真实世界的Python仪器监控

第1 章 仪器学概论 ........................................................ 1

数据采集 ..................................................................................................................2

控制输出 ..................................................................................................................4

开环控制 ..........................................................................................................5

闭环控制 ..........................................................................................................6

顺序控制 ..........................................................................................................8

应用概观 ..................................................................................................................9

电子测试仪器 ...................................................................................................9

实验室仪器..................................................................................................... 11

过程控制 ........................................................................................................12

小结 .......................................................................................................................14

第2 章 基本电子学 ...................................................... 15

电荷 .......................................................................................................................15

电流 .......................................................................................................................17

基础电路理论.........................................................................................................18

电路原理图 ............................................................................................................20

直流电路特性.........................................................................................................23

欧姆定律 ........................................................................................................24

电流吸入与电流输出 ......................................................................................26

再谈电阻 ........................................................................................................27

交流电路 ................................................................................................................28

正弦波 ............................................................................................................29

电容器 ............................................................................................................30

电感器 ............................................................................................................34

其他波形：方波、斜波、三角波和脉冲 ........................................................37

接口 .......................................................................................................................38

离散数字I/O ..................................................................................................38

模拟I/O ..........................................................................................................42

计数器与定时器 .............................................................................................46

脉宽调制 ........................................................................................................48

串行I/O ..........................................................................................................49

并行I/O ..........................................................................................................51

小结 .......................................................................................................................53

推荐阅读 ................................................................................................................54

第3 章 Python 编程语言 .............................................. 55

安装Python ............................................................................................................56

Python 编程 ............................................................................................................57

Python 的命令行 ............................................................................................57

命令行参数和环境 .........................................................................................58

Python 中的对象 ............................................................................................59

Python 中的数据类型 .....................................................................................60

表达式 ............................................................................................................73

操作符 ............................................................................................................73

语句 ................................................................................................................79

字串 ................................................................................................................86

程序组织 ........................................................................................................91

模块导入 ...................................................................................................... 101

加载并运行Python 程序 .............................................................................. 104

基础输入输出 ............................................................................................... 106

提示和技巧................................................................................................... 110

Python 开发工具 .................................................................................................. 112

编辑器和IDE ............................................................................................... 112

调试器 .......................................................................................................... 115

小结 ..................................................................................................................... 115

推荐阅读 .............................................................................................................. 115

第4 章 C 语言编程 .................................................... 117

安装C 语言编程环境 ........................................................................................... 117

使用C 语言开发软件 ........................................................................................... 118

一个简单的C 程序 ....................................................................................... 119

预处理指令................................................................................................... 122

标准数据类型 ............................................................................................... 126

用户定义类型 ............................................................................................... 127

操作符 .......................................................................................................... 127

表达式 .......................................................................................................... 136

语句 .............................................................................................................. 136

数组和指针................................................................................................... 143

结构 ............................................................................................................. 146

函式 .............................................................................................................. 150

标准库 .......................................................................................................... 151

编译C 程序 .................................................................................................. 152

C 语言综述 ................................................................................................... 156

C 开发工具 ........................................................................................................... 156

小结 ..................................................................................................................... 157

推荐阅读 .............................................................................................................. 157

第5 章 Python 扩展 ................................................... 159

用C 建立Python 扩展 ........................................................................................ 160

Python 的C 扩展API ........................................................................................... 161

扩展代码的模块组织 .................................................................................... 161

Python API 类型和函数 ................................................................................ 163

方法表 .......................................................................................................... 163

方法标记 ...................................................................................................... 164

传递数据 ...................................................................................................... 165

使用Python 的C 扩展API .................................................................................. 167

通用离散I/O API ......................................................................................... 167

通用包装器示例 ........................................................................................... 169

调用扩展 ...................................................................................................... 173

Python 的ctypes 外部函数库 ............................................................................... 177

用ctypes 载入外部DLL ............................................................................... 177

ctypes 中的基本数据类型 ............................................................................. 178

使用ctypes ................................................................................................... 179

小结 ..................................................................................................................... 179

推荐阅读 .............................................................................................................. 180

第6 章 硬件：工具与耗材 .......................................... 181

必备工具 .............................................................................................................. 181

手工工具 ...................................................................................................... 182

数字万用表................................................................................................... 184

焊接工具 ...................................................................................................... 187

最好能有的工具 ........................................................................................... 189

高级工具 .............................................................................................................. 190

示波器 .......................................................................................................... 190

逻辑分析仪................................................................................................... 192

测试设备注意事项 ....................................................................................... 194

耗材 ..................................................................................................................... 194

全新和二手 .......................................................................................................... 195

小结 ..................................................................................................................... 196

推荐阅读 .............................................................................................................. 196

第7 章 物理接口 ........................................................ 197

连接器 .................................................................................................................. 197

DB 型连接器 ................................................................................................ 198

USB 连接器 .................................................................................................. 201

圆形连接器................................................................................................... 202

接线端子 ...................................................................................................... 203

接线 .............................................................................................................. 205

连接器失效................................................................................................... 207

串行接口 .............................................................................................................. 208

RS-232/EIA-232 ........................................................................................... 209

RS-485/EIA-485 ........................................................................................... 215

USB .............................................................................................................. 220

Windows 虚拟串口 ....................................................................................... 224

GPIB/IEEE-488 .................................................................................................... 226

GPIB/IEEE-488 信号 .................................................................................... 226

GPIB 连接 .................................................................................................... 228

GPIB 转接USB ............................................................................................ 229

PC 总线接口设备 ................................................................................................. 230

基于总线接口的优缺点 ................................................................................ 230

数据采集卡................................................................................................... 232

GPIB 接口卡 ................................................................................................ 232

旧并不代表差....................................................................................................... 233

小结 ..................................................................................................................... 234

推荐阅读 .............................................................................................................. 234

第8 章 开始干吧 ........................................................ 235

项目定义 ........................................................................................................... 236

需求驱动的设计 ........................................................................................... 236

从需求开始................................................................................................... 237

工程目标 ...................................................................................................... 238

需求 ..................................................................................................................... 239

为什么需要需求 ........................................................................................... 240

良好的需求................................................................................................... 241

全景 .............................................................................................................. 242

需求类型 ...................................................................................................... 242

用例 .............................................................................................................. 244

可追溯性 ...................................................................................................... 246

需求捕获 ...................................................................................................... 248

设计软件 .............................................................................................................. 248

软件设计说明 ............................................................................................... 249

SDD 的图景.................................................................................................. 249

伪代码 .......................................................................................................... 253

分而治之 ...................................................................................................... 253

处理错误和故障 ........................................................................................... 255

功能测试 .............................................................................................................. 256

为需求而测................................................................................................... 257

测试用例 ...................................................................................................... 257

测试错误处理 ............................................................................................... 260

回归测试 ...................................................................................................... 261

进展追踪 ...................................................................................................... 261

实施 ..................................................................................................................... 262

代码风格 ...................................................................................................... 262

组织你的代码 ............................................................................................... 264

代码复查 ...................................................................................................... 265

单元测试 ...................................................................................................... 268

连接到硬件................................................................................................... 277

软件文档化................................................................................................... 278

版本控制 ...................................................................................................... 281

缺陷跟踪 ...................................................................................................... 281

用户文档 .............................................................................................................. 282

小结 ..................................................................................................................... 283

推荐阅读 .............................................................................................................. 283

第9 章 控制系统概念 ................................................. 285

基础控制系统理论 ............................................................................................... 286

线性控制系统 ............................................................................................... 286

非线性控制系统 ........................................................................................... 288

顺序控制系统 ............................................................................................... 289

术语和符号................................................................................................... 290

控制系统框图 ............................................................................................... 292

传递函数 ...................................................................................................... 293

时间和频率................................................................................................... 293

控制系统类型....................................................................................................... 298

开环控制 ...................................................................................................... 299

闭环控制 ...................................................................................................... 299

非线性控制：继电器控制器 ........................................................................ 306

顺序控制系统 ............................................................................................... 308

比例、比例积分、比例积分微分控制.......................................................... 312

混合控制系统 ............................................................................................... 317

用Python 实现控制系统 ...................................................................................... 318

线性比例控制器 ........................................................................................... 318

开关式控制器 ............................................................................................... 319

简单PID 控制器 ........................................................................................... 320

小结 ..................................................................................................................... 324

推荐阅读 .............................................................................................................. 324

第10 章 构建并使用仿真器 ........................................ 327

什么是仿真 .......................................................................................................... 328

低保真和高保真 ........................................................................................... 329

模拟错误和故障 ........................................................................................... 330

使用Python 创建一个仿真器 ............................................................................... 333

程序包和模块的组织 .................................................................................... 334

数据输入/ 输出仿真器 ................................................................................. 334

交流电源控制器仿真 .................................................................................... 349

串行终端仿真器 ................................................................................................... 358

使用终端仿真器脚本 .................................................................................... 359

显示仿真数据....................................................................................................... 361

gnuplot ......................................................................................................... 361

使用gnuplot ................................................................................................. 363

使用gnuplot 将仿真器数据图表化 ............................................................... 366

创建你自己的仿真器 ........................................................................................... 369

确认仿真器的必要性 .................................................................................... 369

仿真的范围................................................................................................... 370

时间和精力................................................................................................... 371

小结 ..................................................................................................................... 371

推荐阅读 .............................................................................................................. 371

第11 章 仪器数据I/O ................................................ 373

数据I/O ：接口软件 ............................................................................................. 373

接口格式与协议 ........................................................................................... 374

Python 接口支持的工具包 ............................................................................ 383

Windows 平台上的替代品 ............................................................................ 389

在Linux 下使用基于总线的硬件I/O 设备 ................................................... 389

数据I/O ：数据采集与写入 .................................................................................. 391

基本数据I/O ................................................................................................ 391

阻塞和非阻塞调用 ....................................................................................... 398

数据I/O 方法 ............................................................................................... 399

数据I/O 错误处理 ........................................................................................ 402

处理不一致的数据 ....................................................................................... 407

小结 ..................................................................................................................... 411

推荐阅读 .............................................................................................................. 412

第12 章 读写数据文件 ............................................... 413

ASCII 数据文件 ................................................................................................... 414

原始的ASCII 字符集 ................................................................................... 414

Python 的ASCII 字符操作方法 .................................................................... 416

读写ASCII 平面文件 ................................................................................... 418

配置数据 ...................................................................................................... 425

AutoConvert.py 模块——自动转换字符串 .................................................. 427

FileUtils.py 模块——ASCII 数据文件I/O 工具 ........................................... 430

二进制数据文件 ................................................................................................... 440

平面二进制数据文件 .................................................................................... 440

用Python 处理二进制数据 ........................................................................... 442

图像数据 ...................................................................................................... 453

小结 ..................................................................................................................... 462

推荐阅读 .............................................................................................................. 462

第13 章 用户界面 ...................................................... 465

文本界面 .............................................................................................................. 465

控制台 .......................................................................................................... 465

ANSI 显示控制台技术 ................................................................................. 478

Python 和curses ........................................................................................... 494

用不用curse 是个问题吗 ............................................................................. 502

图形用户界面....................................................................................................... 502

图形用户界面的历史和概念 ........................................................................ 503

在Python 中使用GUI .................................................................................. 504

TkInter .......................................................................................................... 508

wxPython ...................................................................................................... 514

小结 ..................................................................................................................... 522

推荐阅读 .............................................................................................................. 523

第14 章 实例 ............................................................ 525

串行接口 .............................................................................................................. 525

简易DMM 数据获取 .................................................................................... 526

串行接口的离散或模拟数据I/O 设备 .......................................................... 531

串行接口及对速度的考虑 ............................................................................ 535

USB 实例：LabJack U3 ....................................................................................... 536

LabJack 连接 ................................................................................................ 537

安装LabJack 设备 ........................................................................................ 538

LabJack 与Python ........................................................................................ 539

小结 ..................................................................................................................... 546

推荐阅读 .............................................................................................................. 547

附录A 自由和开源软件资源 ....................................... 549

附录B 仪器资源 ........................................................ 553

索引 ........................................................................... 557

......(更多)