具体描述
深入理解现代电子测量与数据采集系统的基石：《虚拟仪器基础教程》之外的广阔天地 本书并非《虚拟仪器基础教程》的姊妹篇或补充读物。它旨在构建一个独立且完备的知识体系，聚焦于电子测量、信号处理与数据采集（DAQ）领域中，那些独立于特定软件平台（如LabVIEW、MATLAB/Simulink等）构建的、更偏向于底层硬件原理、经典电路设计、以及系统级架构的深度剖析。本书的宗旨是为工程师和高级学生提供构建、理解和优化复杂测量系统的核心理论框架，而非仅仅停留在应用层面的图形化编程技巧。 --- 第一部分：模拟前端与信号调理的精妙艺术 本书首先将读者带回到信号的源头——传感器与被测对象。我们深知，无论软件界面多么炫酷，最终的测量精度和可靠性都取决于前端的模拟电路设计。 1.1 传感器原理与非线性补偿： 本部分详尽阐述了各类核心传感器（如电阻应变计、热电偶、电容式传感器、压电传感器等）的工作机理。重点探讨了传感器固有的非线性和漂移问题。不同于虚拟仪器工具包中提供的“即插即用”模块，本书将详细推导惠斯通电桥在高动态范围下的非线性误差来源，并深入讲解如何利用多项式拟合、查表法（Look-Up Tables, LUTs）的硬件实现，以及差分测量拓扑来线性化输出信号。我们不会依赖软件算法，而是侧重于硬件补偿电路的设计，例如使用特定比例电阻网络或运放配置来实现初始偏置和灵敏度校准。 1.2 噪声的起源、分析与抑制技术： 在数据采集领域，噪声是永恒的敌人。本书将系统梳理噪声的物理来源，从热噪声（Johnson-Nyquist噪声）、散弹噪声（Shot Noise）到1/f噪声（闪烁噪声）的频谱特性。我们将详细分析噪声在整个信号通路中的传递和累积效应，并提供一套纯硬件的抗噪策略： 屏蔽与接地： 深入探讨“单点接地”、“多点接地”与“飞环（Star Grounding）”的适用场景，分析接地回路的阻抗对共模抑制比（CMRR）的影响。 滤波器的深度剖析： 区别于简单的软件滤波，本书专注于有源滤波器（如Sallen-Key拓扑、Butterworth、Chebyshev滤波器）的精确设计。我们将提供详细的元件值计算指南，确保滤波器的通带平坦度和过渡带陡峭度满足特定的抗混叠要求。讨论开关电容滤波器在低功耗系统中的应用潜力。 隔离技术： 探讨基于光耦、电容耦合和变压器耦合的隔离技术，不仅讲解其隔离电压等级，更分析其对高频信号的容性耦合效应和时延影响。 1.3 信号调理电路的精确设计： 本章聚焦于信号的放大、衰减与转换准备。内容涵盖： 仪表放大器的优化选择与偏置设计： 探讨如何选择具有极低输入偏置电流和高CMRR的运放，并阐述斩波稳定（Chopper-Stabilized）和零漂（Zero-Drift）放大器在微弱信号测量中的决定性作用。 输入保护电路： 设计鲁棒的前端，包括TVS管、齐纳二极管和气体放电管的布局与选型，以应对瞬态过压冲击。 缓冲与驱动： 如何设计低输出阻抗的缓冲级，以确保后续ADC的采样精度不受前置电路负载变化的影响。 --- 第二部分：模拟数字转换（ADC）的核心理论与实践 虚拟仪器的核心能力在于数字化，本书将深入挖掘ADC芯片的内部机制及其对测量结果的决定性影响。 2.1 ADC原理与关键参数的量化分析： 我们不会停留在“它将模拟信号变为数字信号”的层面。本书会详细解析逐次逼近型（SAR）、流水线型（Pipelined）和Σ-Δ型ADC的内部结构、时序和性能权衡。 关键参数的物理意义： 深入分析有效位数（ENOB）、积分非线性（INL）、微分非线性（DNL）的产生原因，以及它们如何直接影响测量结果的可重复性和分辨率。 量化误差建模： 建立精确的量化噪声模型，并演示如何通过过采样（Oversampling）技术结合数字滤波器（如Sinc滤波器）来有效提高有效分辨率，这是一种纯硬件/算法协同的提升方式，独立于应用软件的拖拽操作。 2.2 采样理论的严谨回顾与应用： 本书对奈奎斯特-香农采样定理进行严谨的数学推导，并侧重于欠采样（Undersampling）在射频和高速系统中的实际应用。详细讨论了孔径抖动（Aperture Jitter）对高频信号测量的影响，并提出硬件层面的时钟同步和抖动抑制方案。 2.3 数据采集系统架构： 探讨了基于FPGA/ASIC的定制化数据采集架构设计。对比了并行采集与串行采集的带宽瓶颈，并分析了直接存储器存取（DMA）在高速数据传输中的实现机制，为构建脱离PC接口的高速数据记录仪奠定理论基础。 --- 第三部分：经典与现代数据处理的底层实现 本部分关注数据采集后的数字信号处理（DSP）基础，重点是硬件逻辑和经典算法的底层优化，而非高层级的“模块化”处理。 3.1 数字滤波器的硬件映射： 本书将重点介绍有限脉冲响应（FIR）和无限脉冲响应（IIR）滤波器的数学结构，并详细阐述它们如何被映射到定点（Fixed-Point）运算中。讨论量化对滤波器性能的影响，以及如何通过选择适当的系数位宽来最小化舍入误差，以确保滤波效果的稳定性和预测性。 3.2 傅里叶变换与谱分析的效率优化： 详细回顾快速傅里叶变换（FFT）的蝶形运算结构，但核心在于如何优化FFT的计算效率： 窗函数（Windowing）的选择与设计： 不仅罗列Blackman、Hamming等窗函数，更重要的是分析不同窗函数在主瓣宽度与旁瓣衰减之间的权衡，并展示如何手动生成这些窗函数序列。 定点FFT的实现挑战： 分析在无浮点单元的DSP或FPGA中，如何处理FFT运算中的幅度缩放和复数运算的位宽管理，防止溢出和精度损失。 3.3 数据传输与接口标准： 系统地介绍工业领域中常见的、不依赖于操作系统API的底层通信协议，例如SPI、I2C、RS-485的电气特性和时序控制。重点分析PCIe/PXIe总线在数据背板上的协议栈如何实现低延迟的数据传输，以及在设计时如何规避总线仲裁带来的不确定性。 总结： 本书为追求底层硬件理解和系统设计深度的技术人员量身定制。它不教授如何“点击”出虚拟仪器，而是教授如何“构建”一个可靠、高精度、低噪声的电子测量系统所需的一切硬核理论和实践知识，是迈向专业测试与测量工程师的必经之径。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.wenda123.org All Rights Reserved. 图书目录大全 版权所有