智能儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

內(nèi)容概要

《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材?電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)規(guī)劃教材:智能儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用》共分7章，第1章闡述智能儀器的典型結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，設(shè)計(jì)原則和發(fā)展趨勢；第2章闡述智能儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成與設(shè)計(jì)方法；第3章闡述智能儀器人機(jī)接口設(shè)計(jì)，主要講述鍵盤、LED、LCD、打印機(jī)與CPU的接口設(shè)計(jì)；第4章闡述智能儀器通信接口設(shè)計(jì)，考慮到家庭化、網(wǎng)絡(luò)化醫(yī)療的發(fā)展趨勢，該章講述了串行通信、USB通信和無線通信接口設(shè)計(jì)理論；第5章講述智能儀器的典型數(shù)據(jù)處理功能；第6章以智能醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)闡述中醫(yī)脈象儀和動(dòng)態(tài)血壓儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；第7章圍繞該課程內(nèi)容給出了6個(gè)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)；最后在附錄簡介了基于單片機(jī)的C語言程序編寫調(diào)試過程，以及DXP繪圖方法，可作為學(xué)生學(xué)習(xí)的參考內(nèi)容。

書籍目錄

第1章 緒論1 1.1 智能儀器的概念及特點(diǎn) 1.1.1 智能儀器的概念 1.1.2 智能儀器的特點(diǎn) 1.2 智能儀器的通用結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)原則 1.2.1 智能儀器的通用結(jié)構(gòu) 1.2.2 智能儀器的設(shè)計(jì)原則與步驟 1.3 智能儀器的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢 1.3.1 智能儀器的發(fā)展歷程 1.3.2 智能儀器的發(fā)展趨勢 習(xí)題1 第2章 智能儀器采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 模擬量輸出通道及其設(shè)計(jì) 2.1.1 D∕A轉(zhuǎn)換器概述 2.1.2 典型8位D∕A轉(zhuǎn)換器 2.1.3 D∕A轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口設(shè)計(jì) 2.2 模擬量輸入通道及其設(shè)計(jì) 2.2.1 A∕D轉(zhuǎn)換器概述 2.2.2 A∕D轉(zhuǎn)換器的選擇和使用 2.2.3 典型8位A∕D轉(zhuǎn)換器 2.2.4 A∕D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口設(shè)計(jì) 2.3 信號采集系統(tǒng)組成與設(shè)計(jì) 2.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 2.3.2 數(shù)據(jù)采集的任務(wù) 2.3.3 模擬多路開關(guān)和采樣保持器 2.3.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 習(xí)題2 第3章 智能儀器人機(jī)接口設(shè)計(jì) 3.1 鍵盤與接口設(shè)計(jì) 3.1.1 鍵盤輸入基礎(chǔ)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 3.2 LED顯示與接口設(shè)計(jì) 3.2.1 LED原理及應(yīng)用 3.2.2 LED顯示器及顯示方式 3.2.3 點(diǎn)陣LED顯示器 3.3 鍵盤∕LED顯示器接口設(shè)計(jì) 3.3.1 HD7279A的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3.3.2 鍵盤∕LED顯示器接口設(shè)計(jì)方法 3.4 液晶顯示模塊與接口設(shè)計(jì) 3.4.11602液晶顯示模塊與接口設(shè)計(jì) 3.4.2 FYD12864液晶顯示模塊與接口設(shè)計(jì) 3.5 微型打印機(jī)與接口設(shè)計(jì) 3.5.1 TPP—40B∕C微型打印機(jī)及其接口設(shè)計(jì) 3.5.2 漢字打印技術(shù) 習(xí)題3 第4章 智能儀器通信接口設(shè)計(jì) 4.1 通信技術(shù)概述 4.2 串行通信技術(shù) 4.2.1 串行通信基本方式 4.2.2 串行通信協(xié)議 4.2.3 RS-232、RS-422與RS—485串口標(biāo)準(zhǔn) 4.2.4 串行通信接口設(shè)計(jì) 4.3 USB接口技術(shù) 4.3.1 USB接口概述 4.3.2 USB系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4.3.3 USB接口設(shè)計(jì) 4.4 藍(lán)牙技術(shù) 4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn) 4.4.2 藍(lán)牙協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 4.4.3 藍(lán)牙芯片 4.4.4 HCI概述 4.4.5 藍(lán)牙模塊接口設(shè)計(jì) 習(xí)題4 第5章 智能儀器的數(shù)據(jù)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(jī)誤差的處理方法 5.2.2 系統(tǒng)誤差的處理方法 5.2.3 粗大誤差的處理方法 5.3 測量數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換 5.3.1 線性標(biāo)度變換 5.3.2 非線性參數(shù)的標(biāo)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(guān)分析 5.4.3 相關(guān)分析的應(yīng)用 5.5 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)信號處理的常用方法 5.5.1 功率譜的定義 5.5.2 譜估計(jì)的基本計(jì)算方法 5.5.3 譜估計(jì)應(yīng)注意的問題及改進(jìn)措施 5.5.4 現(xiàn)代譜估計(jì)技術(shù) 習(xí)題5 第6章 智能醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)實(shí)例 6.1 人體生理信息概述 6.1.1 醫(yī)學(xué)信息的分類 6.1.2 人體生理信號的典型幅值和頻率范圍 6.1.3 人體生理信號的特點(diǎn) 6.2 智能醫(yī)學(xué)儀器的基本組成和分類 6.2.1 醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)的組成 6.2.2 醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)的基本功能 6.2.3 醫(yī)學(xué)儀器的分類 6.2.4 醫(yī)學(xué)儀器的發(fā)展趨勢 6.3 便攜式動(dòng)態(tài)血壓儀設(shè)計(jì) 6.3.1 血壓測量的原理及方法 6.3.2 動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測儀硬件總體設(shè)計(jì) 6.3.3 血壓傳感器的選擇和驅(qū)動(dòng) 6.3.4 血壓信號模擬調(diào)理電路設(shè)計(jì) 6.3.5 血壓信號采集電路設(shè)計(jì) 6.3.6 動(dòng)態(tài)血壓儀顯示電路設(shè)計(jì) 6.3.7 動(dòng)態(tài)血壓儀通信接口電路設(shè)計(jì) 6.3.8 動(dòng)態(tài)血壓儀電源模塊設(shè)計(jì) 6.3.9 氣泵、氣閥驅(qū)動(dòng)硬件電路 6.3.10 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 6.4 基于DSP的脈象儀設(shè)計(jì) 6.4.1 中醫(yī)脈象儀總體設(shè)計(jì) 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(jī)交互模塊設(shè)計(jì) 6.4.5 脈象儀存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.4.6 脈象儀采集電路設(shè)計(jì) 6.4.7 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 習(xí)題6 第7章 醫(yī)學(xué)信號檢測與采集實(shí)驗(yàn) 7.1 心電信號檢測實(shí)驗(yàn) 7.2 血壓信號檢測實(shí)驗(yàn) 7.3 脈搏信號采集實(shí)驗(yàn) 7.4 血氧飽和度檢測實(shí)驗(yàn) 7.5 體溫信號采集顯示實(shí)驗(yàn) 7.6 心音信號檢測實(shí)驗(yàn) 附錄A Keil軟件的應(yīng)用 附錄B 基于DXP的電路設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   2.USB的數(shù)據(jù)傳輸類型 在主控制器上，可以連接許多USB設(shè)備，這些設(shè)備與主機(jī)之間有四種可能的通信方式，即同步數(shù)據(jù)（Synchronous）傳輸方式、中斷數(shù)據(jù)傳輸方式（Interrupt）、控制數(shù)據(jù)傳輸方式（Control）和批量數(shù)據(jù)（Bulk）傳輸方式。根據(jù)不同的設(shè)備類型和對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，分別使用相應(yīng)的連接方式。 數(shù)據(jù)和控制信號在主機(jī)和USB設(shè)備間的交換存在單向和雙向兩種通道。USB的數(shù)據(jù)傳送在主機(jī)和某個(gè)USB設(shè)備的指定端口之間。這種主機(jī)和USB設(shè)備的端口間的聯(lián)系稱做通道?？偟膩碚f，各個(gè)通道之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)是相互獨(dú)立的。一個(gè)指定的USB設(shè)備可以有許多通道。 對于任何給定的設(shè)備進(jìn)行設(shè)置時(shí)，一種通道只能支持上述四種通信方式中的一種來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 （1）控制數(shù)據(jù)傳送 當(dāng)USB設(shè)備初次安裝時(shí)，USB系統(tǒng)軟件使用控制數(shù)據(jù)對設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過特定的方式使用控制數(shù)據(jù)來傳送，數(shù)據(jù)傳送是無損性的。 （2）批量數(shù)據(jù)傳送 批量數(shù)據(jù)是由大量的數(shù)據(jù)組成的，如使用打印機(jī)和掃描儀時(shí)，批量數(shù)據(jù)是連續(xù)的。在硬件級上使用錯(cuò)誤檢測可以保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，并在硬件級上引入了數(shù)據(jù)的多次傳送。此外根據(jù)其他一些總線動(dòng)作，被大量數(shù)據(jù)占用的帶寬可以相應(yīng)地進(jìn)行改變。 （3）中斷數(shù)據(jù)傳輸 中斷數(shù)據(jù)是少量的，且其數(shù)據(jù)延遲時(shí)間也是在有限范圍內(nèi)的。這種數(shù)據(jù)可由設(shè)備在任何時(shí)刻發(fā)送，并且以不慢于設(shè)備指定的速度在USB上傳送。 中斷數(shù)據(jù)一般由事件通告、特征及坐標(biāo)號組成，只有一字節(jié)或幾個(gè)字節(jié)。匹配定點(diǎn)設(shè)備的坐標(biāo)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(shù)據(jù)提供一個(gè)反應(yīng)時(shí)間的最低界限。 （4）同步數(shù)據(jù)傳輸 同步數(shù)據(jù)的建立、傳送和使用是連續(xù)且實(shí)時(shí)的，同步數(shù)據(jù)以穩(wěn)定的速率發(fā)送和接收實(shí)時(shí)的信息，同步數(shù)據(jù)要使接收者與發(fā)送者保持相同的時(shí)間安排。除了傳輸速率，同步數(shù)據(jù)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(guān)功能部件的取樣特性。不可避免的信號延遲與每個(gè)端口的可用緩沖區(qū)數(shù)有關(guān)。 3.USB的數(shù)據(jù)傳輸原理 在USB結(jié)構(gòu)中，占有主導(dǎo)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(shù)量不同、傳輸方式不同的設(shè)備能夠同時(shí)正常工作。那么，主控制器到底是如何與這些設(shè)備進(jìn)行通信的呢？ USB主控制器使用間隔為1ms的幀來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。由于有許多設(shè)備都接到了USB上，因此每1ms產(chǎn)生的傳輸幀是混合的。在幾種傳輸方式數(shù)據(jù)都存在的情況下，中斷傳輸和同步傳輸對時(shí)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(shí)間要求不高，但數(shù)據(jù)量大，它使用剩下的可用帶寬。各種USB設(shè)備就是通過這種基本的幀結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)共享USB帶寬，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?在主機(jī)端，不同設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸請求被分成若干個(gè)小塊，每個(gè)小塊叫做一次執(zhí)行（Transaction），由于要保證連接到主機(jī)上的設(shè)備可以同時(shí)工作，因此主機(jī)每次從不同設(shè)備取一個(gè)小塊構(gòu)成一個(gè)1ms幀，然后將整個(gè)幀發(fā)送到USB總線上。

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