微型計算機控制技術

前言

　　微型計算機控制是集控制工程、微型計算機技術、電子技術、傳感與檢測技術、通信技術等多門學科于一體的綜合型學科，具有很強的理論性和實踐性。針對高等院校工科類專業(yè)培養(yǎng)應用型、復合型、創(chuàng)新型人才的工作目標，眾多高等院校開設了專業(yè)微型計算機控制技術的必修或選修課。此外，各行各業(yè)的工程技術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。在湘潭大學的倡議下，湘潭大學、湖南科技大學、湖南工程學院、長沙理工大學等共同編著了本教材?！　”窘滩氖蔷幹邆兌嗄甑慕虒W和科研成果的總結(jié)，體現(xiàn)了微型計算機控制領域的最新研究動態(tài)。選材方面考慮到了內(nèi)容的基礎性、系統(tǒng)性、實用性、工程性和先進性。材料編排上注重理論基礎與實際應用相結(jié)合，符合教學規(guī)律與人的思考習慣，突顯由淺入深、由易到難、由一般到重點的教學理念。　　全書共9章，可分成微型計算機控制系統(tǒng)的基礎知識、經(jīng)典技術、現(xiàn)代技術及設計實例等板塊。第1章為緒論，介紹微型計算機控制系統(tǒng)的特征、組成與發(fā)展；第2章為微型計算機控制理論基礎，介紹連續(xù)與離散系統(tǒng)數(shù)學基礎等；第3章為接口與通道配置技術，介紹面向微型計算機控制系統(tǒng)的接口與過程通道軟硬件技術基礎；第4章為數(shù)據(jù)采集與處理技術，介紹模擬數(shù)據(jù)、開關數(shù)據(jù)的采集與前置、后期處理技術，典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等；第5章為數(shù)字控制器的設計，介紹數(shù)字PID、最少拍等控制技術及大林算法等的應用；第6章為順序與數(shù)字程序控制技術，介紹兩種控制的一般原理及實現(xiàn)方法、重要執(zhí)行部件；第7章為智能控制基礎，介紹模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等控制基礎；第8章為總線技術，介紹工業(yè)控制用并行、串行及現(xiàn)場總線；第9章為微型計算機控制系統(tǒng)設計，通過實例，介紹微型計算機控制系統(tǒng)設計的基本要求、一般步驟、可靠性技術等。每章末尾附有習題。鑒于目前及今后智能卡在工業(yè)生產(chǎn)過程及人們的生活中將發(fā)揮越來越重要的作用，而很多專業(yè)又無法將其列入課堂教學內(nèi)容，本書增加了關于智能卡基本原理與應用實驗的附錄。

內(nèi)容概要

本書以控制系統(tǒng)基礎為引述，系統(tǒng)介紹微型計算機控制技術的理論基礎、硬件原理及設計、直接與間接等控制器設計、智能控制基礎和微型計算機控制系統(tǒng)設計。全書共分9章。內(nèi)容包括微型計算機控制系統(tǒng)緒論；微型計算機控制理論基礎；接口與過程通道配置技術；數(shù)據(jù)采集與處理技術；數(shù)字控制器設計；順序與數(shù)字程序控制技術；智能控制基礎；總線技術；微型計算機控制系統(tǒng)設計及IC卡技術基礎。書中各章附有習題。    本書注重理論基礎與實際應用相結(jié)合。內(nèi)容安排由淺入深，突出系統(tǒng)性、實踐性及新穎性。    本書可作為高等院校自動化、檢測與控制、電子與電氣、通信、計算機、機電一體化、智能建筑等專業(yè)的微型計算機控制技術教材，也可作為各領域從事微型計算機控制工作的工程技術人員的參考書或培訓教材。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  控制系統(tǒng)基礎    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  微型計算機控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與特征    1.2.1  微型計算機控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)    1.2.2  微型計算機控制系統(tǒng)特征  1.3  微型計算機控制系統(tǒng)分類    1.3.1  經(jīng)典微型計算機控制系統(tǒng)    1.3.2  新型微型計算機控制系統(tǒng)  1.4  微型計算機控制技術的發(fā)展  習題第2章  微型計算機控制理論基礎  2.1  連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學基礎    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  2.2  離散系統(tǒng)數(shù)學基礎    2.2.1  離散時間信號與采樣信號的表示    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  習題第3章  接口與過程通道配置技術  3.1  概述  3.2  面向過程通道的接口技術    3.2.1  接口的基本結(jié)構(gòu)、任務和功能    3.2.2  接口的數(shù)據(jù)傳送方式    3.2.3  接口擴展    3.2.4  接口實例  3.3  模擬輸入過程通道配置    3.3.1  通道基本結(jié)構(gòu)    3.3.2  信號的拾取方式    3.3.3  通道放大技術    3.3.4  模擬多路切換技術    3.3.5  采樣保持技術    3.3.6  模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術  3.4  模擬輸出過程通道配置    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)換器及接口設計  3.5  開關量輸入過程通道配置    3.5.1  通道基本結(jié)構(gòu)    3.5.2  開關量采集技術    3.5.3  開關量信號規(guī)范技術    3.5.4  過程開關量輸入接口設計  3.6  開關量輸出過程通道配置    3.6.1  通道基本結(jié)構(gòu)    3.6.2  開關量輸出接口設汁    3.6.3  典型開關量輸出過程通道  習題第4章  數(shù)據(jù)采集與處理技術  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  設計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應考慮的一些問題  4.2  模擬數(shù)據(jù)采集技術    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    4.3.1  工程量標度變換    4.3.2  線性化處理    4.3.3  上下限檢查  4.4  開關量數(shù)據(jù)采集技術    4.4.1  開關量數(shù)據(jù)采集電路模型    4.4.2  開關量數(shù)據(jù)采集軟件的一般結(jié)構(gòu)    4.4.3  開關量數(shù)據(jù)的處理方法  4.5  虛擬儀器及其應用基礎    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  習題第5章  數(shù)字控制器的設計  5.1  PID控制器設計    5.1.1  模擬PID控制規(guī)律    5.1.2  PID控制規(guī)律的數(shù)字化實現(xiàn)算法    5.1.3  PID控制算法改進    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計    5.2.1  數(shù)字控制器直接設計步驟    5.2.2  最少拍無差系統(tǒng)的設計    5.2.3  最少拍控制器的可實現(xiàn)性和穩(wěn)定性要求    5.2.4  最少拍快速有波紋系統(tǒng)設計的一般方法    5.2.5  最少拍控制系統(tǒng)的局限性    5.2.6  最少拍無波紋系統(tǒng)的設計  5.3  w變換與大林算法    5.3.1  w變換法設計    5.3.2  純滯后對象的控制算法一一一大林算法  習題第6章  順序與數(shù)字程序控制技術  6.1  順序控制技術    6.1.1  順序控制概述    6.1.2  順序控制工作原理及設計步驟    6.1.3  微型計算機剪板系統(tǒng)設計  6.2  數(shù)字程序控制技術    6.2.1  數(shù)字程序控制概述    6.2.2  逐點直線與圓弧插補原理    6.2.3  數(shù)字積分插補法  6.3  電機控制及其接口技術    6.3.1  小功率直流電機及控制    6.3.2  步進電機控制技術  習題第7章  智能控制基礎  7.1  模糊控制基礎    7.1.1  模糊控制理論基礎    7.1.2  模糊控制應用基礎    7.1.3  模糊控制系統(tǒng)一般原理  7.2  神經(jīng)網(wǎng)絡控制基礎    7.2.1  神經(jīng)網(wǎng)絡基礎    7.2.2  神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)和學習規(guī)則    7.2.3  神經(jīng)網(wǎng)絡控制原理  7.3  遺傳算法控制基礎    7.3.1  遺傳算法概述    7.3.2  遺傳算法應用基礎    7.3.3  基于遺傳算法的模糊控制  習題第8章  總線技術  8.1  并行總線    8.1.1  PC總線      8.1.2  STD總線  8.2  串行通信標準總線    8.2.1  RS-232-C    8.2.2  RS-422-A/RS 423-A和RS-485      8.2.3  通用外設接口標準  8.3  現(xiàn)場總線技術    8.3.1  現(xiàn)場總線的基本內(nèi)容和發(fā)展概況    8.3.2  現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點    8.3.3  幾種典型的現(xiàn)場總線    8.3.4  現(xiàn)場總線的應用  習題第9章  微型計算機控制系統(tǒng)設計  9.1  微型計算機控制系統(tǒng)設計的基本要求與步驟    9.1.1  系統(tǒng)設計的基本要求    9.1.2  微型計算機控制系統(tǒng)設計的一般步驟  9.2  微型計算機溫度控制系統(tǒng)設計    9.2.1  系統(tǒng)總體方案設計    9.2.2  硬件設計    9.2.3  數(shù)字控制器的設計    9.2.4  軟件設計  9.3  模糊電冰箱系統(tǒng)設計    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單片機介紹    9.3.5  控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)    9.3.6  軟件實現(xiàn)  習題附錄  IC卡技術基礎  1  IC卡分類  2  接觸式IC卡技術基礎    3  非接觸式IC卡技術基礎參考文獻

章節(jié)摘錄

　?。?）接口電路中的端口觸發(fā)、時序及負載驅(qū)動能力。　　研制接口和過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（如一片多組的運算放大器等）、邏輯器件（如各類TTL器件）、分立元件等，當控制內(nèi)容單一，過程通道和接口比較簡單時采用此類器件設計可避免浪費；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／計數(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、可編程放大器等等?！　‰S著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，成熟的過程通道與接口電路可以制作成非標準的集成電路芯片，因而可大大縮小系統(tǒng)體積，提高過程通道與接口電路工作的可靠性。將某些部分制作成標準的集成電路，可大幅度簡化過程通道與接口電路的設計，縮短微型計算機控制系統(tǒng)的開發(fā)周期。3.2面向過程通道的接口技術　　介于微型計算機系統(tǒng)主機與過程通道之間的接口技術除解決主機與過程通道之間的一般性數(shù)據(jù)傳送與連接方式的問題外，端口控制信號還必須深入過程通道內(nèi)部，控制過程通道中各環(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)、任務和功能　　1.接口的基本結(jié)構(gòu)　　圖3-1為面向過程通道的接口電路的基本結(jié)構(gòu)及其在微型計算機控制系統(tǒng)中的一般連接方式。接口電路包含三個大的功能模塊，即接口控制邏輯、數(shù)據(jù)傳送端口和無數(shù)據(jù)端口。接口電路上聯(lián)主機的系統(tǒng)總線，下聯(lián)過程通道。上聯(lián)部分類同一般接口電路結(jié)構(gòu)，而與過程通道相聯(lián)的接口結(jié)構(gòu)是和過程通道的數(shù)據(jù)性質(zhì)、格式及交換速度等有關的。　　根據(jù)一般過程通道結(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)信號傳送，這類端口的信息可來源于工業(yè)生產(chǎn)過程，也可通過過程通道送往工業(yè)生產(chǎn)過程；另一類為無數(shù)據(jù)端口，僅借助于端口地址和讀／寫指令產(chǎn)生的控制信號向過程通道中控制邏輯發(fā)出相應的子環(huán)節(jié)操縱信號，使進入過程通道中的信息有序地在端口和工業(yè)生產(chǎn)過程之間傳遞。

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