開發的工程技術人員參考。

第1章緒論
1.1智能儀器的概念及特點
1.1.1智能儀器的概念
1.1.2智能儀器的特點
1.2智能儀器的通用結構與設計原則
1.2.1智能儀器的通用結構
1.2.2智能儀器的設計原則與步驟
1.3智能儀器的發展歷程和發展趨勢
1.3.1智能儀器的發展歷程
1.3.2智能儀器的發展趨勢
習題1

第2章智能儀器採集系統設計
2.1模擬量輸出通道及其設計
2.1.1D/A轉換器概述
2.1.2典型8位D/A轉換器
2.1.3D/A轉換器與微處理器的接口設計
2.2模擬量輸入通道及其設計
2.2.1A/D轉換器概述
2.2.2A/D轉換器的選擇和使用
2.2.3典型8位A/D轉換器
2.2.4A/D轉換器與微處理器的接口設計
2.3信號採集系統組成與設計
2.3.1數據采集系統的典型結構
2.3.2數據采集的任務
2.3.3模擬多路開關和採樣保持器
2.3.4數據采集系統設計舉例
習題2

第3章智能儀器人機接口設計
3.1鍵盤與接口設計
3.1.1鍵盤輸入基礎知識
3.1.2鍵盤接口電路及控制程序
3.1.3鍵盤分析程序
3.2LED顯示與接口設計
3.2.1LED原理及應用
3.2.2LED顯示器及顯示方式
3.2.3點陣LED顯示器
3.3鍵盤/LED顯示器接口設計
3.3.1HD7279A的功能及結構特點
3.3.2鍵盤/LED顯示器接口設計方法
3.4液晶顯示模塊與接口設計
3.4.11602液晶顯示模塊與接口設計
3.4.2FYD12864液晶顯示模塊與接口設計
3.5微型打印機與接口設計
3.5.1TPP-40B/C微型打印機及其接口設計
3.5.2漢字打印技術
習題3

第4章智能儀器通信接口設計
4.1通信技術概述
4.2串行通信技術
4.2.1串行通信基本方式
4.2.2串行通信協議
4.2.3RS-232、RS-422與RS-485串口標準
4.2.4串行通信接口設計
4.3USB接口技術
4.3.1USB接口概述
4.3.2USB系統結構
4.3.3USB接口設計
4.4藍牙技術
4.4.1藍牙技術的特點
4.4.2藍牙協議的體系結構
4.4.3藍牙芯片
4.4.4HCI概述
4.4.5藍牙模塊接口設計
習題4

第5章智能儀器的數據處理
5.1硬件故障的自檢
5.1.1自檢方式
5.1.2自檢算法
5.1.3自檢軟件
5.2智能儀器的誤差處理
5.2.1隨機誤差的處理方法
5.2.2系統誤差的處理方法
5.2.3粗大誤差的處理方法
5.3測量數據的標度變換
5.3.1線性標度變換
5.3.2非線性參數的標度變換
5.4信號處理常用的方法
5.4.1直方圖分析
5.4.2相關分析
5.4.3相關分析的應用
5.5現代醫學信號處理的常用方法
5.5.1功率譜的定義
5.5.2譜估計的基本計算方法
5.5.3譜估計應注意的問題及改進措施
5.5.4現代譜估計技術
習題5

第6章智能醫學儀器設計實例
6.1人體生理信息概述
6.1.1醫學信息的分類
6.1.2人體生理信號的典型幅值和頻率範圍
6.1.3人體生理信號的特點
6.2智能醫學儀器的基本組成和分類
6.2.1醫學儀器系統的組成
6.2.2醫學儀器系統的基本功能
6.2.3醫學儀器的分類
6.2.4醫學儀器的發展趨勢
6.3便攜式動態血壓儀設計
6.3.1血壓測量的原理及方法
6.3.2動態血壓監測儀硬件總體設計
6.3.3血壓傳感器的選擇和驅動
6.3.4血壓信號模擬調理電路設計
6.3.5血壓信號採集電路設計
6.3.6動態血壓儀顯示電路設計
6.3.7動態血壓儀通信接口電路設計
6.3.8動態血壓儀電源模塊設計
6.3.9氣泵、氣閥驅動硬件電路
6.3.10系統軟件設計
6.4基於DSP的脈象儀設計
6.4.1中醫脈象儀總體設計
6.4.2脈象傳感器的選擇及電路
6.4.3脈象儀微處理器的選擇
6.4.4脈象儀人機交互模塊設計
6.4.5脈象儀存儲系統設計
6.4.6脈象儀採集電路設計
6.4.7系統軟件設計
習題6

第7章醫學信號檢測與採集實驗
7.1心電信號檢測實驗
7.2血壓信號檢測實驗
7.3脈搏信號採集實驗
7.4血氧飽和度檢測實驗
7.5體溫信號採集顯示實驗
7.6心音信號檢測實驗

附錄AKeil軟件的應用
附錄B基於DXP的電路設計
參考文獻

2.USB的數據傳輸類型
在主控制器上，可以連接許多USB設備，這些設備與主機之間有四種可能的通信方式，即同步數據（Synchronous）傳輸方式、中斷數據傳輸方式（Interrupt）、控制數據傳輸方式（Control）和批量數據（Bulk）傳輸方式。根據不同的設備類型和對數據傳輸的要求，分別使用相應的連接方式。
數據和控制信號在主機和USB設備間的交換存在單向和雙向兩種通道。USB的數據傳送在主機和某個USB設備的指定端口之間。這種主機和USB設備的端口間的聯系稱做通道。總的來說，各個通道之間的數據流動是相互獨立的。一個指定的USB設備可以有許多通道。
對于任何給定的設備進行設置時，一種通道只能支持上述四種通信方式中的一種來進行數據傳輸。
（1）控制數據傳送
當USB設備初次安裝時，USB系統軟件使用控制數據對設備進行設置，設備驅動程序通過特定的方式使用控制數據來傳送，數據傳送是無損性的。
（2）批量數據傳送
批量數據是由大量的數據組成的，如使用打印機和掃描儀時，批量數據是連續的。在硬件級上使用錯誤檢測可以保證可靠的數據傳輸，并在硬件級上引入了數據的多次傳送。此外根據其他一些總線動作，被大量數據占用的帶寬可以相應地進行改變。
（3）中斷數據傳輸
中斷數據是少量的，且其數據延遲時間也是在有限范圍內的。這種數據可由設備在任何時刻發送，并且以不慢于設備指定的速度在USB上傳送。
中斷數據一般由事件通告、特征及坐標號組成，只有一字節或幾個字節。匹配定點設備的坐標即為一例，雖然不需要精確指定的傳輸率，但USB必須對交互數據提供一個反應時間的最低界限。
（4）同步數據傳輸
同步數據的建立、傳送和使用是連續且實時的，同步數據以穩定的速率發送和接收實時的信息，同步數據要使接收者與發送者保持相同的時間安排。除了傳輸速率，同步數據對傳送延遲非常敏感。所以同步通道帶寬的確定，必須滿足對相關功能部件的取樣特性。不可避免的信號延遲與每個端口的可用緩沖區數有關。
3.USB的數據傳輸原理
在USB結構中，占有主導地位的是主控制器。主控制器要保證所有連接到它上面的數量不同、傳輸方式不同的設備能夠同時正常工作。那么，主控制器到底是如何與這些設備進行通信的呢？
USB主控制器使用間隔為1ms的幀來實現數據傳輸。由于有許多設備都接到了USB上，因此每1ms產生的傳輸幀是混合的。在幾種傳輸方式數據都存在的情況下，中斷傳輸和同步傳輸對時間要求高。因此，占用了約90％的總帶寬，控制傳輸占用了約10％的帶寬（注：兩者的和不到100％），批量傳輸對時間要求不高，但數據量大，它使用剩下的可用帶寬。各種USB設備就是通過這種基本的幀結構來實現共享USB帶寬，實現數據傳輸的。
在主機端，不同設備的數據傳輸請求被分成若干個小塊，每個小塊叫做一次執行（Transaction），由于要保證連接到主機上的設備可以同時工作，因此主機每次從不同設備取一個小塊構成一個1ms幀，然后將整個幀發送到USB總線上。