嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

前言

　　嵌入式控制系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)芯片嵌入儀器、儀表或電氣設(shè)備的內(nèi)部，使用計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。借助計(jì)算機(jī)的快速信息處理能力，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制可以比人工操作控制的速度更快，精度更高，完成許多人力操控?zé)o法進(jìn)行的過程控制，達(dá)到提高生產(chǎn)效率，降低能耗，減少排放，促進(jìn)制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的應(yīng)用目的。一個(gè)國家制造業(yè)的技術(shù)水平體現(xiàn)了國家經(jīng)濟(jì)和科技的競爭力，可以這樣講，制造業(yè)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的水平就代表了制造業(yè)的整體技術(shù)水平。我們國家為了提高制造業(yè)的技術(shù)水平，引進(jìn)了許多自動(dòng)化生產(chǎn)線，是花了大價(jià)錢的?？墒亲钕冗M(jìn)的技術(shù)是花錢也買不來的，還是要靠自力更生?！　榱伺囵B(yǎng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的專業(yè)人才，許多高等院校的多個(gè)專業(yè)都開設(shè)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程，有的講授工控微型機(jī)的應(yīng)用，有的講授嵌入式控制系統(tǒng)的集成。作者從事了多年的嵌入式控制技術(shù)的教學(xué)工作，感到要通過一個(gè)學(xué)期的教學(xué)就帶領(lǐng)初學(xué)者跨進(jìn)這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的門檻，的確是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是多門專業(yè)技術(shù)的綜合應(yīng)用，對(duì)于初學(xué)者來說，缺少實(shí)踐機(jī)會(huì)，無法積累系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在短期內(nèi)僅僅通過書本知識(shí)的學(xué)習(xí)，就能掌握一門應(yīng)用技術(shù)，實(shí)屬不易。作者的嘗試是改進(jìn)教學(xué)的方法和手段，為同學(xué)們提供能夠在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們能夠在實(shí)驗(yàn)室里集成自己的控制系統(tǒng)，能夠發(fā)揮自己的聰明才智，設(shè)計(jì)融入自己智能的控制模式，并能通過系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行觀察控制效果。為了配合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也需要有一本與實(shí)驗(yàn)教學(xué)配套的、適宜在課堂講授的教材。作者希望在教材中介紹實(shí)用的控制系統(tǒng)集成所需的各種功能電路，詳細(xì)說明最后進(jìn)行控制系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的技術(shù)問題以及所采用的技術(shù)手段，使初學(xué)者通過模仿、借鑒，進(jìn)而改進(jìn)教材中的設(shè)計(jì)實(shí)例，掌握嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，培養(yǎng)系統(tǒng)集成創(chuàng)新的能力。

內(nèi)容概要

本書以avr單片機(jī)atmega 16為核心數(shù)據(jù)處理單元，介紹嵌入式控制系統(tǒng)的實(shí)用設(shè)計(jì)技術(shù)。書中選擇介紹了一些常用的組成控制系統(tǒng)的應(yīng)用電路，按照電路的功能分類，以單元電路模塊的形式分別介紹系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)所需的各種功能電路和相應(yīng)的控制程序，并以設(shè)計(jì)訓(xùn)練題的形式進(jìn)行電路模塊應(yīng)用和功能拓展的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。在控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)章節(jié)，選擇便于進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)的微型加熱器和微型直流電機(jī)作為控制對(duì)象，分別采用應(yīng)用最廣泛的數(shù)字pid算法和應(yīng)對(duì)復(fù)雜控制對(duì)象的模糊控制算法作為控制模式，詳細(xì)介紹控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。教學(xué)目的是使讀者通過模仿、借鑒，進(jìn)而改進(jìn)教材中的設(shè)計(jì)實(shí)例，掌握嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，培養(yǎng)系統(tǒng)集成創(chuàng)新的能力。    書中各章節(jié)的應(yīng)用程序全部使用c語言編寫，便于閱讀和理解。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)組成，便于移植到不同的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中。全部程序都在實(shí)際電路的運(yùn)行中得到驗(yàn)證。    本書可作為高等院校自動(dòng)化、機(jī)電一體化、儀器儀表、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的嵌入式控制技術(shù)課程的教材，也可供從事嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章  嵌入式控制系統(tǒng)的應(yīng)用與組成   1.1  自動(dòng)控制的概念與應(yīng)用   1.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成   1.3  應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌入式控制     1.3.1  32位arm單片機(jī)     1.3.2  32位dsp單片機(jī)     1.3.3  msc-51系列8位單片機(jī)     1.3.4  avr 8位單片機(jī) 第2章  atmegal6單片機(jī)的應(yīng)用   2.1  cpu與片內(nèi)存儲(chǔ)器     2.1.1  通過程序指令的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)cpu的功能     2.1.2  片內(nèi)存儲(chǔ)器的應(yīng)用   2.2  引腳配置與通用i／o口   2.3  i／o口的復(fù)用功能     2.3.1  片內(nèi)ad轉(zhuǎn)換器的工作方式設(shè)置     2.3.2  定時(shí)／計(jì)數(shù)器t／c0的工作方式設(shè)置     2.3.3  定時(shí)／計(jì)數(shù)器t／c1的工作方式設(shè)置     2.3.4  spi串口的工作方式設(shè)置     2.3.5  usart串口的工作方式設(shè)置   2.4  單片機(jī)基本系統(tǒng)與工作方式的設(shè)置   單元設(shè)計(jì)訓(xùn)練 第3章  顯示器件的接口設(shè)計(jì)   3.1  七段發(fā)光數(shù)碼管接口設(shè)計(jì)     3.1.1  共陰極led數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示并行接口電路     3.1.2  共陽極led數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示并行接口電路     3.1.3  共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示串行接口電路     3.1.4  共陰極數(shù)碼管靜態(tài)顯示并行接口電路   3.2  七段數(shù)字顯示液晶屏接口設(shè)計(jì)     3.2.1  31/2位液晶屏的靜態(tài)顯示并行接口電路     3.2.2  31/2位液晶屏的靜態(tài)顯示串行接口電路   3.3  點(diǎn)陣液晶顯示器接口設(shè)計(jì)   單元設(shè)計(jì)訓(xùn)練 第4章  按鍵與觸摸屏的接口設(shè)計(jì)   4.1  少量按鍵接口設(shè)計(jì)   4.2  矩陣鍵盤接口設(shè)計(jì)   4.3  觸摸屏接口設(shè)計(jì)     4.3.1  四線電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)與工作原理     4.3.2  四線電阻式觸摸屏的觸點(diǎn)位置檢測方法     4.3.3  四線電阻式觸摸屏的接口電路   單元設(shè)計(jì)訓(xùn)練 第5章  測量信號(hào)輸入通道接口設(shè)計(jì)   5.1  數(shù)字信號(hào)的輸入接口     5.1.1  電壓轉(zhuǎn)換與限幅電路     5.1.2  脈沖整形電路     5.1.3  輸入信號(hào)通道的擴(kuò)展     5.1.4  單片機(jī)對(duì)輸入脈沖信號(hào)的處理   5.2  模擬信號(hào)的輸入通道     5.2.1  電阻—電壓轉(zhuǎn)換電路     5.2.2  電壓放大電路     5.2.3  模擬信號(hào)輸入通道的擴(kuò)展   5.3  ad轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用與接口設(shè)計(jì)     5.3.1  ad轉(zhuǎn)換器的選擇     5.3.2  atmega16片內(nèi)ad轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用     5.3.3  擴(kuò)展并行數(shù)據(jù)接口的12位ad轉(zhuǎn)換器     5.3.4  擴(kuò)展串行數(shù)據(jù)接口的12位ad轉(zhuǎn)換器     5.3.5  rs-485通信接口電路   單元設(shè)計(jì)訓(xùn)練 第6章  控制信號(hào)輸出通道接口設(shè)計(jì)   6.1  直流用電器的開關(guān)控制     6.1.1  功率晶體管與功率達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)電路     6.1.2  功率場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路     6.1.3  絕緣柵雙極晶體管與直流固態(tài)繼電器     6.1.4  單向可控硅     6.1.5  h橋電路控制直流電流的方向   6.2  直流用電器的脈寬調(diào)制控制     6.2.1  應(yīng)用avr單片機(jī)產(chǎn)生pwm輸出     6.2.2  應(yīng)用專用電路芯片產(chǎn)生pwm輸出     6.2.3  pwm輸出的手動(dòng)后援   6.3  交流用電器的控制     6.3.1  雙向可控硅的移相觸發(fā)電路     6.3.2  雙向可控硅的過零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路     6.3.3  交流固態(tài)繼電器的接口電路     6.3.4  繼電器的接口電路   6.4  da轉(zhuǎn)換器輸出模擬控制信號(hào)     6.4.1  擴(kuò)展并行數(shù)據(jù)接口的10位da轉(zhuǎn)換器     6.4.2  擴(kuò)展spi串行數(shù)據(jù)接口的da轉(zhuǎn)換器   單元設(shè)計(jì)訓(xùn)練 第7章  采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字處理   7.1  利用數(shù)字濾波減小隨機(jī)誤差     7.1.1  限幅濾波     7.1.2  算術(shù)平均值濾波     7.1.3  數(shù)字低通濾波   7.2  采樣數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換     7.2.1  線性標(biāo)度變換     7.2.2  非線性標(biāo)度變換   7.3  引入修正量校正系統(tǒng)誤差     7.3.1  線性系統(tǒng)誤差的修正     7.2.2  非線性系統(tǒng)誤差的修正   7.4  測量數(shù)據(jù)的打印   7.5  使用usart進(jìn)行數(shù)據(jù)通信     7.5.1  rs-232c的數(shù)據(jù)格式和信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)     7.5.2  rs-232通信接口電路     7.5.3  制定用戶層通信協(xié)議與通信程序   單元設(shè)計(jì)訓(xùn)練 第8章  數(shù)字pid控制與模糊控制算法   8.1  線性控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析     8.1.1  拉普拉斯變換     8.1.2  控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)     8.1.3  線性系統(tǒng)的控制模式   8.2  數(shù)字pid算法     8.2.1  從模擬pid算法到數(shù)字pid算法     8.2.2  數(shù)字pid算法的改進(jìn)   8.3  模糊控制算法     8.3.1  確定模糊控制規(guī)則     8.3.2  模糊數(shù)模型的建立     8.3.3  模糊控制器的實(shí)現(xiàn)   單元設(shè)計(jì)訓(xùn)練 第9章  嵌入式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)集成   9.1  確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案     9.1.1  系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大致步驟     9.1.2  合理選擇系統(tǒng)的硬件模塊     9.1.3  合理組合系統(tǒng)的軟件模塊   9.2  自整定pid溫度控制器     9.2.1  控制對(duì)象與設(shè)計(jì)任務(wù)     9.2.2  根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)選擇系統(tǒng)的電路模塊     9.2.3  組合各電路模塊并畫出系統(tǒng)電路原理圖     9.2.4  組合軟件模塊   9.3  直流電機(jī)模糊調(diào)速器     9.3.1  控制對(duì)象與設(shè)計(jì)任務(wù)     9.3.2  根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)選擇系統(tǒng)的電路模塊     9.3.3  組合各電路模塊并畫出系統(tǒng)電路原理圖     9.3.4  組合軟件模塊   綜合設(shè)計(jì)訓(xùn)練 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　自動(dòng)控制技術(shù)是人類在長期的生產(chǎn)勞動(dòng)中創(chuàng)造并逐步發(fā)展起來的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。采用自動(dòng)控制技術(shù)的新型勞動(dòng)工具，可以完成許多依靠人類自身的腦力和體力不可能做到的任務(wù)，使人類社會(huì)的生產(chǎn)力水平產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。隨著半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高、應(yīng)用的普及，計(jì)算機(jī)在自動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。得益于計(jì)算機(jī)的快速信息處理能力，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制速度和控制精度都獲得了極大的提高，而且隨著計(jì)算機(jī)性能的提高和價(jià)格的不斷降低，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。出于對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的需求不斷增加，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也形成了一門專業(yè)課程?！　∫粋€(gè)國家制造業(yè)的技術(shù)水平體現(xiàn)了國家經(jīng)濟(jì)和科技的競爭力。在制造業(yè)的生產(chǎn)中，廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，進(jìn)行生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)不斷進(jìn)行數(shù)字化、智能化新產(chǎn)品的研發(fā)，提升新產(chǎn)品的技術(shù)含量和性能，都是提升制造業(yè)技術(shù)水平的重要舉措。培養(yǎng)更多、更優(yōu)秀的掌握計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的專業(yè)人才，從國家層面上講，可以提高整個(gè)制造業(yè)研發(fā)的產(chǎn)品的技術(shù)水平，提高生產(chǎn)流程的生產(chǎn)效率，并提高產(chǎn)品質(zhì)量，最終是提高了國家的經(jīng)濟(jì)競爭力，反映國家的科技水平。從學(xué)習(xí)者自身的角度看，掌握好計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可以提高自己的專業(yè)技能，更好地適應(yīng)人才市場對(duì)技術(shù)型人力資源的需求，在今后的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究或應(yīng)用技術(shù)研發(fā)的工作中做出系統(tǒng)集成創(chuàng)新的成果，在為社會(huì)多做貢獻(xiàn)的同時(shí)，也會(huì)得到社會(huì)更多的回報(bào)?！　≡谶@一章里，我們首先了解自動(dòng)控制的概念和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，對(duì)控制技術(shù)的發(fā)展方向和應(yīng)用領(lǐng)域有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。接下來是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成形式的介紹，了解一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要由哪一些功能電路的有序連接組成，然后學(xué)習(xí)嵌入式控制系統(tǒng)組成的技術(shù)解決方案和應(yīng)用方向，了解應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的單片微處理器和微控制器。

圖書封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì) PDF格式下載

---