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内容简介 · · · · · ·
《真实世界的Python仪器监控:数据采集与控制系统自动化》介绍借助Python编程来实现对数据的自动化收集和处理，书中介绍的技巧除了可以应用于软件项目管理、办公自动化和科学研究，也可以用来对工业生产中对电子设备、机械设备进行自动化管理和监控。《真实世界的Python仪器监控:数据采集与控制系统自动化》属于Python应用的中高端选题，市面上找不到同类书。
目录 · · · · · ·
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
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