緊密結合大量應用實例，提高讀者測控繫統電路設計的總體能力。

本書以測控電路設計為重點，較全面地介紹測控電路中電路的基本概念、原理、設計方法及應用實例等。重點講述電路的外部特性，按器件級、電路級、繫統級循序漸進的思路，提出繫統級實用電路設計步驟和實現過程，使讀者學會如何與傳感器、計算機緊密結合，圍繞“精、快、靈”和測控繫統的要求來選用電路、設計電路、調試電路，提高讀者的電路綜合設計能力和創新能力。本書體繫完整，概念清楚，理論聯繫實際，敘述淺顯易懂，對測控電路設計有較強的指導和參考作用。全書共12章，第1章介紹測控電路的組成、功用及設計方法；第2章介紹傳感器的基本概念和典型傳感器的接口電路；第3～8章以模擬電路、集成電路為重點，介紹測控電路的電路設計方法，包括信號的放大、濾波、運算、轉換、調制解調和振蕩電路；第9章介紹典型執行器件的驅動電路；第10章介紹電路設計中的抗干擾技術；第11章介紹測控電路與計算機接口電路及應用，第12章提供多種測控繫統電路設計實例，以供讀者借鋻。

郝曉劍教授，中北大學儀器與電子學院副院長，研究方向為光電儀器與動態測試技術；山西省高校工委、省教育廳黨組聯繫的高級專家，中國計量測試學會會員；出版過多部著作和教材。

緒論 1
第1章 測控電路概述 4
1．1 測控繫統組成 4
1．2 測試繫統設計要求 6
1．3 測控電路的功用及要求 8
1．3．1 測控電路的功能 8
1．3．2 測控電路的主要要求 9
1．3．3 測控電路的發展趨勢 11
1．4 測控電路設計及優化 13
1．5 部件之間的連接與匹配 16
1．5．1 電器性能相互匹配問題 16
1．5．2 信號耦合方式和時序配合 18
思考與練習 19
第2章 傳感器與接口電路 20
2．1 傳感器技術基礎 20
2．1．1 傳感器的分類 20
2．1．2 傳感器的主要技術特性指標 21
2．1．3 傳感器的接口電路 25
2．1．4 傳感器的選擇 30
2．2 阻性傳感器的接口電路 31
2．2．1 電壓驅動方式 31
2．2．2 電流驅動方式 34
2．2．3 振蕩器驅動方式 34
2．3 容性傳感器的接口電路 35
2．4 電壓輸出型傳感器的接口電路 36
2．5 電荷輸出型傳感器的接口電路 36
2．6 電流輸出型傳感器的接口電路 38
2．7 新型傳感器的接口電路 38
2．7．1 ICP傳感器的接口電路 38
2．7．2 光纖傳感器的接口電路 40
2．7．3 數字輸出傳感器的接口電路 40
思考與練習 41

第3章 集成運算放大器電路設計 42
3．1 運算放大器基本原理和主要性能指標 43
3．1．1 集成運算放大器基礎 43
3．1．2 集成運算放大器的主要參數及分類 44
3．2 集成運放的分析方法 47
3．2．1 基本分析方法 47
3．2．2 典型電路設計 48
3．3 測量放大電路設計 58
3．3．1 低漂移直流放大器設計 58
3．3．2 高輸入阻抗放大器和低輸入阻抗放大器設計 61
3．3．3 儀用放大器 64
3．3．4 可編程增益放大電路 66
3．3．5 隔離放大電路 70
3．3．6 前置放大電路的設計 75
3．3．8 鎖相放大電路的應用 77
本章附錄：電阻電容值的E繫列值 80
思考與練習 80
第4章 信號的濾波 82
4．1 濾波器的基本知識 82
4．1．1 濾波器的分類 82
4．1．2 濾波器的主要特性指標 85
4．2 濾波器特性的逼近 86
4．2．1 巴特沃茲逼近 86
4．2．2 切比雪夫逼近 87
4．2．3 貝塞爾逼近 89
4．3 常用濾波電路結構 90
4．3．1 一階濾波器電路 90
4．3．2 二階濾波器電路 94
4．4 有源濾波器的設計 97
4．4．1 公式法 98
4．4．2 濾波器輔助設計軟件 102
4．5 集成濾波器 106
4．5．1 開關電容濾波器 106
4．5．2 狀態變量濾波器 107
4．6 濾波器設計實例：衝擊波超壓 測試繫統抗混疊濾波器設計 107
4．6．1 被處理信號的分析 107
4．6．2 濾波器的設計 110
思考與練習 111
第5章 信號運算電路 112
5．1 差分運算電路 112
5．2 加法運算電路 113
5．3 減法運算電路 114
5．4 積分、微分運算電路 115
5．5 對數、反對數運算電路 117
5．6 模擬乘法器組成的運算電路 118
5．7 信號運算電路典型應用 124
5．8 集成運算放大器的應用技術 132
思考與練習 134
第6章 信號轉換電路 136
6．1 采樣保持（S/H）電路 136
6．2 電壓比較電路 141
6．2．1 過零比鉸器 141
6．2．2 單限比較器 142
6．2．3 滯回比較器 143
6．2．4 雙限比較器 144
6．2．5 集成電壓比較器 144
6．2．6 比較器的主要參數 145
6．3 電壓頻率轉換電路 145
6．4 電壓電流轉換電路 148
6．5 波形變換 151
6．6 比較器應用實例：電壓比較器LM339的常用方法 152
思考與練習 154
第7章 信號調制與解調電路 155
7．1 調制解調的功用與類型 155
7．2 調幅式測量電路 156
7．2．1 幅值調制與解調概念 156
7．2．2 調幅原理與方法 156
7．2．3 調幅波的解調 161
7．3 調頻式測量電路 174
7．3．1 調頻原理和方法 175
7．3．2 鋻頻電路 176
7．4 相位調制與解調 181
7．4．1 相位調制 181
7．4．2 相位調制的解調 182
7．5 集成鎖相環 183
7．6 脈衝寬度調制 187
思考與練習 189
第8章 振蕩電路與信號源 191
8．1 振蕩電路的作用和分類 191
8．2 正弦波振蕩電路的基本原理 192
8．2．1 RC串並聯電路的選頻特性 193
8．2．2 文氏電橋振蕩器 194
8．3 非正弦波振蕩器的組成 195
8．4 晶體振蕩器 197
8．5 集成波形發生器 200
思考與練習 205
第9章 執行器件的驅動電路 206
9．1 繼電器 206
9．2 直流電動機 212
9．3 無刷直流電動機 218
9．4 步進電動機 223
思考與練習 232
第10章 測控電路的抗干擾措施 233
10．1 干擾源簡介 233
10．1．1 干擾與噪聲源 234
10．1．2 干擾與噪聲的耦合方式 234
10．1．3 干擾與噪聲抑制的一般措施 237
10．2 干擾抑制技術的基礎知識 237
10．2．1 屏蔽技術 237
10．2．2 接地技術 239
10．2．3 隔離技術 241
10．2．4 布線技術 242
10．2．5 滅弧技術 243
10．2．6 其他抗干擾技術 244
10．3 電源干擾的抑制 244
10．3．1 電網干擾抑制技術 245
10．3．2 電源穩定淨化技術 246
10．4 干擾抑制常用方法 250
思考與練習 252
第11章 測控電路與計算機接口電路 254
11．1 串行通信接口 254
11．1．1 同步串行通信與異步串行通信的區別 254
11．1．2 UART簡介 255
11．1．3 UART的基本特點 255
11．1．4 基於FPGA的UART接口電路 256
11．1．5 UART接收發送模塊VHDL編程實例 257
11．1．6 串行通信接口 262
11．2 PCI總線 265
11．2．1 PCI總線概述 265
11．2．2 PCI內部結構及外圍信號 265
11．2．3 基於PCI9054從模式的數據采集卡設計與應用 266
11．3 USB接口 269
11．3．1 USB接口簡介 269
11．3．2 FT245BM與FPGA的接口設計 269
11．3．3 基於PL2303的USB接口設計 272
11．3．4 基於CY7C68013的USB接口設計 274
11．4 Internet接口 278
11．4．1 基本概念 278
11．4．2 目前常用以太網接口芯片 278
11．4．3 DM9000A與FPGA的接口 279
11．4．4 網絡接口常用調試工具 281
11．4．5 基於網絡接口的光柵解調儀實例 281
11．4．6 UDP與ARP數據包設計 282
思考與練習 286
第12章 測控電路設計實例 287
12．1 瞬態高溫測量及校準儀 287
12．1．1 藍寶石光纖瞬態表面高溫儀 287
12．1．2 瞬態表面溫度動態校準儀 291
12．2 運動物體速度測試儀 295
12．2．1 創傷彈道研究專用激光測速靶 295
12．2．2 激光光幕原向反射觸發信號源 301
12．2．3 定距測速法的應用探索 305
12．3 爆炸衝擊波超壓測試繫統 312
12．3．1 測試方法 313
12．3．2 無線衝擊波場超壓測試繫統原理 313
12．3．3 測試電路 314
12．3．4 測試結果 320
12．4 NDVI測量儀 321
12．5 電子磁羅盤定向測試繫統 323
附錄測控電路設計與應用實驗 333
參考文獻 363

測控電路是一個整機電路，本身就構成一個獨立的電子電路繫統（包括光、機、電、控制和計算機五部分），其源頭傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測模擬量的信息，並能將感受到的信息，按一定規律變換成電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。如何根據科學技術的飛速發展，補充和更新本課程的教學內容，將測控電路的發展趨勢及前沿技術融入教學內容，是測控領域高校教師和科技工作者義不容辭的責任。

本書從第1版到第2版已使用10年，編者在綜合考慮國內外電子技術新的發展成果與趨勢的基礎上，編寫了第3版。綜合國、內外測控領域教材的優缺點，使測控繫統設計總體思想和測控電路的分析、設計與應用緊密結合。本書注重電路的外部特性，與前期側重內部特性的基礎專業課前後銜接，與同期專業課互相滲透，按器件級、電路級、繫統級循序漸進的思路，結合編者在科研成果中采用的新器件、新技術、新軟件，提出較為前沿的繫統級實用電路設計步驟和實現過程，為提高學生的實踐能力與創新能力提供電路分析、設計與應用平臺，這樣對於鞏固所學知識，提高測控繫統電路設計的總體能力和工程估算能力是有實用價值的。本書內容豐富，繫統性強，深入淺出，難易結合，適用面廣。

本書的緒論、第1、3、5、10章及12.1、12.2、12.4節由中北大學郝曉劍編寫，第4、6章及12.3節由中北大學杜紅棉編寫，第7章由中北大學戴蕭嫣編寫，第2、9章及12.5節由中北大學高麗珍編寫，第8章由中北大學文豐編寫，第11章由中北大學馬遊春編寫，郝曉劍負責統稿。

本書在編寫過程中，參閱了相關文獻，在此向這些文獻的作者表示謝意。中北大學的潘德恆教授、周漢昌教授和祖靜教授對本書的編寫工作給予了幫助和支持，本書中應用了他們的科研成果，特向三位德高望重的老先生表示敬意和謝意。同時，要感謝電子工業出版社編輯郭穗娟及電子工業出版社工業技術分社其他編輯的辛勤工作和熱情幫助。

盡管全體編者都盡心盡力，但終因水平有限，書中難免有不足或疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正。

編 者

2017年1月