微型计算机控制技术实用教程

第1章 微型计算机控制系统概述 1

1.1 微型计算机控制系统的组成 1

1.1.1 微型机控制系统的硬件结构 2

1.1.2 微型机控制系统的软件 3

1.2 微型机控制系统的分类 4

1.2.1 操作指导控制系统 4

1.2.2 直接数字控制系统（ddc） 5

1.2.3 计算机监督系统（scc） 5

1.2.4 嵌入式系统 6

1.2.5 现场总线控制系统（fcs） 9

1.3 微型计算机控制系统的发展概况及趋势 11

1.3.1 单片微型计算机 11

1.3.2 可编程逻辑控制器 12

1.3.3 std总线工业控制机 14

1.3.4 工业pc 14

1.3.5 微型计算机控制系统的发展趋势 15

习题一 17

第2章 模拟量输入/输出通道的接口技术 19

2.1 多路开关及采样-保持器 19

2.1.1 多路开关 19

.2.1.2 采样-保持器 25

2.2 模拟量输出通道的接口技术 27

2.2.1 8位d/a转换器及其接口技术 27

2.2.3 高于8位的d/a转换器及其接口技术 32

2.3 模拟量输入通道接口技术 34

2.3.1 8位a/d转换器 35

2.3.2 8位a/d转换器的接口技术 37

2.3.3 8位a/d转换器的程序设计 41

2.3.4 高于8位的a/d转换器及其接口技术 44

习题二 49

第3章 人机交互接口技术 53

3.1 键盘接口技术 53

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题 53

3.1.2 少量功能键的接口技术 55

3.1.3 矩阵键盘的接口技术 57

3.1.4 键盘特殊功能的处理 60

3.2 led显示接口技术 63

3.2.1 led数码管的结构及显示原理 63

3.2.2 led动态显示接口技术 66

3.2.3 led静态显示接口技术 70

3.2.4 硬件译码显示电路 72

3.3 lcd的显示接口技术 75

3.3.1 lcd的基本结构及工作原理 75

3.3.2 lcd的驱动方式 76

3.3.3 4位lcd静态驱动芯片icm7211 78

3.3.4 点阵式lcd的接口技术 80

习题三 92

第4章 常用控制程序的设计 95

4.1 报警程序的设计 95

4.1.1 常用的报警方式 95

4.1.2 简单报警程序的设计 97

4.1.3 越限报警程序的设计 102

4.2 开关量输出接口技术 106

4.2.1 光电隔离技术 106

4.2.2 继电器输出接口技术 107

4.2.3 固态继电器输出接口技术 108

4.2.4 大功率场效应管开关接口技术 111

4.2.5 可控硅接口技术 112

4.2.6 电磁阀接口技术 114

4.3 电机控制接口技术 115

4.3.1 小功率直流电机调速原理 115

4.3.2 开环脉冲宽度调速系统 117

4.3.3 pwm调速系统设计 118

4.3.4 闭环脉冲宽度调速系统 122

4.3.5 交流电机控制接口技术 127

4.4 步进电机控制接口技术 128

4.4.1 步进电机的工作原理 128

4.4.2 步进电机控制系统的原理 129

4.4.3 步进电机与微型机的接口及程序设计 132

4.4.4 步进电机步数及速度的确定方法 137

4.4.5 步进电机的变速控制 138

习题四 139

第5章 总线接口技术 145

5.1 串行通信基本概念 145

5.1.1 数据传送方式 145

5.1.2 异步通信和同步通信 147

5.2 串行通信标准总线（rs-232-c） 148

5.2.1 rs-232-c 148

5.2.2 rs-423/rs-422/rs-485 152

5.3 spi总线 157

5.3.1 spi的内部结构 157

5.3.2 spi的工作原理 160

5.3.3 多机spi系统 162

5.3.4 串行时钟的极性和相位 163

5.3.5 spi中断 163

5.3.6 直接采用spi总线接口芯片的应用 164

5.3.7 spi总线模拟程序设计 165

5.4 i2c总线 166

5.4.1 i2c总线概述 167

5.4.2 i2c总线的数据传送 168

5.4.3 寻址 171

5.4.4 仲裁和时钟同步化 174

5.4.5 i2c总线的电气特性 176

5.4.6 i2c时序规范 178

5.4.7 直接采用i2c总线接口芯片的应用 178

5.4.8 i2c总线模拟实用程序 180

5.5 现场总线技术 185

5.5.1 现场总线技术的发展概况 186

5.5.2 现场总线控制系统的特点 187

5.5.3 5种典型的现场总线 187

5.5.5 现场总线的应用 190

习题五 192

第6章 过程控制数据处理的方法 194..

6.1 数字滤波技术 195

6.1.1 程序判断滤波 195

6.1.2 算术平均值滤波 198

6.1.4 加权平均值滤波 201

6.1.5 滑动平均值滤波 201

6.1.6 rc低通数字滤波 202

6.1.7 复合数字滤波 203

6.1.8 各种数字滤波性能的比较 204

6.2 量程自动转换和标度变换 204

6.2.1 量程自动转换 205

6.2.2 线性参数标度变换 209

6.2.3 非线性参数标度变换 211

6.3 测量数据预处理技术 212

6.3.1 线性插值算法 213

6.3.2 分段插值算法程序的设计方法 213

6.3.3 插值法在流量测量中的应用 214

6.3.4 系统误差的自动校正 220

6.4 dsp在数据处理中的应用 221

6.4.1 dsp简介 221

6.4.2 dsps芯片 222

6.4.3 dsp在数据处理中的应用 224

习题六 226

第7章 数字pid及其算法 229

7.1 pid调节算法 230

7.1.1 比例（p）调节器 231

7.1.2 比例―积分调节器（pi） 231

7.1.3 比例―微分调节器 233

7.1.4 比例―积分―微分作用调节器（pid） 234

7.2 pid算法的数字实现 234

7.2.1 pid算法的数字化 234

7.2.2 pid算法的程序设计 237

7.3 数字pid调节中的几个实际问题 238

7.3.1 正、反作用问题 238

7.3.2 饱和作用的抑制 239

7.3.3 手动/自动跟踪及手动后援问题 242

7.4 pid算法的发展 244

7.4.1 不完全微分的pid算式 244

7.4.2 积分分离的pid算式 245

7.4.3 变速积分的pid算式 247

7.4.4 带死区的pid算式 248

7.4.5 pid比率控制 248

7.5 pid参数的整定方法 251

7.5.1 采样周期t的确定 251

7.5.2 归一参数整定法 252

7.5.3 优选法 252

习题七 253

第8章 模糊控制技术 256

8.1 模糊控制概述 256

8.1.1 模糊控制的发展概况 256

8.1.2 模糊控制的特点 257

8.1.3 模糊控制的应用 258

8.1.4 模糊控制的发展 259

8.2 模糊控制算法的设计 259

8.2.1 常见的模糊控制规则 259

8.2.2 反映控制规则的模糊关系 262

8.3 基本模糊控制器 262

8.3.1 查询表的建立 262

8.3.2 基本模糊控制器实例 263

8.4 模糊数模型的建立 267

8.4.1 模糊控制器语言变量值的选取 268

8.4.2 双输入单输出模糊控制器的模糊控制规则 268

8.4.3 建立模糊数模型 269

8.5 模糊 - pid复合控制器 272

8.5.1 比例 - 模糊 - pi控制器 273

8.5.2 参数模糊自整定pid控制器 274

习题八 277

第9章 微型机控制系统的设计 278

9.1 微型机控制系统的设计方法及步骤 278

9.1.1 控制系统总体方案的确定 279

9.1.2 微型计算机及接口的选择 281

9.1.3 控制算法的选择 282

9.1.4 控制系统的硬件设计 283

9.1.5 控制系统软件设计 288

9.1.6 微型计算机控制系统的调试 289

9.2 微型计算机控制的自动装箱系统 290

9.2.1 自动装箱控制系统的原理 290

9.2.2 控制系统硬件设计 291

9.2.3 控制系统软件设计 294

9.3 单片机多功能转速表 301

9.3.1 单片机多功能转速表系统组成及工作原理 301

9.3.2 转速的测量 304

9.3.3 串行显示接口及程序 305

9.3.4 其他软件的设计 307

习题九 308

附录一 mcs-51系列单片机指令及位地址速查表 310

附录二 选择题参考答案 316

参考文献 317 ...