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第1章 微机控制技术导论1

1.1 典型微机控制系统的结构与特点1

1.1.1 微机控制系统的组成1

1.1.2 输入/输出(I/O)接口的一般结构3

1.1.3 干扰及其抑制6

1.2 微机控制系统的理论基础8

1.2.1 离散时间信号的表示8

1.2.2 采样、量化和保持9

1.2.3 采样系统的数学模型、分析、设计概述11

1.3 微机控制系统的分类与发展13

1.3.1 微机控制系统的分类14

1.3.2 微机控制技术的发展与现状16

1.4 本书的基本内容与要求17

习题18

第2章 离散量输入/输出(I/O)接口19

2.1 系统总线接口与TTL/CMOS电平互换19

2.1.1 系统总线接口19

2.1.2 TTL与CMOS电平互换23

2.2 开关量输入/输出接口的电气接口25

2.2.1 开关量输入信号的调理25

2.2.2 开关量输出信号的驱动28

2.3 开关量输入/输出接口及其应用35

2.4.1 BCD拨码盘及其输入接口39

2.4 数字量输入接口与BCD拨码盘、光电编码盘39

2.4.2 光电编码盘及其输入接口42

2.5 脉冲量输入接口与频率、周期的测量47

2.5.1 计时器计数器测量频率、周期的基本原理48

2.5.2 测量脉冲信号周期的输入接口49

2.5.3 单片机测量脉冲频率的输入接口51

习题56

3.1 D/A转换器工作原理与性能指标58

3.1.1 并行D/A转换原理58

第3章 模拟量输出(控制)接口58

3.1.2 D/A转换器主要性能指标60

3.2 8位DAC083X系列D/A转换器及其接口61

3.2.1 结构与控制特性61

3.2.2 工作方式及其与单片机的接口62

3.2.3 单、双极性输出接法65

3.2.4 独立方式多路D/A转换接口电路68

3.3 模拟开关、采样/保持器与多路复用DAC输出接口70

3.3.1 多路模拟开关70

3.3.2 采样/保持器(S/H)74

3.3.3 多路复用DAC输出接口77

3.4.1 结构与控制特性78

3.4 12位DAC120X，DAC123X系列D/A转换器及其接口78

3.4.2 工作方式及其与单片机的接口80

习题82

第4章 模拟量输入(检测)接口84

4.1 信号调理84

4.1.1 电桥、放大与偏移84

4.1.2 串模干扰及其滤波88

4.1.3 共模干扰与仪表放大器90

4.1.4 电流放大与隔离放大95

4.2.1 A/D转换器工作原理99

4.2 A/D转换器工作原理、性能指标与数据采集的应用特点99

4.2.2 A/D转换器主要性能指标102

4.2.3 数据采集的应用特点103

4.3 逐次逼近型A/D转换器ADC0809，AD574A105

4.3.1 8位ADC0809系列A/D转换器105

4.3.2 12位AD574系列A/D转换器111

4.4 积分型A/D转换器ICL7135118

4.4.1 ICL7135芯片介绍118

4.4.2 ICL7135与单片机接口124

4.5 LM331电压/频率互换电路与V/F型A/D转换器129

4.5.1 LM331系列芯片与V/F互换电路129

4.5.2 应用LM331的V/F型A/D转换器135

习题138

第5章 程序设计140

5.1 程序设计概述140

5.1.1 程序设计基本概念140

5.1.2 程序设计基本步骤141

5.2 监控程序设计142

5.2.1 自主运行系统的监控程序设计143

5.2.2 基于键盘管理的一键一义键盘监控程序设计144

5.3 基于键盘管理的一键多义监控程序设计145

5.3.1 状态变量法原理146

5.3.2 状态图与应用举例149

5.3.3 状态图、索引表、状态表设计原则与技巧162

5.4 二进制双字节定点数算术运算子程序164

5.4.1 二进制定点数表示方法与算术运算辅助子程序164

5.4.2 二进制双字节定点数加减运算166

5.4.3 二进制双字节定点数乘法运算169

5.4.4 二进制双字节定点数除法运算173

5.5 十进制多字节定点数算术运算179

5.5.1 十进制数表示方法与辅助运算子程序179

5.5.2 十进制数加减运算180

5.5.3 十进制数乘法运算183

5.5.4 十进制数除法运算185

5.6.1 十翻二188

5.6 定点二—十进制数的数制互换188

5.6.2 二翻十193

5.7 规格化三字节二进制浮点数及其算术运算195

5.7.1 三字节浮点数的表示方法与算术运算辅助子程序196

5.7.2 规格化浮点数加减运算198

5.7.3 规格化浮点数乘除运算203

5.7.4 二进制定点数与二进制浮点数的互换207

习题211

第6章 微机控制系统的Z传递函数213

6.1 采样、保持对系统的影响213

6.1.1 采样信号(或函数)的频谱分析213

6.1.2 保持信号的频谱分析216

6.2 采样系统的差分方程217

6.3 Z变换219

6.3.1 单边Z变换219

6.3.2 Z变换性质221

6.4 Z反变换225

6.4.1 长除法225

6.4.2 部分分式法225

6.4.3 留数法228

6.4.4 由Z变换求差分方程229

6.5.1 Z传递函数230

6.5 系统Z传递函数230

6.5.2 系统Z传递函数231

6.5.3 连续环节或系统的离散化235

习题237

第7章 微机控制系统的分析239

7.1 系统稳定性239

7.1.1 S域到Z域的映射239

7.1.2 劳斯稳定判据240

7.2 系统稳态误差242

7.3.1 闭环零极点和动态分量的关系244

7.3 系统动态特性244

7.3.2 主导极点与动态性能的估算246

7.4 系统的频率特性分析249

7.4.1 奈奎斯特法(极坐标法)249

7.4.2 伯德图法(半对数坐标法)252

习题254

第8章 微机控制系统的模拟化法设计255

8.1 模拟化法设计255

8.1.1 设计步骤255

8.1.2 模拟调节器D(s)数字化方法256

8.1.3 设计举例262

8.2.1 标准PID算式264

8.2 PID控制器的数字化算式264

8.2.2 标准PID算式的改进265

8.3 数字PID参数整定270

8.3.1 采样周期T的选择270

8.3.2 工程整定法271

8.4 串级控制273

8.5 前馈控制275

8.6 施密斯(Smith)预估控制280

习题283

9.1 参数最优化的低阶控制算法设计285

第9章 微机控制系统的直接数字化法设计285

9.2 结构最优化的最少拍控制系统的设计287

9.2.1 最少拍控制的设计要求287

9.2.2 结构最优化的最少拍控制系统设计287

9.3 最少拍控制系统的改进设计294

9.3.1 最少拍控制系统的局限性294

9.3.2 最少拍无纹波随动系统设计296

9.3.3 非最少的有限拍控制297

9.4 大林(Dahlin)算法298

9.4.1 大林算法原理298

9.4.2 振铃及其消除299

9.5 频率特性设计法302

习题305

第10章 微机应用系统的设计与研制306

10.1 微机应用系统设计、研制的基本方法与步骤306

10.2 采样数据的预处理310

10.2.1 标度变换310

10.2.2 偏移、增益误差的自动校准323

10.3 微机应用系统的常用数值运算324

10.3.1 数字滤波324

10.3.2 数字调节器D(z)的算法329

10.3.3 数字PID运算与编程331

10.3.4 近似计算的误差335

10.4 电阻法智能鲜茧茧层水分测定仪337

10.4.1 任务分析(电阻法测量原理与主要技术问题的解决办法)337

10.4.2 硬件设计339

10.4.3 软件设计339

10.5 数字调节仪与电阻炉温度控制系统341

10.5.1 移相触发调压式电阻炉温度控制系统341

10.5.2 过零调功式电阻炉温度控制系统345

10.5.3 双单片机系统350

习题354

附录A355

参考文献357