本书主要帮助读者了解如何通过自行开发应用程序来监视或者控制仪器硬件。本书内容涵盖了从接线到建立接口，直到完成可用软件的整个过程。

本书适合需要进行仪表控制、机器人、数据采集、过程控制等相关工作的读者阅读参考。

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