第1章 導論

1.1 智能儀器的組成及特點

1.1.1 智能儀器的基本結構

1.1.2 智能儀器的主要特點

1.2 智能儀器及測試系統的發展

1.2.1 獨立式智能儀器及自動測試系統

1.2.2 個人儀器系統及VXI總線儀器系統

1.2.3 軟件技術的高速發展及虛擬儀器

1.3 智能儀器設計的要點

1.3.1 設計、研制智能儀器的一般過程

1.3.2 智能儀器主機電路的選擇

思考題與習題

第2章 智能儀器模擬量輸入/輸出通道

2.1 模擬量輸入通道

2.1.1 A/D轉換器概述

2.1.2 逐次比較式A/D轉換器及其接口

2.1.3 積分式A/D轉換器及其接口

2.14 Σ△型A/D轉換器及其接口

2.2 高速模擬量輸入通道

2.2.1 并行比較式A/D轉換器原理概述

2.2.2 高速A/D轉換器及其接口技術

2.2.3 高速數據采集與數據傳輸

2.3 模擬量輸出通道

2.3.1 D/A轉換器概述

2.3.2 D/A轉換器與微處理器的接口

2.3.3 D/A轉換器應用舉例

2.4 數據采集系統

2.4.1 數據采集系統的組成

2.4.2 模擬多路開關及接口

2.4.3 模擬信號的采樣與保存

2.4.4 數據采集系統設計舉例

思考題與習題

第3章 智能儀器人機接口

3.1 鍵盤與接口

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

3.2 LED顯示及接口

3.2.1 LED顯示原理

3.2.2 七段LED顯示及接口

3.2.3 點陣LED顯示及接口

3.3 鍵盤/LED顯示器接口設計

3．3．1 HD 7279A的功能及結構特點

3.3.2 鍵盤/LED顯示器接口設計舉例

3.4 CRT顯示及接口

3.4.1 光柵掃描字符顯示系統

3.4.2 光柵掃描圖形顯示系統

3.4.3 隨機掃描圖形顯示系統

3.5 微型打印機及接口

3.5.1 TPμP40B/C 微型打印機及其接口

3.5.2 漢字打印技術

3.5.3 微型打印機接口管理程序

思考題與習題

第4章 智能儀器通信接口

4.1 GPIB通用接口總線

4.1.1 GPIB標準接口系統概述

4.1.2 接口功能與接口消息

4.1.3 GPIB標準接口系統的運行

4.2 GPIB接口電路的設計

4.2.1 GPIB接口芯片簡介

4.2.2 智能儀器的GPIB接口設計

4.2.3 控制器的GPIB接口設計

4.3 串行通信總線

4.3.1 串行通信基本方式

4.3.2 串行通信協議

4.3.3 RS232C標準

4.4 串行通信接口電路的設計

4.4.1 智能儀器串行通信接口的結構

4.4.2 MCS51系統串行通信設計舉例

4.4.3 PC系統與MCS51系統的通信

思考題與習題

第5章 智能儀器典型處理功能

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 自動測量功能

5.2.1 自動量程轉換

5.2.2 自動觸發電平調節

5.2.3 自動零點調整

5.2.4 自動校準

5.3 儀器測量精度的提高

5.3.1 隨機誤差的處理方法

5.3.2 系統誤差的處理方法

5.3.3 粗大誤差的處理方法

5.4 干擾與數字濾波

5.4.1 中值濾波

5.4.2 平均濾波程序

5.4.3 低通數字濾波

5.5 測量數據的標度變換

5.5.1 線性標度變換

5.5.2 智能儀表中采用的線性標度變換公式

5.5.3 非線性參數的標度變換

思考題與習題

第6章 基于電壓測量的智能儀器

6.1 智能DVM原理

6.1.1 概述

6.1.2 輸入電路

6.1.3 智能DVM中的A/D轉換技術

6.1.4 典型智能DVM介紹

6.2 智能DMM原理

6.2.1 概述

6.2.2 交直流轉換器

6.2.3 其他模擬轉換技術

6.2.4 典型智能DMM介紹

6.3 智能化LCR測量儀器原理

6.3.1 概述

6.3.2 自由軸法測量原理

6.33 LCR測量儀電路分析

6.3.4 典型智能LCR測量儀介紹

思考題與習題

第7章 信號發生器

7.1 信號發生器的分類、性能和組成

7.1.1 信號發生器的分類及性能

7.1.2 通用信號發生器的組成

7.1.3 合成信號發生器的組成

7.2 鎖相頻率合成信號發生器

7.2.1 鎖相環的基本形式

7.2.2 通用型集成鎖相環頻率合成器

7.2.3 合成信號發生器頻率合成單元的組成

7.2.4 典型合成信號發生器分析

7.3 直接數字頻率合成信號發生器

7.3.1 直接數字頻率合成技術概述

7.3.2 基于DDS芯片的頻率合成信號發生器的設計

7.3.3 典型DDS合成信號發生器簡介

思考題與習題

第8章 智能電子計數器

8.1 概述

8.1.1 電子計數器組成及測量原理

8.1.2 通用計數器測量誤差

8.1.3 多周期同步測量技術

8.1.4 模擬內插擴展技術

8.2 典型部件的分析

8.2.1 輸入通道

8.2.2 計數器電路

8.2.3 單片通用計數器

8.3 智能電子計數器的設計

8.3.1 以ICM 7226為基礎的智能頻率計

8.3.2 等精度頻率計的設計實例

8.4 典型智能計數器產品介紹

8.4.1 儀器的原理與組成

8.4.2 儀器鍵盤操作與分析

8.4.3 儀器的軟件系統

思考題與習題

第9章 數字示波器

9.1 概述

9.1.1 數字示波器的組成原理

9.1.2 數字示波器的主要技術指標及分析

9.1.3 數字示波器的特點

9.2 數字示波器的采樣方式

9.2.1 實時采樣方式原理及實現

9.2.2 順序采樣方式原理及實現

9.2.3 隨機采樣方式原理及實現

9.3 數字示波器組成原理

9.3.1 現代數字示波器的一般組成

9.3.2 輸入通道電路

9.3.3 數據采集與存儲電路

9.3.4 觸發電路系統

9.3.5 顯示系統

9.3.6 波形參數的測量與處理

9.4 數字示波器的設計

9.4.1 簡易數字示波器的設計

9.4.2 順序采樣方式數字示波器的設計

9.4.3 智能超聲波測厚儀介紹

思考題與習題

第10章 智能儀器的新發展

10.1 個人儀器及系統

10.1.1 個人儀器及發展

10.1.2 PCDAQ形式個人儀器的組成原理

10.1.3 DVM個人儀器的設計實例

10.1.4 HPPC 儀器系統介紹

10.2 VXI 總線儀器系統

10.2.1 VXI 總線儀器系統概述

10.2.2 VXI總線儀器系統軟件

10.2.3 VXI總線儀器系統的組建

10.3 虛擬儀器及系統

10.3.1 虛擬儀器及系統概述

10.3.2 LabVIEW 虛擬儀器開發系統介紹

10.3.3 虛擬儀器系統設計的實例

10.3.4 虛擬儀器的發展

思考題與習題

參考文獻

本書系統深入地講述了以微型計算機為核心的智能電子儀器的結構體系及其硬件與軟件的設計原理和實現方法。全書共分10章，內容包括智能儀器的結構、設計要點以及現狀與發展，智能儀器模擬量輸入/輸出通道，智能儀器人機接口，智能儀器通信接口，智能儀器典型處理功能，基于電壓測量的智能儀器，信號發生器，智能電子計數器，數字示波器，智能儀器的新發展等。為使理論聯系實際，書中含有許多設計實例，每章皆有思考題與習題。

本書可作為高等院校電子類專業教材或專業培訓教材，也可作為廣大從事電子儀器及測量技術應用和開發的科技人員的參考書。

該教材是在董景新、趙長德、郭美鳳、陳志勇、李冬梅編著的《控制工程基礎》第3版的基礎上重新編寫的。《控制工程基礎》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相繼出版以來，該教材隨著“控制工程基礎”課程在全國各高等院校的機械類、儀器類等非控制專業逐漸普遍開設，以及本教材聲譽的不斷提升，對教材的需求量也穩步增加。自出版以來根據需求該教材多次重新印刷，第1版11年時間累計印刷11次，總印數達53000冊；第2版5年多時間累計印刷10次，總印數達60000冊；第3版不到5年時間就累計12次印刷，總印數已達62500冊。

本課程相繼被評為清華大學、北京市和國家級精品課程，國家級精品資源共享課；清華大學等院校也將本課程確定為機械學院平臺課。除本校使用該教材外，另有約100所兄弟院校的儀器儀表類和機械類專業將我們編著的教材選為使用教材和研究生入學考試參考書。隨著需求量的增加，我們深感責任的加重，促使我們對于教材的編寫精益求精、與時俱進，于是由目前在教學第一線的教師進一步編寫了第4版教材。

第4版教材在以前各版的基礎上各章都作了或多或少的補充和修改。鑒于LabVIEW是更加直觀方便的圖形化程序編譯平臺，在控制工程中得到越來越多的應用，增加了LabVIEW工具在控制工程應用的內容，獨立成章，該章節由劉云峰副教授完成。該章介紹了借助LabVIEW，進行控制系統的數學建模、時間響應分析、頻域響應分析、系統穩定性分析和系統綜合校正設計等。同時，為了方便更好地理解掌握教材其他章節論述的概念和方法，特基于LabVIEW設計編寫了配合教材使用的控制系統動態仿真、分析、演示軟件，不僅可以完成對控制系統在時域和頻域進行特性仿真分析，還可以動態地分析和演示控制系統中不同參數及參數變化對系統特性的影響。

另外，根據實際工程和科研的基本需求和多年的教學經驗，在各章節內容論述上力求概念表達清楚準確，加強對問題的歸納說明，同時也適當增加了一些諸如內模原理和內模控制簡要介紹的內容。

全書由董景新教授整理統編。

該教材廣泛參考了國內外同類教材和其他有關文獻，保持并突出以下特點:第4版前言控制工程基礎（第4版）(1) 突出機械運動作為主要受控對象，并對其數學模型和分析綜合重點研究;

(2) 對自動調節原理基本內容表達清楚，著重基本概念的建立和解決機電控制問題的基本方法的闡明，并簡化或略去與機電工程距離較遠、較艱深的嚴格數學推導內容;

(3) 引入和編寫較多的例題與習題，便于自學;

(4) 反映機電一體化新技術和新分析方法。

對于屬于該書領域的非基本內容，但在本領域文獻中時有出現的較為繁難的部分，該教材中也作了一定介紹，其有關章節前注以“”號。

在有關LabVIEW章節的編寫中，得到NI公司中國區劉洋工程師在實驗設備和技術方面的支持幫助，并提供了部分素材，在此致謝！

該教材的編寫得到了國家高等教育精品課建設項目、北京市高等教育精品教材建設項目和清華大學精品課建設項目經費的支持，納入985清華大學名優教材立項資助，在此表示衷心感謝。

編者2014年10月

理論力學（第4版）修訂背景

《理論力學（第1版）》于2002年出版，被評為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。《理論力學（第2版）》于2007年出版，被評為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。《理論力學（第3）》于2014年出版，增加了部分內容，擴展了教材的使用范圍。為適應教學發展的需要，編者編寫了《理論力學（第4版）》。

理論力學（第4版）修訂情況

《理論力學（第4版）》在文字方面保留了《理論力學（第3版）》的體系和風格，對教材的內容和習題做了增刪和修改，同時修正了第3版中的錯誤。該教材的修改工作和二維碼內容是由劉習軍執筆和完成的。教研室的張素俠等部分教師參加了對修改內容的討論。

理論力學（第4版）出版工作

2019年5月20日，《理論力學（第4版）》由機械工業出版社出版。

該教材配有輔助教材《工程制圖習題集（第4版）》。