微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

前言

　　微型計(jì)算機(jī)控制是集控制工程、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)等多門學(xué)科于一體的綜合型學(xué)科，具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。針對(duì)高等院校工科類專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的工作目標(biāo)，眾多高等院校開設(shè)了專業(yè)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的必修或選修課。此外，各行各業(yè)的工程技術(shù)人員也希望能掌握這一既可開發(fā)新型智能產(chǎn)品，又能改造和提升舊產(chǎn)業(yè)的高技術(shù)。在湘潭大學(xué)的倡議下，湘潭大學(xué)、湖南科技大學(xué)、湖南工程學(xué)院、長(zhǎng)沙理工大學(xué)等共同編著了本教材。　　本教材是編著者們多年的教學(xué)和科研成果的總結(jié)，體現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的最新研究動(dòng)態(tài)。選材方面考慮到了內(nèi)容的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性、工程性和先進(jìn)性。材料編排上注重理論基礎(chǔ)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，符合教學(xué)規(guī)律與人的思考習(xí)慣，突顯由淺入深、由易到難、由一般到重點(diǎn)的教學(xué)理念?！　∪珪?章，可分成微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)、經(jīng)典技術(shù)、現(xiàn)代技術(shù)及設(shè)計(jì)實(shí)例等板塊。第1章為緒論，介紹微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特征、組成與發(fā)展；第2章為微型計(jì)算機(jī)控制理論基礎(chǔ)，介紹連續(xù)與離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等；第3章為接口與通道配置技術(shù)，介紹面向微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口與過(guò)程通道軟硬件技術(shù)基礎(chǔ)；第4章為數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)，介紹模擬數(shù)據(jù)、開關(guān)數(shù)據(jù)的采集與前置、后期處理技術(shù)，典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等；第5章為數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)，介紹數(shù)字PID、最少拍等控制技術(shù)及大林算法等的應(yīng)用；第6章為順序與數(shù)字程序控制技術(shù)，介紹兩種控制的一般原理及實(shí)現(xiàn)方法、重要執(zhí)行部件；第7章為智能控制基礎(chǔ)，介紹模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等控制基礎(chǔ)；第8章為總線技術(shù)，介紹工業(yè)控制用并行、串行及現(xiàn)場(chǎng)總線；第9章為微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)例，介紹微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求、一般步驟、可靠性技術(shù)等。每章末尾附有習(xí)題。鑒于目前及今后智能卡在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及人們的生活中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，而很多專業(yè)又無(wú)法將其列入課堂教學(xué)內(nèi)容，本書增加了關(guān)于智能卡基本原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的附錄。

內(nèi)容概要

本書以控制系統(tǒng)基礎(chǔ)為引述，系統(tǒng)介紹微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)、硬件原理及設(shè)計(jì)、直接與間接等控制器設(shè)計(jì)、智能控制基礎(chǔ)和微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。全書共分9章。內(nèi)容包括微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)緒論；微型計(jì)算機(jī)控制理論基礎(chǔ)；接口與過(guò)程通道配置技術(shù)；數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)；數(shù)字控制器設(shè)計(jì)；順序與數(shù)字程序控制技術(shù)；智能控制基礎(chǔ)；總線技術(shù)；微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及IC卡技術(shù)基礎(chǔ)。書中各章附有習(xí)題。    本書注重理論基礎(chǔ)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。內(nèi)容安排由淺入深，突出系統(tǒng)性、實(shí)踐性及新穎性。    本書可作為高等院校自動(dòng)化、檢測(cè)與控制、電子與電氣、通信、計(jì)算機(jī)、機(jī)電一體化、智能建筑等專業(yè)的微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教材，也可作為各領(lǐng)域從事微型計(jì)算機(jī)控制工作的工程技術(shù)人員的參考書或培訓(xùn)教材。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  控制系統(tǒng)基礎(chǔ)    1.1.1  控制系統(tǒng)基本概念    1.1.2  控制系統(tǒng)工作特性  1.2  微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與特征    1.2.1  微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)    1.2.2  微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特征  1.3  微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類    1.3.1  經(jīng)典微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)    1.3.2  新型微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)  1.4  微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展  習(xí)題第2章  微型計(jì)算機(jī)控制理論基礎(chǔ)  2.1  連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)    2.1.1  拉普拉斯變換    2.1.2  傳遞函數(shù)與方塊圖    2.1.3  線性定常系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)  2.2  離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)    2.2.1  離散時(shí)間信號(hào)與采樣信號(hào)的表示    2.2.2  差分與差商    2.2.3  Z變換    2.2.4  離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)  2.3  采樣周期的一般選擇方法    2.3.1  香農(nóng)（shannon）采樣定理    2.3.2  采樣周期的選擇  習(xí)題第3章  接口與過(guò)程通道配置技術(shù)  3.1  概述  3.2  面向過(guò)程通道的接口技術(shù)    3.2.1  接口的基本結(jié)構(gòu)、任務(wù)和功能    3.2.2  接口的數(shù)據(jù)傳送方式    3.2.3  接口擴(kuò)展    3.2.4  接口實(shí)例  3.3  模擬輸入過(guò)程通道配置    3.3.1  通道基本結(jié)構(gòu)    3.3.2  信號(hào)的拾取方式    3.3.3  通道放大技術(shù)    3.3.4  模擬多路切換技術(shù)    3.3.5  采樣保持技術(shù)    3.3.6  模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)  3.4  模擬輸出過(guò)程通道配置    3.4.1  通道基本結(jié)構(gòu)    3.4.2  D/A轉(zhuǎn)換原理    3.4.3  D/A轉(zhuǎn)換器及接口設(shè)計(jì)  3.5  開關(guān)量輸入過(guò)程通道配置    3.5.1  通道基本結(jié)構(gòu)    3.5.2  開關(guān)量采集技術(shù)    3.5.3  開關(guān)量信號(hào)規(guī)范技術(shù)    3.5.4  過(guò)程開關(guān)量輸入接口設(shè)計(jì)  3.6  開關(guān)量輸出過(guò)程通道配置    3.6.1  通道基本結(jié)構(gòu)    3.6.2  開關(guān)量輸出接口設(shè)汁    3.6.3  典型開關(guān)量輸出過(guò)程通道  習(xí)題第4章  數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)  4.1  數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述    4.1.1  數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概念    4.1.2  數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能    4.1.3  設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)考慮的一些問(wèn)題  4.2  模擬數(shù)據(jù)采集技術(shù)    4.2.1  模擬數(shù)據(jù)采集電路    4.2.2  模擬數(shù)據(jù)采集軟件的流程圖    4.2.3  模擬量數(shù)據(jù)采集的預(yù)處理方法  4.3  模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的后處理技術(shù)    4.3.1  工程量標(biāo)度變換    4.3.2  線性化處理    4.3.3  上下限檢查  4.4  開關(guān)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)    4.4.1  開關(guān)量數(shù)據(jù)采集電路模型    4.4.2  開關(guān)量數(shù)據(jù)采集軟件的一般結(jié)構(gòu)    4.4.3  開關(guān)量數(shù)據(jù)的處理方法  4.5  虛擬儀器及其應(yīng)用基礎(chǔ)    4.5.1  虛擬儀器概述    4.5.2  虛擬儀器的一般結(jié)構(gòu)    4.5.3  基于構(gòu)件的虛擬儀器開發(fā)    4.5.4  虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)  習(xí)題第5章  數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)  5.1  PID控制器設(shè)計(jì)    5.1.1  模擬PID控制規(guī)律    5.1.2  PID控制規(guī)律的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)算法    5.1.3  PID控制算法改進(jìn)    5.1.4  數(shù)字PID控制器參數(shù)整定  5.2  最少拍控制器直接設(shè)計(jì)    5.2.1  數(shù)字控制器直接設(shè)計(jì)步驟    5.2.2  最少拍無(wú)差系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    5.2.3  最少拍控制器的可實(shí)現(xiàn)性和穩(wěn)定性要求    5.2.4  最少拍快速有波紋系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法    5.2.5  最少拍控制系統(tǒng)的局限性    5.2.6  最少拍無(wú)波紋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  5.3  w變換與大林算法    5.3.1  w變換法設(shè)計(jì)    5.3.2  純滯后對(duì)象的控制算法一一一大林算法  習(xí)題第6章  順序與數(shù)字程序控制技術(shù)  6.1  順序控制技術(shù)    6.1.1  順序控制概述    6.1.2  順序控制工作原理及設(shè)計(jì)步驟    6.1.3  微型計(jì)算機(jī)剪板系統(tǒng)設(shè)計(jì)  6.2  數(shù)字程序控制技術(shù)    6.2.1  數(shù)字程序控制概述    6.2.2  逐點(diǎn)直線與圓弧插補(bǔ)原理    6.2.3  數(shù)字積分插補(bǔ)法  6.3  電機(jī)控制及其接口技術(shù)    6.3.1  小功率直流電機(jī)及控制    6.3.2  步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)  習(xí)題第7章  智能控制基礎(chǔ)  7.1  模糊控制基礎(chǔ)    7.1.1  模糊控制理論基礎(chǔ)    7.1.2  模糊控制應(yīng)用基礎(chǔ)    7.1.3  模糊控制系統(tǒng)一般原理  7.2  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制基礎(chǔ)    7.2.1  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)    7.2.2  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)規(guī)則    7.2.3  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制原理  7.3  遺傳算法控制基礎(chǔ)    7.3.1  遺傳算法概述    7.3.2  遺傳算法應(yīng)用基礎(chǔ)    7.3.3  基于遺傳算法的模糊控制  習(xí)題第8章  總線技術(shù)  8.1  并行總線    8.1.1  PC總線      8.1.2  STD總線  8.2  串行通信標(biāo)準(zhǔn)總線    8.2.1  RS-232-C    8.2.2  RS-422-A/RS 423-A和RS-485      8.2.3  通用外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)  8.3  現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)    8.3.1  現(xiàn)場(chǎng)總線的基本內(nèi)容和發(fā)展概況    8.3.2  現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)    8.3.3  幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線    8.3.4  現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用  習(xí)題第9章  微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  9.1  微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求與步驟    9.1.1  系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求    9.1.2  微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟  9.2  微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)    9.2.1  系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)    9.2.2  硬件設(shè)計(jì)    9.2.3  數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)    9.2.4  軟件設(shè)計(jì)  9.3  模糊電冰箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)    9.3.1  電冰箱的控制要求    9.3.2  模糊電冰箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    9.3.3  模糊控制規(guī)則    9.3.4  TMP86c846N單片機(jī)介紹    9.3.5  控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)    9.3.6  軟件實(shí)現(xiàn)  習(xí)題附錄  IC卡技術(shù)基礎(chǔ)  1  IC卡分類  2  接觸式IC卡技術(shù)基礎(chǔ)    3  非接觸式IC卡技術(shù)基礎(chǔ)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　（7）接口電路中的端口觸發(fā)、時(shí)序及負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力?！　⊙兄平涌诤瓦^(guò)程通道電路使用的器件有三大類，一類是利用基本的小規(guī)模集成電路功能器件（如一片多組的運(yùn)算放大器等）、邏輯器件（如各類TTL器件）、分立元件等，當(dāng)控制內(nèi)容單一，過(guò)程通道和接口比較簡(jiǎn)單時(shí)采用此類器件設(shè)計(jì)可避免浪費(fèi)；第二類是通用器件，如通用的各類并行、串行I／O接口器件，中斷管理、定時(shí)／計(jì)數(shù)、鍵盤／顯示等接口器件；第三類是專用器件，主要有A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、集成多路轉(zhuǎn)換電子開關(guān)、可編程放大器等等。　　隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，成熟的過(guò)程通道與接口電路可以制作成非標(biāo)準(zhǔn)的集成電路芯片，因而可大大縮小系統(tǒng)體積，提高過(guò)程通道與接口電路工作的可靠性。將某些部分制作成標(biāo)準(zhǔn)的集成電路，可大幅度簡(jiǎn)化過(guò)程通道與接口電路的設(shè)計(jì)，縮短微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)周期。3.2面向過(guò)程通道的接口技術(shù)　　介于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主機(jī)與過(guò)程通道之間的接口技術(shù)除解決主機(jī)與過(guò)程通道之間的一般性數(shù)據(jù)傳送與連接方式的問(wèn)題外，端口控制信號(hào)還必須深入過(guò)程通道內(nèi)部，控制過(guò)程通道中各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)工作。接口電路的工作原理和使用方法包括硬件和軟件兩方面。3.2.1接口的基本結(jié)構(gòu)、任務(wù)和功能　　1.接口的基本結(jié)構(gòu)　　圖3-1為面向過(guò)程通道的接口電路的基本結(jié)構(gòu)及其在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的一般連接方式。接口電路包含三個(gè)大的功能模塊，即接口控制邏輯、數(shù)據(jù)傳送端口和無(wú)數(shù)據(jù)端口。接口電路上聯(lián)主機(jī)的系統(tǒng)總線，下聯(lián)過(guò)程通道。上聯(lián)部分類同一般接口電路結(jié)構(gòu)，而與過(guò)程通道相聯(lián)的接口結(jié)構(gòu)是和過(guò)程通道的數(shù)據(jù)性質(zhì)、格式及交換速度等有關(guān)的?！　「鶕?jù)一般過(guò)程通道結(jié)構(gòu)和信息傳送原理，接口電路中端口分為兩大類，一類用于數(shù)據(jù)及控制、狀態(tài)信號(hào)傳送，這類端口的信息可來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，也可通過(guò)過(guò)程通道送往工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程；另一類為無(wú)數(shù)據(jù)端口，僅借助于端口地址和讀／寫指令產(chǎn)生的控制信號(hào)向過(guò)程通道中控制邏輯發(fā)出相應(yīng)的子環(huán)節(jié)操縱信號(hào)，使進(jìn)入過(guò)程通道中的信息有序地在端口和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程之間傳遞。

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