第1 章 儀器學概論 ........................................................ 1
數據采集 ..................................................................................................................2
控製輸齣 ..................................................................................................................4
開環控製 ..........................................................................................................5
閉環控製 ..........................................................................................................6
順序控製 ..........................................................................................................8
應用概觀 ..................................................................................................................9
電子測試儀器 ...................................................................................................9
實驗室儀器..................................................................................................... 11
過程控製 ........................................................................................................12
小結 .......................................................................................................................14
第2 章 基本電子學 ...................................................... 15
電荷 .......................................................................................................................15
電流 .......................................................................................................................17
基礎電路理論.........................................................................................................18
電路原理圖 ............................................................................................................20
直流電路特性.........................................................................................................23
歐姆定律 ........................................................................................................24
電流吸入與電流輸齣 ......................................................................................26
再談電阻 ........................................................................................................27
交流電路 ................................................................................................................28
正弦波 ............................................................................................................29
電容器 ............................................................................................................30
電感器 ............................................................................................................34
其他波形：方波、斜波、三角波和脈衝 ........................................................37
接口 .......................................................................................................................38
離散數字I/O ..................................................................................................38
模擬I/O ..........................................................................................................42
計數器與定時器 .............................................................................................46
脈寬調製 ........................................................................................................48
串行I/O ..........................................................................................................49
並行I/O ..........................................................................................................51
小結 .......................................................................................................................53
推薦閱讀 ................................................................................................................54
第3 章 Python 編程語言 .............................................. 55
安裝Python ............................................................................................................56
Python 編程 ............................................................................................................57
Python 的命令行 ............................................................................................57
命令行參數和環境 .........................................................................................58
Python 中的對象 ............................................................................................59
Python 中的數據類型 .....................................................................................60
錶達式 ............................................................................................................73
操作符 ............................................................................................................73
語句 ................................................................................................................79
字串 ................................................................................................................86
程序組織 ........................................................................................................91
模塊導入 ...................................................................................................... 101
加載並運行Python 程序 .............................................................................. 104
基礎輸入輸齣 ............................................................................................... 106
提示和技巧................................................................................................... 110
Python 開發工具 .................................................................................................. 112
編輯器和IDE ............................................................................................... 112
調試器 .......................................................................................................... 115
小結 ..................................................................................................................... 115
推薦閱讀 .............................................................................................................. 115
第4 章 C 語言編程 .................................................... 117
安裝C 語言編程環境 ........................................................................................... 117
使用C 語言開發軟件 ........................................................................................... 118
一個簡單的C 程序 ....................................................................................... 119
預處理指令................................................................................................... 122
標準數據類型 ............................................................................................... 126
用戶定義類型 ............................................................................................... 127
操作符 .......................................................................................................... 127
錶達式 .......................................................................................................... 136
語句 .............................................................................................................. 136
數組和指針................................................................................................... 143
結構 ............................................................................................................. 146
函式 .............................................................................................................. 150
標準庫 .......................................................................................................... 151
編譯C 程序 .................................................................................................. 152
C 語言綜述 ................................................................................................... 156
C 開發工具 ........................................................................................................... 156
小結 ..................................................................................................................... 157
推薦閱讀 .............................................................................................................. 157
第5 章 Python 擴展 ................................................... 159
用C 建立Python 擴展 ........................................................................................ 160
Python 的C 擴展API ........................................................................................... 161
擴展代碼的模塊組織 .................................................................................... 161
Python API 類型和函數 ................................................................................ 163
方法錶 .......................................................................................................... 163
方法標記 ...................................................................................................... 164
傳遞數據 ...................................................................................................... 165
使用Python 的C 擴展API .................................................................................. 167
通用離散I/O API ......................................................................................... 167
通用包裝器示例 ........................................................................................... 169
調用擴展 ...................................................................................................... 173
Python 的ctypes 外部函數庫 ............................................................................... 177
用ctypes 載入外部DLL ............................................................................... 177
ctypes 中的基本數據類型 ............................................................................. 178
使用ctypes ................................................................................................... 179
小結 ..................................................................................................................... 179
推薦閱讀 .............................................................................................................. 180
第6 章 硬件：工具與耗材 .......................................... 181
必備工具 .............................................................................................................. 181
手工工具 ...................................................................................................... 182
數字萬用錶................................................................................................... 184
焊接工具 ...................................................................................................... 187
最好能有的工具 ........................................................................................... 189
高級工具 .............................................................................................................. 190
示波器 .......................................................................................................... 190
邏輯分析儀................................................................................................... 192
測試設備注意事項 ....................................................................................... 194
耗材 ..................................................................................................................... 194
全新和二手 .......................................................................................................... 195
小結 ..................................................................................................................... 196
推薦閱讀 .............................................................................................................. 196
第7 章 物理接口 ........................................................ 197
連接器 .................................................................................................................. 197
DB 型連接器 ................................................................................................ 198
USB 連接器 .................................................................................................. 201
圓形連接器................................................................................................... 202
接綫端子 ...................................................................................................... 203
接綫 .............................................................................................................. 205
連接器失效................................................................................................... 207
串行接口 .............................................................................................................. 208
RS-232/EIA-232 ........................................................................................... 209
RS-485/EIA-485 ........................................................................................... 215
USB .............................................................................................................. 220
Windows 虛擬串口 ....................................................................................... 224
GPIB/IEEE-488 .................................................................................................... 226
GPIB/IEEE-488 信號 .................................................................................... 226
GPIB 連接 .................................................................................................... 228
GPIB 轉接USB ............................................................................................ 229
PC 總綫接口設備 ................................................................................................. 230
基於總綫接口的優缺點 ................................................................................ 230
數據采集卡................................................................................................... 232
GPIB 接口卡 ................................................................................................ 232
舊並不代錶差....................................................................................................... 233
小結 ..................................................................................................................... 234
推薦閱讀 .............................................................................................................. 234
第8 章 開始乾吧 ........................................................ 235
項目定義 ........................................................................................................... 236
需求驅動的設計 ........................................................................................... 236
從需求開始................................................................................................... 237
工程目標 ...................................................................................................... 238
需求 ..................................................................................................................... 239
為什麼需要需求 ........................................................................................... 240
良好的需求................................................................................................... 241
全景 .............................................................................................................. 242
需求類型 ...................................................................................................... 242
用例 .............................................................................................................. 244
可追溯性 ...................................................................................................... 246
需求捕獲 ...................................................................................................... 248
設計軟件 .............................................................................................................. 248
軟件設計說明 ............................................................................................... 249
SDD 的圖景.................................................................................................. 249
僞代碼 .......................................................................................................... 253
分而治之 ...................................................................................................... 253
處理錯誤和故障 ........................................................................................... 255
功能測試 .............................................................................................................. 256
為需求而測................................................................................................... 257
測試用例 ...................................................................................................... 257
測試錯誤處理 ............................................................................................... 260
迴歸測試 ...................................................................................................... 261
進展追蹤 ...................................................................................................... 261
實施 ..................................................................................................................... 262
代碼風格 ...................................................................................................... 262
組織你的代碼 ............................................................................................... 264
代碼復查 ...................................................................................................... 265
單元測試 ...................................................................................................... 268
連接到硬件................................................................................................... 277
軟件文檔化................................................................................................... 278
版本控製 ...................................................................................................... 281
缺陷跟蹤 ...................................................................................................... 281
用戶文檔 .............................................................................................................. 282
小結 ..................................................................................................................... 283
推薦閱讀 .............................................................................................................. 283
第9 章 控製係統概念 ................................................. 285
基礎控製係統理論 ............................................................................................... 286
綫性控製係統 ............................................................................................... 286
非綫性控製係統 ........................................................................................... 288
順序控製係統 ............................................................................................... 289
術語和符號................................................................................................... 290
控製係統框圖 ............................................................................................... 292
傳遞函數 ...................................................................................................... 293
時間和頻率................................................................................................... 293
控製係統類型....................................................................................................... 298
開環控製 ...................................................................................................... 299
閉環控製 ...................................................................................................... 299
非綫性控製：繼電器控製器 ........................................................................ 306
順序控製係統 ............................................................................................... 308
比例、比例積分、比例積分微分控製.......................................................... 312
混閤控製係統 ............................................................................................... 317
用Python 實現控製係統 ...................................................................................... 318
綫性比例控製器 ........................................................................................... 318
開關式控製器 ............................................................................................... 319
簡單PID 控製器 ........................................................................................... 320
小結 ..................................................................................................................... 324
推薦閱讀 .............................................................................................................. 324
第10 章 構建並使用仿真器 ........................................ 327
什麼是仿真 .......................................................................................................... 328
低保真和高保真 ........................................................................................... 329
模擬錯誤和故障 ........................................................................................... 330
使用Python 創建一個仿真器 ............................................................................... 333
程序包和模塊的組織 .................................................................................... 334
數據輸入/ 輸齣仿真器 ................................................................................. 334
交流電源控製器仿真 .................................................................................... 349
串行終端仿真器 ................................................................................................... 358
使用終端仿真器腳本 .................................................................................... 359
顯示仿真數據....................................................................................................... 361
gnuplot ......................................................................................................... 361
使用gnuplot ................................................................................................. 363
使用gnuplot 將仿真器數據圖錶化 ............................................................... 366
創建你自己的仿真器 ........................................................................................... 369
確認仿真器的必要性 .................................................................................... 369
仿真的範圍................................................................................................... 370
時間和精力................................................................................................... 371
小結 ..................................................................................................................... 371
推薦閱讀 .............................................................................................................. 371
第11 章 儀器數據I/O ................................................ 373
數據I/O ：接口軟件 ............................................................................................. 373
接口格式與協議 ........................................................................................... 374
Python 接口支持的工具包 ............................................................................ 383
Windows 平颱上的替代品 ............................................................................ 389
在Linux 下使用基於總綫的硬件I/O 設備 ................................................... 389
數據I/O ：數據采集與寫入 .................................................................................. 391
基本數據I/O ................................................................................................ 391
阻塞和非阻塞調用 ....................................................................................... 398
數據I/O 方法 ............................................................................................... 399
數據I/O 錯誤處理 ........................................................................................ 402
處理不一緻的數據 ....................................................................................... 407
小結 ..................................................................................................................... 411
推薦閱讀 .............................................................................................................. 412
第12 章 讀寫數據文件 ............................................... 413
ASCII 數據文件 ................................................................................................... 414
原始的ASCII 字符集 ................................................................................... 414
Python 的ASCII 字符操作方法 .................................................................... 416
讀寫ASCII 平麵文件 ................................................................................... 418
配置數據 ...................................................................................................... 425
AutoConvert.py 模塊——自動轉換字符串 .................................................. 427
FileUtils.py 模塊——ASCII 數據文件I/O 工具 ........................................... 430
二進製數據文件 ................................................................................................... 440
平麵二進製數據文件 .................................................................................... 440
用Python 處理二進製數據 ........................................................................... 442
圖像數據 ...................................................................................................... 453
小結 ..................................................................................................................... 462
推薦閱讀 .............................................................................................................. 462
第13 章 用戶界麵 ...................................................... 465
文本界麵 .............................................................................................................. 465
控製颱 .......................................................................................................... 465
ANSI 顯示控製颱技術 ................................................................................. 478
Python 和curses ........................................................................................... 494
用不用curse 是個問題嗎 ............................................................................. 502
圖形用戶界麵....................................................................................................... 502
圖形用戶界麵的曆史和概念 ........................................................................ 503
在Python 中使用GUI .................................................................................. 504
TkInter .......................................................................................................... 508
wxPython ...................................................................................................... 514
小結 ..................................................................................................................... 522
推薦閱讀 .............................................................................................................. 523
第14 章 實例 ............................................................ 525
串行接口 .............................................................................................................. 525
簡易DMM 數據獲取 .................................................................................... 526
串行接口的離散或模擬數據I/O 設備 .......................................................... 531
串行接口及對速度的考慮 ............................................................................ 535
USB 實例：LabJack U3 ....................................................................................... 536
LabJack 連接 ................................................................................................ 537
安裝LabJack 設備 ........................................................................................ 538
LabJack 與Python ........................................................................................ 539
小結 ..................................................................................................................... 546
推薦閱讀 .............................................................................................................. 547
附錄A 自由和開源軟件資源 ....................................... 549
附錄B 儀器資源 ........................................................ 553
索引 ........................................................................... 557
· · · · · · (收起)