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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，AD574A 105

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ICL7135 118

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A 355

参考文献 357

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