《全國高等院校儀器儀表及自動(dòng)化類“十二五”規(guī)劃教材：測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用》以具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，比較全面地介紹了測試系統(tǒng)的基本分析方法、設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法。以系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟為序，介紹了系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)方法、電路的設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證；以系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和實(shí)踐為主，著重講述了電路原理圖、版圖設(shè)計(jì)、仿真及可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、仿真方法。以應(yīng)用為輔，通過幾個(gè)不同參數(shù)的測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用實(shí)例，對之前的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和擴(kuò)展。
《全國高等院校儀器儀表及自動(dòng)化類“十二五”規(guī)劃教材：測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用》共14章，第1～4章是測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，第5～11章是系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程和實(shí)現(xiàn)方法，第12～14章是系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的具體應(yīng)用。
《全國高等院校儀器儀表及自動(dòng)化類“十二五”規(guī)劃教材：測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用》是作者從事測試技術(shù)及儀器專業(yè)10多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累和科研結(jié)果的體現(xiàn)，內(nèi)容實(shí)踐性強(qiáng)；知識點(diǎn)與實(shí)際科研項(xiàng)目相結(jié)合；采用先建立知識框架再進(jìn)行內(nèi)容填充的介紹方式，便于讀者的學(xué)習(xí)和理解。有助于讀者建立正確的系統(tǒng)概念，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和基本方法。
測試技術(shù)是工科專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，測試系統(tǒng)是實(shí)施測試的必備條件，是實(shí)現(xiàn)測試的關(guān)鍵。隨著人類活動(dòng)規(guī)模、深度的不斷擴(kuò)大和深入，人類已不可能通過自己的感覺、思維和體能器官直接觀測和操作工具使之達(dá)到既定目標(biāo)，測試系統(tǒng)是擴(kuò)展人類感知的途徑之一。測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是實(shí)踐性非常強(qiáng)的技術(shù)，本書以瞬態(tài)波形記錄儀的設(shè)計(jì)為例，將此儀器的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)理論相結(jié)合，重點(diǎn)培養(yǎng)實(shí)踐能力。
本書以具體例子為主線，結(jié)合瞬態(tài)波形記錄儀的設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟。結(jié)合系統(tǒng)性能及特性給出了電路原理圖的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，以及印制電路板（PCB）的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，并針對控制模塊介紹了可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)方法。
本書是作者從事測試技術(shù)及儀器專業(yè)10多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累和科研結(jié)果的體現(xiàn)，內(nèi)容實(shí)踐性強(qiáng)；知識點(diǎn)與實(shí)際科研項(xiàng)目相結(jié)合；采用先建立知識框架再進(jìn)行內(nèi)容填充的介紹方式，便于讀者的學(xué)習(xí)和理解。希望通過本書，有助于讀者建立正確的系統(tǒng)概念，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和基本方法，對實(shí)踐起到一定的指導(dǎo)作用。
本書共14章。第1章是緒論；第2～4章是對系統(tǒng)研究對象——信號及系統(tǒng)組成、特性的分析，按照信息流的順序著重介紹了一般系統(tǒng)的主要組成環(huán)節(jié)，以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則；第5章以瞬態(tài)波形記錄儀的指標(biāo)要求為例，介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和模塊設(shè)計(jì)思想；第6～8章是各模塊的電路原理圖設(shè)計(jì)方法、仿真驗(yàn)證及版圖設(shè)計(jì)方法；第9～10章是瞬態(tài)波形記錄儀控制模塊的設(shè)計(jì)，包括可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)方法和仿真驗(yàn)證；第11章是關(guān)于測試數(shù)據(jù)誤差分析的基礎(chǔ)理論；第12～14章是測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在幾個(gè)不同參量的測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例，是對瞬態(tài)波形記錄儀設(shè)計(jì)方法的補(bǔ)充和知識點(diǎn)的強(qiáng)化。
本書在編寫過程中，參閱了大量文獻(xiàn)，在此向這些文獻(xiàn)的作者表示衷心的感謝。中北大學(xué)的祖靜教授、馬鐵華教授、鄭賓教授、郝曉劍教授對本書的編寫工作給予了大力幫助和支持，特向他們表示誠摯的感謝。
本書第1章由中北大學(xué)裴東興編寫；第2章由中北大學(xué)張艷兵編寫；第3、13章由中北大學(xué)孟令軍編寫；第4、5、12章由中北大學(xué)靳鴻編寫；第6、7、8、10章由中北大學(xué)王燕編寫；第9章由中北大學(xué)崔敏編寫；第11章由湖南大學(xué)郭斯羽編寫；第14章由中北大學(xué)沈大偉編寫。靳鴻負(fù)責(zé)統(tǒng)稿。
全體編者在此書的編寫過程中都盡心盡力，但因水平有限，書中難免存在不足或疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正，不勝感激。
編者
靳鴻，女，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師。中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)態(tài)測試與信息獲取方向主要成員之一。主要研究方向：惡劣環(huán)境的動(dòng)態(tài)參數(shù)測試，微型彈載測試儀和智能儀器等；近年來主持承擔(dān)國家重點(diǎn)項(xiàng)目4項(xiàng)，橫向科研項(xiàng)目十余項(xiàng)，完成省部級鑒定5項(xiàng)，獲得山西省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，申請發(fā)明專利3項(xiàng)。
第1章 緒論
1.1 測試系統(tǒng)概述
1.1.1 測試系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)
1.1.2 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求
1.1.3 存儲測試系統(tǒng)
1.2 測試技術(shù)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與趨勢
1.3 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第2章 測試技術(shù)及設(shè)計(jì)軟件基礎(chǔ)
2.1 測試及相關(guān)概念
2.2 傳感器轉(zhuǎn)換原理
2.2.1 電阻應(yīng)變式傳感器
2.2.2 電容式傳感器
2.2.3 壓電式傳感器
2.2.4 熱電式傳感器
2.3 Protel99SE軟件設(shè)計(jì)方法
2.3.1 Protel99SE主要功能模塊
2.3.2 Protel99SE設(shè)計(jì)環(huán)境
2.3.3 Protel99SE設(shè)計(jì)環(huán)境的基礎(chǔ)操作
2.4 電路原理圖編輯環(huán)境設(shè)置
2.4.1 原理圖工具欄的設(shè)置
2.4.2 圖紙?jiān)O(shè)置
2.4.3 設(shè)置文件信息
2.4.4 設(shè)置光標(biāo)和網(wǎng)格
2.4.5 電路原理圖的設(shè)計(jì)步驟
2.5 印制電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
2.5.1 PCB設(shè)計(jì)流程
2.5.2 PCB編輯器
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第3章 測試系統(tǒng)的基本組成
3.1 非電量電測系統(tǒng)及其基本組成
3.2 傳感器
3.2.1 傳感器的組成及其輸出信號的特點(diǎn)
3.2.2 傳感器的分類與常用技術(shù)指標(biāo)
3.3 信息轉(zhuǎn)換
3.3.1 信號的放大
3.3.2 濾波器
3.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器
3.4 信息的存儲、顯示和處理
3.4.1 數(shù)據(jù)存儲
3.4.2 數(shù)據(jù)顯示
3.4.3 信息處理
3.5 接口與總線
3.5.1 接口
3.5.2 總線
3.6 控制模塊
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第4章 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及特性分析
4.1 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備
4.1.1 使用要求
4.1.2 參數(shù)預(yù)估
4.2 測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
4.2.1 總體設(shè)計(jì)原則
4.2.2 靈敏度分配和誤差分配原則
4.2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的一般步驟
4.3 測試系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)
4.3.1 傳感器選用原則
4.3.2 放大及濾波環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)
4.3.3 采樣策略
4.3.4 控制模塊設(shè)計(jì)
4.4 測試系統(tǒng)的狀態(tài)設(shè)計(jì)方法
4.4.1 狀態(tài)圖及其組成
4.4.2 等容量隨機(jī)間隔采樣策略狀態(tài)圖設(shè)計(jì)
4.5 測試系統(tǒng)的基本特性
4.5.1 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性
4.5.2 測試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第5章 測試方案確定及參數(shù)分析
5.1 功能、指標(biāo)要求及總體方案
5.1.1 功能要求
5.1.2 性能指標(biāo)
5.1.3 總體方案設(shè)計(jì)
5.2 模擬板模塊設(shè)計(jì)及參數(shù)分析
5.2.1 模擬板主要模塊功能設(shè)計(jì)
5.2.2 放大衰減模塊設(shè)計(jì)及主要參數(shù)分析
5.2.3 濾波模塊及主要參數(shù)分析
5.3 數(shù)字板模塊設(shè)計(jì)及參數(shù)分析
5.3.1 數(shù)字板模塊設(shè)計(jì)
5.3.2 采樣及存儲模塊主要參數(shù)分析
5.4 基板模塊設(shè)計(jì)及主要參數(shù)分析
5.4.1 基板的主要模塊設(shè)計(jì)
5.4.2 通道讀出控制
5.5 控制板設(shè)計(jì)
5.5.1 控制板整體功能設(shè)計(jì)
5.5.2 采樣策略的狀態(tài)圖設(shè)計(jì)
5.6 虛擬軟面板設(shè)計(jì)
5.6.1 虛擬軟面板設(shè)計(jì)的基本原則
5.6.2 數(shù)據(jù)處理方法
5.6.3 數(shù)據(jù)處理軟件
5.6.4 瞬態(tài)波形記錄儀軟面板設(shè)計(jì)
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第6章 電路原理圖設(shè)計(jì)
6.1 瞬態(tài)波形記錄儀的層次式電路設(shè)計(jì)
6.2 瞬態(tài)波形記錄儀的主電路圖設(shè)計(jì)
6.2.1 繪制方塊電路圖
6.2.2 放置方塊電路端口
6.2.3 連接各方塊電路
6.3 模擬板子電路圖設(shè)計(jì)
6.3.1 模擬板子電路原理圖的建立
6.3.2 放大衰減電路的繪制
6.3.3 濾波電路的繪制
6.4 數(shù)字板子電路圖設(shè)計(jì)
6.4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的繪制
6.4.2 負(fù)延遲電路的繪制
6.4.3 多通道設(shè)計(jì)
6.5 基板及控制板子電路圖設(shè)計(jì)
6.5.1 電源管理電路的繪制
6.5.2 接口及控制電路的繪制
6.6 報(bào)表文件
6.6.1 ERC
6.6.2 網(wǎng)絡(luò)表文件
6.6.3 生成層次項(xiàng)目組織列表
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第7章 原理圖仿真驗(yàn)證
7.1 電路仿真功能概述
7.2 電路仿真步驟
7.3 電源和仿真激勵(lì)源
7.4 仿真分析類型說明
7.5 仿真實(shí)例
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第8章 印制電路板設(shè)計(jì)
8.1 瞬態(tài)波形記錄儀的印制電路板設(shè)計(jì)
8.1.1 瞬態(tài)波形記錄儀印制電路板總體設(shè)計(jì)方案
8.1.2 規(guī)劃電路板和電氣定義
8.1.3 設(shè)置電路板工作層
8.1.4 PCB工作參數(shù)設(shè)置
8.1.5 載入元件封裝及網(wǎng)絡(luò)表
8.2 記錄儀PCB圖的布局設(shè)計(jì)
8.2.1 設(shè)置布局設(shè)計(jì)規(guī)則
8.2.2 自動(dòng)布局
8.2.3 手工調(diào)整元件布局
8.3 記錄儀PCB圖的布線設(shè)計(jì)
8.3.1 設(shè)置自動(dòng)布線規(guī)則
8.3.2 運(yùn)行自動(dòng)布線
8.3.3 手工調(diào)整布線
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第9章 可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)方法與流程
9.1 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)的基本方法
9.2 圖形輸入設(shè)計(jì)方法
9.2.1 圖形輸入設(shè)計(jì)的文件組成
9.2.2 圖形輸入的元件
9.2.3 元件特點(diǎn)
9.3 文本輸入設(shè)計(jì)方法
9.4 設(shè)計(jì)流程
9.4.1 設(shè)計(jì)輸入
9.4.2 項(xiàng)目編譯
9.4.3 設(shè)計(jì)校驗(yàn)
9.4.4 編程與配置
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第10章 控制模塊的VHDL設(shè)計(jì)及仿真
10.1 瞬態(tài)波形記錄儀控制模塊的功能
10.2 VHDL的特點(diǎn)及程序結(jié)構(gòu)
10.2.1 VHDL的特點(diǎn)
10.2.2 VHDL程序結(jié)構(gòu)
10.3 順序語句及并行語句
10.3.1 順序語句
10.3.2 并行語句
10.4 采樣策略的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
10.4.1 定頻率采樣策略
10.4.2 變頻率采樣策略
10.5 內(nèi)觸發(fā)類型的判斷與觸發(fā)
10.6 基板的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第11章 誤差分析及數(shù)據(jù)處理
11.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表示
11.1.1 表示方法
11.1.2 數(shù)據(jù)修約與有效數(shù)字
11.2 誤差的定義與表示方法
11.2.1 誤差的定義
11.2.2 誤差的基本表示方法
11.3 測量誤差的來源
11.4 測量誤差的分類
11.4.1 系統(tǒng)誤差
11.4.2 粗大誤差
11.4.3 隨機(jī)誤差
11.5 測量數(shù)據(jù)處理
11.5.1 算術(shù)平均值原理
11.5.2 測量標(biāo)準(zhǔn)差及其估計(jì)
11.5.3 算術(shù)平均值與實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差的標(biāo)準(zhǔn)差
11.5.4 測量不確定度的基本概念
11.5.5 最小二乘法
11.5.6 回歸分析
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第12章 基于SoC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
12.1 測試系統(tǒng)的微型化
12.2 模、數(shù)及混合集成技術(shù)
12.2.1 高集成度數(shù)字器件
12.2.2 模擬集成技術(shù)的發(fā)展
12.2.3 混合集成技術(shù)
12.3 SoC概述
12.3.1 SoC及其IP特點(diǎn)
12.3.2 SoC單片機(jī)與DSP系統(tǒng)級集成電路
12.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與對象的變化
12.4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的變化
12.4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)對象的變化
12.5 SoC的設(shè)計(jì)流程與步驟
12.5.1 傳統(tǒng)的SoC設(shè)計(jì)流程
12.5.2 基于IP模塊的SoC設(shè)計(jì)流程
12.5.3 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)流程
12.5.4 SoC單片機(jī)的設(shè)計(jì)流程
12.6 設(shè)計(jì)舉例
12.6.1 基于ispPAC20的放大模塊設(shè)計(jì)
12.6.2 基于SoC單片機(jī)的應(yīng)變測試儀設(shè)計(jì)
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第13章 雙通道數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
13.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
13.1.1 主要技術(shù)指標(biāo)
13.1.2 系統(tǒng)組成分析
13.2 供電單元設(shè)計(jì)
13.2.1 供電電路設(shè)計(jì)
13.2.2 RS-422數(shù)據(jù)接收單元設(shè)計(jì)
13.3 LVDS數(shù)據(jù)接收單元設(shè)計(jì)
13.3.1 LVDS接口設(shè)計(jì)
13.3.2 LVDS數(shù)據(jù)接收
13.3.3 片內(nèi)FIFO設(shè)計(jì)
13.4 Flash存儲器高速存儲技術(shù)
13.4.1 存儲介質(zhì)選擇
13.4.2 內(nèi)部尋址方式
13.4.3 交叉雙平面操作時(shí)的無效塊檢測
13.4.4 交叉雙平面頁編程
13.4.5 Flash存儲器數(shù)據(jù)讀取
13.4.6 Flash存儲器高速擦除
13.5 PCB布局布線設(shè)計(jì)
13.5.1 PCB設(shè)計(jì)的一般原則
13.5.2 信號完整性
13.5.3 PCB設(shè)計(jì)
13.6 上位機(jī)軟件
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
第14章 壓力測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
14.1 壓力與壓力測量
14.1.1 基于壓力測量的傳感器技術(shù)
14.1.2 壓力傳感器簡介
14.2 壓力測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
14.2.1 基于壓電式壓力傳感器的壓力信號采集的實(shí)現(xiàn)
14.2.2 基于壓阻式壓力傳感器的壓力信號采集的實(shí)現(xiàn)
本章小結(jié)
思考與練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
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