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目录1

第1章　微型计算机控制系统的概述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5

1.2.1　操作指导控制系统5

1.2.2　直接数字控制系统（DDC）6

1.2.3　计算机监督系统（SCC）6

1.2.4　分布控制系统（DCS）8

1.2.5　计算机集成制造系统（CIMS）9

1.2.6　现场总线控制系统（FCS）10

1.3.1　单片微型计算机12

1.3　微型计算机控制系统的发展概况及趋势12

1.3.2　可编程逻辑控制器15

1.3.3　STD总线工业控制机17

13.4　工业PC19

1.3.5　微型计算机控制系统的发展趋势20

习题一22

第2章　模拟量输入／输出通道的接口技术23

2.1　多路开关及采样-保持器23

2.1.1　采样定理23

2.1.2　多路开关26

2.1.3　采样-保持器32

2.2　模拟量输出通道的接口技术34

2.2.1　D/A转换原理34

2.2.2　8位D/A转换器及其接口技术36

2.2.3　高于8位的D/A转换器及其接口技术44

2.3.1　A/D转换原理47

2.3　模拟量输入通道接口技术47

2.3.2 8位A/D转换器48

2.3.3 8位A/D转换器的接口技术54

2.3.4 8位A/D转换器的程序设计58

2.3.5　高于8位的A/D转换器及其接口技术61

习题二67

第3章　人机交互接口技术71

3.1　键盘接口技术71

3.1.1　键盘设计需解决的几个问题71

3.1.2　少量功能键的接口技术73

3.1.3　矩阵键盘的接口技术76

3.1.4　键盘特殊功能的处理83

3.2.1 LED数码管的结构及显示原理86

3.2　LED显示接口技术86

3.2.2 LED动态显示接口技术89

3.2.3 LED静态显示接口技术93

3.2.4　硬件译码显示电路95

3.2.5 LED的光柱模拟显示器件99

3.3 LCD的显示接口技术102

3.3.1 LCD的基本结构及工作原理102

3.3.2 LCD的驱动方式103

3.3.3 4位LCD静态驱动芯片ICM7211106

3.3.4 点阵式LCD的接口技术107

习题三113

第4章　常用控制程序的设计115

4.1　报警程序的设计115

4.1.1　常用的报警方式115

4.1.2　简单报警程序的设计118

4.1.3　越限报警程序的设计122

4.2　开关量的输出接口技术126

4.2.1　光电隔离技术126

4.2.2　继电器输出接口技术127

4.2.3　固态继电器输出接口技术128

4.2.4　大功率场效应管开关接口技术130

4.2.5　可控硅接口技术131

4.2.6　电磁阀接口技术134

4.3　电机的控制接口技术135

4.3.1　小功率直流电机调速原理135

4.3.2　开环脉冲宽度调速系统137

4.3.3　PWM调速系统设计138

4.3.4　闭环脉冲宽度调速系统142

4.3.5　交流电机的控制接口技术147

4.4　步进电机的控制接口技术148

4.4.1　步进电机的工作原理148

4.4.2　步进电机控制系统的原理149

4.4.3　步进电机与微型机的接口及程序设计152

4.4.4　步进电机步数及速度的确定方法157

4.4.5　步进电机的变速控制158

习题四159

第5章　总线接口技术165

5.1　串行通信基本概念165

5.1.1　数据传送方式166

5.1.2　波特率和接收／发送时钟167

5.1.3　异步通信和同步通信168

5.1.4　信号的调制和解调169

5.1.5　差错控制技术170

5.2　串行通信标准总线（RS-232-C）175

5.2.1 RS-232-C175

5.2.2　RS-423/RS-422/RS-485181

5.3 SPI总线185

5.3.1 SPI的工作原理187

5.3.2 多机SPI系统188

5.3.3 串行时钟的极性和相位190

5.3.4 SPI错误条件190

5.3.5 SPI中断191

5.3.6 SPI I/O寄存器191

5.3.7 SPI的应用193

5.4 I2C总线195

5.4.1 I2C总线概述195

5.4.2 I2C总线的数据传送196

5.4.3 寻址199

5.4.4 仲裁和时钟同步化203

5.4.5 I2C总线的电气特性205

5.4.6 I2C时序规范206

5.4.7 I2C总线的应用207

5.5 SMBus208

5.5.1 SMBus的特点209

5.5.2 位传送209

5.5.3 数据在SMBus上的传送210

5.5.4 裁决和时钟的产生211

5.5.5 SMBus与I2C的主要区别212

5.5.6 SMBus的应用214

5.6 现场总线技术215

5.6.2 现场总线控制系统的特点216

5.6.1 现场总线技术的发展概况216

5.6.3 5种典型的现场总线217

5.6.4 LonWorks技术220

5.6.5 现场总线的应用228

习题五230

第6章 过程控制数据处理的方法233

6.1 查表技术234

6.1.1 顺序查表法235

6.1.2 计算查表法236

6.1.3 对分查表法238

6.2 数字滤波技术241

6.2.1 程序判断滤波242

6.2.2 中值滤波244

6.2.3 算术平均值滤波246

6.2.4 加权平均值滤波249

6.2.5 滑动平均值滤波249

6.2.6 RC低通数字滤波250

6.2.7 复合数字滤波251

6.2.8 各种数字滤波性能的比较252

6.3 量程自动转换和标度变换252

6.3.1 量程自动转换253

6.3.2 线性参数标度变换257

6.3.3 非线性参数标度变换259

6.4 测量数据预处理技术260

6.4.1 线性插值算法261

6.4.2 分段插值算法程序的设计方法261

6.4.3 插值法在流量测量中的应用262

6.4.4 系统误差的自动校正268

6.5.1 DSP简介269

6.5 DSP在数据处理中的应用269

6.5.2 DSPs芯片270

6.5.3 DSP在数据处理中的应用272

习题六273

第7章 数字PID及其算法277

7.1 PID算法的数字实现278

7.1.1 PID算法的数字化279

7.1.2 PID算法的程序设计281

7.2 数字PID调节中的几个实际问题282

7.2.1 正、反作用问题283

7.2.2 饱和作用的抑制283

7.2.3 手动／自动跟踪及手动后援问题287

7.3.1 不完全微分的PID算式288

7.3 PID算法的发展288

7.3.2 积分分离的PID算式290

7.3.3 变速积分的PID算式291

7.3.4 带死区的PID算式292

7.3.5 PID比率控制293

7.4 PID参数的整定方法295

7.4.1 采样周期T的确定296

7.4.2 扩充临界比例度法296

7.4.3 扩充响应曲线法297

7.4.4 归一参数整定法298

7.4.5 优选法299

习题七299

8.1 最少拍随动系统的设计301

8.1.1 最少拍随动系统的脉冲传递函数301

第8章 直接数字控制及其算法301

8.1.2 最少拍随动系统数字控制器的设计303

8.2 最少拍无波纹随动系统的设计308

8.2.1 单位阶跃输入最少拍无波纹随动系统的设计308

8.2.2 单位速度输入最少拍无波纹随动系统的设计309

8.2.3 最少拍无波纹随动系统设计举例310

8.3 大林（Dahlin）算法312

8.3.1 大林算法的D（z）基本形式313

8.3.2 振铃现象及其消除方法315

8.4 数字控制器D（z）在微型机系统中的实现方法318

8.4.1 直接程序设计法318

8.4.2 串行程序设计法319

8.4.3 并行程序设计法321

8.4.4 数字控制器的设计322

习题八323

第9章 模糊控制技术325

9.1 模糊控制概述325

9.1.1 模糊控制的发展概况325

9.1.2 模糊控制的特点326

9.1.3　模糊控制的应用327

9.1.4　模糊控制的发展328

9.2　模糊控制算法的设计329

9.2.1　常见的模糊控制规则329

9.2.2　反映控制规则的模糊关系331

9.3　基本模糊控制器332

9.3.1 查询表的建立332

9.3.2　基本模糊控制器实例333

9.4　模糊数模型的建立336

9.4.1　模糊控制器语言变量值的选取337

9.4.2　双输入单输出模糊控制器的模糊控制规则337

9.4.3　建立模糊数模型338

9.5　模糊-PID复合控制器342

9.5.1 比例-模糊PI控制器342

9.5.2　参数模糊自整定PID控制器343

习题九346

第10章　微型机控制系统的设计347

10.1　微型机控制系统的设计方法及步骤347

10.1.1 控制系统总体方案的确定348

10.1.2　微型计算机及接口的选择350

10.1.3　控制算法的选择352

10.1.4　控制系统的硬件设计353

10.1.5　控制系统软件设计357

10.1.6　微型计算机控制系统的调试359

10.2　微型计算机控制的自动装箱系统360

10.2.1 自动装箱控制系统的原理360

10.2.2　控制系统硬件设计361

10.2.3　控制系统软件设计364

10.3　加热炉温度控制系统371

10.3.1　温度控制系统的组成371

10.3.2　温度控制系统的硬件设计372

10.3.3　数字控制器的数学模型377

10.3.4　温度控制系统软件设计378

10.3.5　手动后援问题391

习题十392

附录　MCS-51系列单片机指令及位地址速查表393

参考文献399