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第1章 引言1

1.1 机电一体化1

1.2 测量系统3

1.3 渐进设计实例4

参考文献7

第2章 电路和元器件8

2.1 引言8

2.2 基本电气元件10

2.2.1 电阻10

2.2.2 电容12

2.2.3 电感13

2.3 基尔霍夫定律14

2.3.1 串联电阻电路15

2.3.2 并联电阻电路16

2.4 电压源、电流源和仪表18

2.5 戴维南和诺顿等效电路21

2.6 交流电路的分析22

2.7 电路中的功率26

2.8 变压器27

2.9 阻抗匹配28

2.10 注意事项29

2.10.1 电容信息29

2.10.2 面包板和原型建议30

2.10.3 电压和电流的测量32

2.10.4 焊接32

2.10.5 示波器34

2.10.6 接地和电气干扰35

2.10.7 电气安全37

问题和练习38

参考文献42

第3章 半导体电子器件43

3.1 引言43

3.2 半导体物理是理解电子器件的基础43

3.3 结型二极管44

3.3.1 齐纳二极管47

3.3.2 稳压器50

3.3.3 光敏二极管51

3.3.4 二极管电路分析52

3.4 双极型晶体管53

3.4.1 双极型晶体管物理特性53

3.4.2 共射极晶体管电路54

3.4.3 双极型晶体管开关57

3.4.4 双极型晶体管的封装59

3.4.5 达林顿晶体管59

3.4.6 光敏晶体管和光隔离器59

3.5 场效应晶体管60

3.5.1 场效应晶体管的特性61

3.5.2 场效应晶体管的符号表示62

3.5.3 MOSFET的应用63

问题和练习64

参考文献68

第4章 系统响应69

4.1 系统响应简介69

4.2 幅值线性度70

4.3 信号的傅里叶级数表示70

4.4 带宽和频率响应73

4.5 相位线性度76

4.6 信号失真76

4.7 系统的动态特性77

4.8 零阶系统78

4.9 一阶系统79

4.10 二阶系统81

4.10.1 二阶系统的阶跃响应83

4.10.2 系统的频率响应84

4.11 系统建模与分析88

问题和练习91

参考文献94

第5章 使用运算放大器的模拟信号处理95

5.1 引言95

5.2 放大器96

5.3 运算放大器96

5.4 运算放大器的理想模型97

5.5 反相放大器99

5.6 同相放大器100

5.7 加法器102

5.8 差分放大器102

5.9 测量放大器103

5.10 积分器104

5.11 微分器105

5.12 采样和保持电路105

5.13 比较器106

5.14 实际的运算放大器106

问题和练习113

参考文献116

第6章 数字电路117

6.1 引言117

6.2 数字表示118

6.3 组合逻辑与逻辑分类120

6.4 时序图122

6.5 布尔代数122

6.6 逻辑网络设计124

6.6.1 用文字定义问题124

6.6.2 写出伪逻辑语句125

6.6.3 写出布尔表达式125

6.6.4 逻辑与实现125

6.6.5 绘制电路图125

6.7 确定真值表对应的布尔表达式126

6.8 时序逻辑128

6.9 触发器128

6.9.1 触发器的触发129

6.9.2 异步输入130

6.9.3 D触发器130

6.9.4 JK触发器131

6.10 触发器的应用132

6.10.1 消除开关抖动132

6.10.2 数据寄存器133

6.10.3 二进制计数器和分频器133

6.10.4 串行和并行接口134

6.11 TTL和CMOS集成电路134

6.11.1 使用制造商IC数据手册136

6.11.2 数字集成电路的输出配置139

6.11.3 TTL和CMOS器件的接口139

6.12 专用数字集成电路140

6.12.1 十进制计数器140

6.12.2 施密特触发器143

6.12.3 555定时器143

6.13 集成电路系统设计146

问题和练习149

参考文献154

第7章 微控制器编程和接口155

7.1 微处理器和微型计算机155

7.2 微控制器157

7.3 PIC16F84微控制器159

7.4 PIC编程161

7.5 PicBasic Pro165

7.5.1 PicBasic Pro编程基础165

7.5.2 PicBasic编程示例171

7.6 使用中断179

7.7 连接常见的PIC外围设备182

7.7.1 数字键盘182

7.7.2 液晶显示器184

7.8 与PIC的连接187

7.8.1 PIC数字输入的连接188

7.8.2 PIC的数字输出190

7.9 基于微控制器系统的设计方法190

7.10 实际应用的注意事项210

7.10.1 PIC项目的调试过程211

7.10.2 PIC的电源211

7.10.3 电池特性213

7.10.4 其他项目原型和设计方面的注意事项214

问题和练习215

参考文献216

第8章 数据采集217

8.1 引言217

8.2 量化理论220

8.3 模-数转换221

8.3.1 引言221

8.3.2 模-数转换器223

8.4 数-模转换225

8.5 虚拟仪器、数据采集和控制227

8.6 实际应用中的注意事项228

8.6.1 LabVIEW程序概述229

8.6.2 USB 6009数据采集卡230

8.6.3 创建一个VI和采样音乐232

问题和练习235

参考文献235

第9章 传感器236

9.1 引言236

9.2 位置和速度测量237

9.2.1 接近传感器和开关237

9.2.2 电位器239

9.2.3 线性可变差动变压器239

9.2.4 数字光电编码器241

9.3 应力与应变测量246

9.3.1 电阻应变计246

9.3.2 采用惠斯顿电桥测量电阻的变化249

9.3.3 应变计测量不同状态下的应力251

9.3.4 负载传感器测力254

9.4 温度测量255

9.4.1 玻璃管液体温度计256

9.4.2 双金属片256

9.4.3 电阻温度计256

9.4.4 热电偶256

9.5 振动和加速度测量260

9.6 压力和流量测量265

9.7 半导体传感器和微机电装置265

问题和练习266

参考文献268

第10章 执行器269

10.1 引言269

10.2 电磁原理270

10.3 电磁线圈和继电器270

10.4 电动机271

10.5 直流电动机275

10.5.1 直流电动机的电气方程276

10.5.2 永磁直流电动机的动态方程277

10.5.3 永磁直流电动机电气控制278

10.6 步进电动机282

10.7 选择电动机289

10.8 液压系统292

10.8.1 液压阀293

10.8.2 液压执行器295

10.9 气动系统295

问题和练习296

参考文献297

第11章 机电一体化系统——控制架构和案例研究298

11.1 引言298

11.2 控制架构299

11.2.1 模拟电路299

11.2.2 数字电路299

11.2.3 可编程序逻辑控制器299

11.2.4 微控制器和数字信号处理器300

11.2.5 单板计算机301

11.2.6 个人计算机301

11.3 控制理论简介301

11.3.1 电枢可控直流电动机301

11.3.2 开环响应303

11.3.3 直流电动机的反馈控制303

11.3.4 控制器经验设计306

11.3.5 控制器的实现306

11.3.6 结论307

11.4 案例研究1——肌电控制机械手臂308

11.5 案例研究2——硬币计数器的设计316

11.6 案例研究3——机器人步行机的机电一体化设计323

11.7 各种机电一体化系统的示例327

问题和练习327

参考文献327

附录A 测量基础328

附录B 物理原理337

附录C 材料力学340