微型計算機控制技術(shù)

前言

目前，絕大多數(shù)自動控制都是使用計算機來實現(xiàn)的。微型計算機控制技術(shù)的發(fā)展，使得以微型計算機為控制器核心的嵌入式測控裝置與系統(tǒng)廣泛滲透到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)中，已經(jīng)無時無刻、無處不在地影響著每個現(xiàn)代人的生活。在我國高等工科院校中，普遍開設(shè)了微型計算機控制技術(shù)及其相關(guān)課程。本書I重I繞“微機控制算法及其實現(xiàn)”這一主題，系統(tǒng)而有重點地講述了運動控制、常用控制、現(xiàn)代控制和智能控制中的各種主要算法的思路精髓和微機實現(xiàn)這些算法的要領(lǐng)，并從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，介紹了微機控制系統(tǒng)與信號的數(shù)學(xué)描述、常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理、嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、系統(tǒng)設(shè)計及電磁兼容技術(shù)。根據(jù)信息與控制日益交融的發(fā)展趨勢，介紹了微機控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線。微型計算機控制技術(shù)內(nèi)容十分豐富，每一個專題的詳細闡述都需要一本或幾本專著。本書注意了與“微控制器原理與應(yīng)用”等相關(guān)課程的分工協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌兼顧，力求從電類專業(yè)“軟（件）硬（件）兼施”、“強（電）弱（電）結(jié)合”的特色出發(fā)，對微型計算機控制技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用提供切實的指導(dǎo)和幫助。本書可作為高等院校有關(guān)課程的教材，也可作為電子技術(shù)人員的參考書。實驗和實踐對微型計算機控制技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用極為重要。本書在第1l章中，以DP-01多MCu實驗系統(tǒng)為平臺，以多種控制算法、數(shù)據(jù)傳輸方式與總線在智能家居中的應(yīng)用為主題，給出了微型計算機控制技術(shù)的設(shè)計性、綜合性實驗大綱，引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性。多年來，于海生、周德澤、王曉明、桑楠、謝劍英、陳炳和、高金源、王慧、齊蓉、何玉彬、蔡德聰、陽憲惠、何克忠、袁南兒、蔡自興、張乃堯、白英彩、吳啟迪、竇振中、涂時亮、王常力、陳汝全、金以慧、王錦標、嚴雋薇、周立功、潘新民、胡壽松、吳堅等教授在微型計算機控制技術(shù)的教育園地里辛勤耕耘，本書多處引用了他們的研究成果，謹在此表示衷心的感謝。廣州周立功單片機發(fā)展有限公司上海分公司經(jīng)理曾成奇、微芯科技咨詢（上海）有限公司經(jīng)理劉暉、飛思卡爾半導(dǎo)體（中國）有限公司上海分公司經(jīng)理張明峰、高拓微電子技術(shù)有限公司經(jīng)理魏敏和吳健等為本書提供了重要幫助，謹在此表示誠摯的感謝。擔(dān)任本書主審的上海交通大學(xué)白英彩教授認真審閱了全書，提出了指導(dǎo)性的建議和中肯的意見；研究生吳霄、張振富、顧鳴、郁海華、郭凱杰和丁才云等為程序設(shè)計和圖文制作輸入付出了辛勤的勞動，在此謹致以深切的謝意。

內(nèi)容概要

　　 本書圍繞“微機控制算法及其實現(xiàn)”這一主題，系統(tǒng)而有重點地講述了運動控制、常用控制、現(xiàn)代控制和智能控制中的各種主要算法的思路精髓和微機實現(xiàn)這些算法的要領(lǐng)，并從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，介紹了微機控制系統(tǒng)與信號的數(shù)學(xué)描述、常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理、嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、系統(tǒng)設(shè)計及電磁兼容技術(shù)；根據(jù)信息與控制日益交融的發(fā)展趨勢，介紹了微機控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線。    本書力求從電類專業(yè)“軟（件）硬（件）兼施”、“強（電）弱（電）結(jié)合”的特色出發(fā)，對微型計算機控制技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用提供切實的指導(dǎo)和幫助。本書可作為高等院校有關(guān)課程的教材，也可作為電子技術(shù)人員的參考書。

作者簡介

徐安，男，1946年10月生，江蘇江陰人。1968年畢業(yè)于清華大學(xué)電機工程系，在內(nèi)蒙古集寧拖拉機廠工作十年，1981年12月上海鐵道學(xué)院機電系碩士研究生畢業(yè)后留校，執(zhí)教至今。1987年4月至11月赴日本三菱電機伊丹制作所監(jiān)造6K型電力機車，1992年5月至1993年5月赴日本東京都市管理綜合研究所進修?，F(xiàn)為同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師；同濟聯(lián)合環(huán)境建筑設(shè)計研究院環(huán)境智能控制研究所所長，民革上海市委文教委員會委員。近幾年為本科和研究生主講“微型計算機控制技術(shù)”、“單片機原理與應(yīng)用”、“模糊與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制工程概論”等課程；曾獲2005年上海市第八屆教育科學(xué)研究成果獎，2005年上海三菱電梯獎勵金，2004年同濟大學(xué)優(yōu)秀教學(xué)成果獎，2001年以來獲得5屆同濟大學(xué)優(yōu)秀畢業(yè)論文指導(dǎo)獎。曾獲鐵道部科學(xué)技術(shù)進步獎和上海市科學(xué)技術(shù)進步獎，近幾年的主要研究方向為微機測控裝置與系統(tǒng)，進行的課題有：“大矩陣控制系統(tǒng)及其應(yīng)用”、“環(huán)境與家居智能控制的人性化設(shè)計”、“墻體滲漏的檢測與數(shù)據(jù)處理”、“計算機視覺在檢測中的應(yīng)用”等。

書籍目錄

第1章　概論  1.1　控制用微型計算機    1.1.1　控制用微型計算機的類型    1.1.2　控制用微型計算機的選用  1.2　微型計算機控制系統(tǒng)    1.2.1　微機控制系統(tǒng)的組成    1.2.2　微機控制系統(tǒng)的工作過程與方式    1.2.3　微機控制系統(tǒng)的功能與特點    1.2.4　微機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)  1.3　微機控制技術(shù)的發(fā)展與作用    1.3.1  控制理論與控制技術(shù)的發(fā)展    1.3.2　微機控制技術(shù)的發(fā)展    1.3.3　微機控制技術(shù)的作用    1.3.4　微機控制技術(shù)的前景  習(xí)題與思考題第2章　常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理  2.1　常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    2.1.1　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念    2.1.2　控制系統(tǒng)的特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)  2.2　采樣與數(shù)據(jù)處理    2.2.1　采樣周期的選擇    2.2.2　常用數(shù)據(jù)處理  2.3　數(shù)字濾波    2.3.1  常用數(shù)字濾波方法    2.3.2　數(shù)字濾波方法的選擇  習(xí)題與思考題第3章　微機控制系統(tǒng)與信號的數(shù)學(xué)描述  3.1  微機控制系統(tǒng)中的信號變換    3.1.1　信號的采樣與保持    3.1.2　采樣定理    3.1.3　離散時間信號  3.2　線性定常離散系統(tǒng)的描述與差分方程    3.2.1　線性定常離散系統(tǒng)的描述    3.2.2　線性常系數(shù)差分方程    3.2.3　應(yīng)用迭代法求解差分方程  3.3　Z變換及其應(yīng)用    3.3.1　Z變換定義    3.3.2　Z變換方法    3.3.3　Z逆變換    3.3.4　應(yīng)用Z變換求解差分方程  3.4　脈沖傳遞函數(shù)    3.4.1  脈沖傳遞函數(shù)定義    3.4.2　零階保持器及其脈沖傳遞函數(shù)    3.4.3　開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)    3.4.4　閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)  習(xí)題與思考題第4章　運動控制技術(shù)  4.1　順序控制    4.1.1　順序控制原理    4.1.2　順序控制系統(tǒng)特性    4.1.3　專用順序控制器設(shè)計    4.1.4　通用順序控制器的選用  4.2　程序控制    4.2.1　程序控制原理    4.2.2　逐點比較法直線插補    4.2.3　逐點比較法圓弧插補    4.2.4　運動控制芯片  4.3　可編程控制器    4.3.1　PLC的主要功能與特點    4.3.2　PLC的結(jié)構(gòu)與工作原理    4.3.3 　PLC常用編程語言    4.3.4　PLC的選用  4.4　直流電動機控制    4.4.1  直流電動機調(diào)速原理    4.4.2　直流電動機不可逆PWM系統(tǒng)    4.4.3　直流電動機可逆PWM系統(tǒng)    4.4.4  專用運動控制處理器  4.5　交流異步電動機控制    4.5.1　交流異步電動機變頻調(diào)速原理    4.5.2　變頻調(diào)速的機械特性及其補償    4.5.3　SPWM波發(fā)生器及其應(yīng)用    4.5.4　矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制　……第5章　常用控制技術(shù)第6章　現(xiàn)代控制技術(shù)第7章　智能控制技術(shù)第8章　嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)第9章　網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線第10章　微機控制系統(tǒng)設(shè)計第11章　微機控制技術(shù)實驗參考文獻

章節(jié)摘錄

源代碼公開并且遵循GPL（General Public License）協(xié)議的嵌入式L,inux是近年來嵌入式操作系統(tǒng)的研究熱點。嵌入式Linux是按照嵌入式操作系統(tǒng)的要求而設(shè)計的一種小型操作系統(tǒng)，由一個很小的內(nèi)核及一些根據(jù)需要進行定制的系統(tǒng)模塊組成。其內(nèi)核一般只有幾百KB左右，即使加上其他必須的模塊和應(yīng)用程序，所需的存儲空間也很小。它有多任務(wù)、多進程的系統(tǒng)特征，有些還具有實時性。除了可應(yīng)用于信息家電（機頂盒、數(shù)字電視）、多媒體手機、金融業(yè)終端系統(tǒng)等智能數(shù)字終端領(lǐng)域以外，嵌入式Linux在移動計算平臺、電子商務(wù)平臺、智能工業(yè)和商業(yè)控制、甚至軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。1、嵌入式Linux的優(yōu)點源代碼公開，可以任意修改，以滿足自己的應(yīng)用，并且遵從GPL，調(diào)試也很容易，無須為每例應(yīng)用交納許可證費。大量的應(yīng)用軟件可用，其中大部分都遵從GPL，是開放源代碼和免費的，可以稍加修改后應(yīng)用于用戶自己的系統(tǒng)。大量優(yōu)秀開發(fā)工具，且都遵從GPL，也是開放源代碼和免費的。系統(tǒng)穩(wěn)定性好，在多種架構(gòu)下可靠運行，層次結(jié)構(gòu)與內(nèi)核的完全開放。嵌入式Linux由很多體積小且性能高的微內(nèi)核和部件組成。自由軟件基金會（Free Software Foundation）的GNIJ計劃組為L,inux開發(fā)了許多軟件。由于內(nèi)核代碼的完全開放性，內(nèi)核精悍，運行所需資源少，不同層次和不同領(lǐng)域的用戶可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求對內(nèi)核進行改造與剪裁，以較低的成本設(shè)計出滿足自己要求的嵌入式操作系統(tǒng)。誕生于網(wǎng)絡(luò)時代，并且?guī)в忻黠@的IJNIX特性，支持Internet所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。有一個與LINIX相似、以核心為基礎(chǔ)、完全內(nèi)存保護、支持多任務(wù)與多進程的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的最大的應(yīng)用前景就是在分布式網(wǎng)絡(luò)中的第一層，特別是下位機或網(wǎng)絡(luò)終端。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，可以充分利用它的網(wǎng)絡(luò)特性，開發(fā)分布式應(yīng)用，并且軟件的開發(fā)和維護人才較多，成本較低。有一整套的工具鏈（GCC）。用戶不需要專門的仿真器，就能夠比較容易地自行建立與配置嵌入式系統(tǒng)，以及在該系統(tǒng)下的開發(fā)環(huán)境與仿真運行環(huán)境，甚至可以在該系統(tǒng)上直接進行系統(tǒng)內(nèi)核的調(diào)試與仿真運行。特別是，Linux帶有用戶完全熟悉的LINIX完善的開發(fā)系統(tǒng)，幾乎所有的UNⅨ的應(yīng)用軟件都有Linux的相應(yīng)版本。

編輯推薦

《微型計算機控制技術(shù)》可作為高等院校有關(guān)課程的教材，也可作為電子技術(shù)人員的參考書。

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