微型計算機(jī)控制技術(shù)

前言

光陰荏苒，一晃本書到今年已經(jīng)整整出版25年了（1985年8月第1版）。在這25年中，得到了廣大師生和技術(shù)人員的厚愛，在此，對所有讀者表示深深的謝意。隨著微型計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，先后在不同的出版社出版了6次，本書是第7次出版，也是在電子工業(yè)出版社出版的本書的第2版。由作者主講的以該書為內(nèi)容的同名電視講座于1989-1990年先后在湖北電視臺和天津電視臺舉辦，后來又由國務(wù)院電振辦、中央電視臺和國家技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合在中央電視臺舉辦“微型計算機(jī)控制技術(shù)”講座，聽眾大約十幾萬人之多，當(dāng)時，在全國具有相當(dāng)大的影響。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微型計算機(jī)的應(yīng)用愈加廣泛、日益深入。其中，由單片微型計算機(jī)（簡稱單片機(jī)）構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)愈來愈受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)在可以毫不夸張地說，作者在十幾年前預(yù)言的“沒有微型計算機(jī)的儀器不能稱為先進(jìn)的儀器。沒有微型計算機(jī)的控制系統(tǒng)不能稱其為現(xiàn)代控制系統(tǒng)”的時代已經(jīng)到來。嵌入式系統(tǒng)正是為適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門新技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)是內(nèi)部含有微型計算機(jī)用于完成智能化功能的電子系統(tǒng)。它是先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。一般由嵌入式微處理器、I／O接口設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序4部分組成。嵌入式系統(tǒng)的最大特點是它的“嵌入”性，也就是它“嵌入”到儀器儀表和控制系統(tǒng)的內(nèi)部，使用者甚至感覺不到它的存在。但是，它卻在那里“默默”地工作著。嵌入系統(tǒng)的優(yōu)點是體積小、成本低、功能強(qiáng)、智能化?，F(xiàn)在，隨著社會對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員的需求，講述嵌入式系統(tǒng)的《微型計算機(jī)控制技術(shù)》已成為我國高等院校的計算機(jī)應(yīng)用、自動化、電子與電氣工程和機(jī)電一體化等專業(yè)的主干課程，同時也是廣大技術(shù)人員更新知識的必備參考書。本書正是為了適應(yīng)這一形式而編寫的，專門講述嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的專業(yè)教科書，全書共分ll章。第1章介紹微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類，這是本書的開篇，全面提出了微型計算機(jī)控制技術(shù)的主要內(nèi)容及它們之間的關(guān)系，給讀者以整體概念；第2章介紹模擬量輸入／輸出通道接口技術(shù)，主要包括采樣.保持器、多路開關(guān)、A／D和D／A轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集方法，這是微型計算機(jī)溝通模擬世界的重要通路：第3章介紹人機(jī)交互接口技術(shù)，主要有鍵盤接口技術(shù)、遙控鍵盤技術(shù)、LED顯示接口技術(shù)及LCD顯示接口技術(shù)，

內(nèi)容概要

本書內(nèi)容全面，深入淺出，注重實用。    本書全面系統(tǒng)地講述了微型計算機(jī)在嵌入式系統(tǒng)中的各種應(yīng)用技術(shù)。主要內(nèi)容有：微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、鍵盤接口技術(shù)、LED及LCD顯示、報警技術(shù)、馬達(dá)控制、步進(jìn)電機(jī)控制、I/C卡接口技術(shù)、RFID技術(shù)、串行通信及其接口總線（RS-232-C、SPI、I2C）、現(xiàn)場總線、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、自動量程轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償、PID控制、模糊控制、微型計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方法及實例、微型計算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾措施等。全書的介紹以目前應(yīng)用最多的MCS-51系列單片機(jī)為主，也兼顧一些其他型號的單片機(jī)。書中雖然以單片機(jī)為例進(jìn)行講述，但書中所涉及的全部內(nèi)容都是目前所流行的嵌入式系統(tǒng)所需要的，完全適用于嵌入式系統(tǒng)。    為了適應(yīng)微型計算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的需要，本書在原來《微型計算機(jī)控制技術(shù)》的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的增刪，去掉了一些理論推導(dǎo)和原理性的論述，增加一些更加實用的內(nèi)容。主要有：嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用、FPGA系統(tǒng)、串行A/D轉(zhuǎn)換器、LED點陣顯示器的設(shè)計、遙控鍵盤的設(shè)計、觸摸式電子開關(guān)接口技術(shù)、遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)的設(shè)計、IC卡和射頻識別技術(shù)（RFID）以及微型計算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾措施等。    本書可作為高等院校、職業(yè)技術(shù)學(xué)院的微型計算機(jī)應(yīng)用、自動化、儀器儀表、電子、通信、機(jī)電一體化等專業(yè)的《微型計算機(jī)控制技術(shù)》課程的教材，也是廣大從事微型計算機(jī)過程控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)人員的一本實用參考書。

書籍目錄

第1章  微型計算機(jī)控制系統(tǒng)概述  1.1  微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成    1.1.1  微型機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)    1.1.2  微型機(jī)控制系統(tǒng)的軟件   1.2  微型機(jī)控制系統(tǒng)的分類    1.2.1  操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)    1.2.2  直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）    1.2.3  計算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（SCC）    1.2.4  嵌入式系統(tǒng)（EMS）    1.2.5  物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（ITS）    1.2.6  現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）  1.3  微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢    1.3.1  單片微型計算機(jī)    1.3.2  可編程邏輯控制器    1.3.3  現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）    1.3.4  工業(yè)PC     1.3.5  微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢  習(xí)題一第2章  模擬量輸入/輸出通道的接口技術(shù)  2.1  多路開關(guān)及采樣-保持器    2.1.1  多路開關(guān)     2.1.2  采樣-保持器   2.2  模擬量輸出通道的接口技術(shù)    2.2.1  8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)     2.2.2  高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)   2.3  模擬量輸入通道接口技術(shù)    2.3.1  8位A/D轉(zhuǎn)換器    2.3.2  8位A/D轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)    2.3.3  8位A/D轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計    2.3.4  高于8位的A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)    2.3.5  串行A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)  習(xí)題二第3章  人機(jī)交互接口技術(shù)  3.1  鍵盤接口技術(shù)    3.1.1  鍵盤設(shè)計需解決的幾個問題    3.1.2  少量功能鍵的接口技術(shù)    3.1.3  矩陣鍵盤的接口技術(shù)    3.1.4  電子薄膜開關(guān)的應(yīng)用    3.1.5  鍵盤特殊功能的處理  3.2  紅外遙控鍵盤接口技術(shù)    3.2.1  紅外發(fā)射電路（NB9148）    3.2.2  紅外接收電路（NB 9149/NB9150）    3.2.3  紅外遙控鍵盤系統(tǒng)的設(shè)計    3.2.4  簡單紅外遙控鍵盤系統(tǒng)的設(shè)計  3.3  LED顯示接口技術(shù)    3.3.1  LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及顯示原理    3.3.2  LED動態(tài)顯示接口技術(shù)    3.3.3  LED靜態(tài)顯示接口技術(shù)    3.3.4  硬件譯碼顯示電路   3.4  LED電子顯示屏技術(shù)     3.4.1  LED顯示屏的分類    3.4.2  LED顯示屏的結(jié)構(gòu)    3.4.3  LED顯示屏的設(shè)計  3.5  LCD的顯示接口技術(shù)     3.5.1  LCD的基本結(jié)構(gòu)及工作原理     3.5.2  LCD的驅(qū)動方式    3.5.3  4位LCD靜態(tài)驅(qū)動芯片ICM7211    3.5.4  點陣式LCD的接口技術(shù)  習(xí)題三第4章  常用控制程序的設(shè)計  4.1  報警程序的設(shè)計    4.1.1  常用的報警方式    4.1.2  簡單報警程序的設(shè)計    4.1.3  越限報警程序的設(shè)計    4.1.4  遠(yuǎn)程自動報警系統(tǒng)的設(shè)計  4.2  開關(guān)量輸出接口技術(shù)    4.2.1  光電隔離技術(shù)    4.2.2  繼電器輸出接口技術(shù)    4.2.3  固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)    4.2.4  大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)    4.2.5  可控硅接口技術(shù)    4.2.6  電磁閥接口技術(shù)  4.3  電機(jī)控制接口技術(shù)    4.3.1  小功率直流電機(jī)調(diào)速原理    4.3.2  開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)    4.3.3  PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計    4.3.4  閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)     4.3.5  交流電機(jī)控制接口技術(shù)  4.4  步進(jìn)電機(jī)控制接口技術(shù)    4.4.1  步進(jìn)電機(jī)的工作原理    4.4.2  步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的原理    4.4.3  步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計    4.4.4  步進(jìn)電機(jī)步數(shù)及速度的確定方法    4.4.5  步進(jìn)電機(jī)的變速控制  習(xí)題四 第5章  IC卡技術(shù)第6章  總線接口技術(shù)第7章  過程控制數(shù)據(jù)處理的方法第8章  數(shù)字PID及其算法第9章  模糊控制技術(shù)第10章  微型機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計第11章  微型機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)附錄A  微型計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書 附錄B  選擇題參考答案 附錄C  微型計算機(jī)控制技術(shù)光盤資料索引參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：4.檢測元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，為了對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，首先必須對各種數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量液位和成分等進(jìn)行采集。為此，必須通過檢測元件，即傳感器，把非電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量。如熱電偶可以把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號；壓力變換器可以把壓力轉(zhuǎn)變成電信號。這些信號經(jīng)變換器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號（0～5v或4～20mA）后，再送入微型機(jī)。因此，檢測元件精度的高低，直接影響到微型機(jī)控制系統(tǒng)的精度。此外，為了控制生產(chǎn)過程，還必須有執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它們的作用就是控制各參數(shù)的流入量。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，根據(jù)溫度的誤差來控制進(jìn)入加熱爐的煤氣（或油）量；在水位控制系統(tǒng)中控制進(jìn)入容器的水的流量。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有的采用電動、氣動或液壓傳動控制，也有采用電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元件等進(jìn)行控制。關(guān)于這部分內(nèi)容將在第4章詳細(xì)介紹。5.操作臺操作臺是人機(jī)對話的聯(lián)系紐帶。通過它人們可以向計算機(jī)輸入程序，修改內(nèi)存的數(shù)據(jù)，顯示被測參數(shù)，以及發(fā)出各種操作命令等。它主要由以下4部分組成。（1）作用開關(guān)。如電源開關(guān)、數(shù)據(jù)及地址選擇開關(guān)及操作方式（如自動或手動）選擇開關(guān)等。通過這些開關(guān)，人們可以對主機(jī)進(jìn)行啟停操作、設(shè)置和修改數(shù)據(jù)，以及修改控制方式等。作用開關(guān)可通過接口與主機(jī)相連。（2）功能鍵。設(shè)置功能鍵的目的主要是通過各種功能鍵向主機(jī)申請中斷服務(wù)，如常用的復(fù)位鍵、啟動鍵、打印鍵和顯示鍵等。此外，面板上還有工作方式選擇鍵，如連續(xù)工作方式或單步工作方式。所有這些功能鍵通常以中斷方式與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)系。（3）LED數(shù)碼管及CRT顯示。它們用來顯示被測參數(shù)及操作人員感興趣的內(nèi)容。隨著微型機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，CRT顯示的應(yīng)用越來越普遍。它不但可以顯示數(shù)據(jù)表格，而且能夠顯示被控系統(tǒng)的流程總圖、棒狀指示圖、開關(guān)狀態(tài)圖、時序圖、變量變化趨勢圖、調(diào)節(jié)回路指示圖、表格式顯示，以及報警、索引等。（4）數(shù)字鍵。用來送入數(shù)據(jù)或修改控制系統(tǒng)的參數(shù)。關(guān)于鍵盤及顯示接口的設(shè)計將在第3章中講述。

編輯推薦

《微型計算機(jī)控制技術(shù)(第2版)》：1.以點帶面。以目前應(yīng)用最多的MCS-51系列單片機(jī)為主，同時也兼顧其他類型的單片機(jī)。雖然以單片機(jī)為例進(jìn)行講述，但書中所涉及的全部內(nèi)容都是目前所流行的嵌八式系統(tǒng)所需要的，完全適用于嵌入式系統(tǒng)。2.與時俱進(jìn)，為了適應(yīng)微型計算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的需要，《微型計算機(jī)控制技術(shù)(第2版)》在原來微型計算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的增刪，去掉了一些理論推導(dǎo)和原理性的論述，增加了一些更加實用的內(nèi)容。主要有嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用、FPGA系統(tǒng)、串行A／D轉(zhuǎn)換器、LED點陣顯示器的設(shè)計、遙控鍵盤的設(shè)計、觸摸式電子開關(guān)接口技術(shù)、遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)的設(shè)計、IC卡和射頻識別技術(shù)（RFID）及微型計算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾措施等。3.軟件和硬件相結(jié)合?！段⑿陀嬎銠C(jī)控制技術(shù)(第2版)》既對硬件接口進(jìn)行了詳細(xì)的論述，同時又對軟件的設(shè)計思想、程序流程圖及匯編語言程序進(jìn)行了全面的說明。4.實用性強(qiáng)，《微型計算機(jī)控制技術(shù)(第2版)》很多實例都取自于作者多年的科研課題。學(xué)完《微型計算機(jī)控制技術(shù)(第2版)》后，只要把《微型計算機(jī)控制技術(shù)(第2版)》的內(nèi)容稍加修改，串聯(lián)起來即可構(gòu)成一個實用的課題。因此，《微型計算機(jī)控制技術(shù)(第2版)》對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計、首次涉足嵌入式微型計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的人員特別有用。5.內(nèi)容精練。《微型計算機(jī)控制技術(shù)(第2版)》摒棄了一些較深的理論推導(dǎo)，深入淺出、言簡意賅、精練實用。6.信息流概念清楚?！段⑿陀嬎銠C(jī)控制技術(shù)(第2版)》在編寫過程中，有意識地培養(yǎng)和建立讀者的思維能力，使讀者真正建立數(shù)據(jù)流及信息流的概念，以便在控制應(yīng)用中，能夠使軟件和硬件有機(jī)地結(jié)合。通過對各章實例進(jìn)行分析，可使廣大讀者真正掌握微型計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法。7.強(qiáng)化練習(xí)。每章最后都附有習(xí)題，內(nèi)容包括選擇題、思考題和練習(xí)題，而且書后附有部分習(xí)題參考答案及課程設(shè)計選題。8.資源共享，《微型計算機(jī)控制技術(shù)(第2版)》配有電子光盤，把我們在福建省級精品課建設(shè)中積累的一些資料與大家共享。主要內(nèi)容有，教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度表（參考）、用Proteus開發(fā)的部分童節(jié)仿真系統(tǒng)及課程設(shè)計范例等。同時，為了顧及熟悉C語言的讀者，還附錄了書中部分內(nèi)容的C語言程序，詳見附錄中的光盤目錄。

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