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第1章　微型计算机控制系统概述1

1.1　微型计算机控制系统的组成1

目录1

1.1.1　微型机控制系统的硬件结构2

1.1.2　微型机控制系统的软件3

1.2　微型机控制系统的分类4

1.2.1　操作指导控制系统4

1.2.2　直接数字控制系统（DDC）5

1.2.3　计算机监督系统（SCC）5

1.2.4　嵌入式系统6

1.2.5　现场总线控制系统（FCS）9

1.3.1 单片微型计算机11

1.3　微型计算机控制系统的发展概况及趋势11

1.3.2　可编程逻辑控制器12

1.3.3　STD总线工业控制机14

1.3.4　工业PC14

1.3.5　微型计算机控制系统的发展趋势15

习题一17

第2章　模拟量输入／输出通道的接口技术19

2.1 多路开关及采样-保持器19

2.1.1 多路开关19

2.1.2　采样-保持器25

2.2.1　8位D/A转换器及其接口技术27

2.2　模拟量输出通道的接口技术27

2.2.3 高于8位的D/A转换器及其接口技术32

2.3　模拟量输入通道接口技术34

2.3.1　8位A/D转换器35

2.3.2　8位A/D转换器的接口技术37

2.3.3　8位A/D转换器的程序设计41

2.3.4　高于8位的A/D转换器及其接口技术44

习题二49

第3章　人机交互接口技术53

3.1 键盘接口技术53

3.1.1　键盘设计需解决的几个问题53

3.1.2　少量功能键的接口技术55

3.1.3　矩阵键盘的接口技术57

3.1.4　键盘特殊功能的处理60

3.2　LED显示接口技术63

3.2.1 LED数码管的结构及显示原理63

3.2.2 LED动态显示接口技术66

3.2.3 LED静态显示接口技术70

3.2.4　硬件译码显示电路72

3.3 LCD的显示接口技术75

3.3.1 LCD的基本结构及工作原理75

3.3.2 LCD的驱动方式76

3.3.3 4位LCD静态驱动芯片ICM721178

3.3.4　点阵式LCD的接口技术80

习题三92

第4章　常用控制程序的设计95

4.1　报警程序的设计95

4.1.1　常用的报警方式95

4.1.2　简单报警程序的设计97

4.1.3　越限报警程序的设计102

4.2　开关量输出接口技术106

4.2.1　光电隔离技术106

4.2.2　继电器输出接口技术107

4.2.3　固态继电器输出接口技术108

4.2.4　大功率场效应管开关接口技术111

4.2.5　可控硅接口技术112

4.2.6　电磁阀接口技术114

4.3 电机控制接口技术115

4.3.1 小功率直流电机调速原理115

4.3.2　开环脉冲宽度调速系统117

4.3.3 PWM调速系统设计118

4.3.4　闭环脉冲宽度调速系统122

4.3.5　交流电机控制接口技术127

4.4　步进电机控制接口技术128

4.4.1 步进电机的工作原理128

4.4.2　步进电机控制系统的原理129

4.4.3　步进电机与微型机的接口及程序设计132

4.4.4　步进电机步数及速度的确定方法137

4.4.5　步进电机的变速控制138

习题四139

第5章　总线接口技术145

5.1 串行通信基本概念145

5.1.1 数据传送方式145

5.1.2　异步通信和同步通信147

5.2 串行通信标准总线（RS-232-C）148

5.2.1 RS-232-C148

5.2.2　RS-423/RS-422/RS-485152

5.3　SPI总线157

5.3.1　SPI的内部结构157

5.3.2　SPI的工作原理160

5.3.3　多机SPI系统162

5.3.4　串行时钟的极性和相位163

5.3.5　SPI中断163

5.3.6　直接采用SPI总线接口芯片的应用164

5.3.7　SPI总线模拟程序设计165

5.4　I2C总线166

5.4.1 I2C总线概述167

5.4.2 I2C总线的数据传送168

5.4.3 寻址171

5.4.4　仲裁和时钟同步化174

5.4.5 I2C总线的电气特性176

5.4.7 直接采用I2C总线接口芯片的应用178

5.4.6 I2C时序规范178

5.4.8 I2C总线模拟实用程序180

5.5　现场总线技术185

5.5.1　现场总线技术的发展概况186

5.5.2　现场总线控制系统的特点187

5.5.3　5种典型的现场总线187

5.5.5　现场总线的应用190

习题五192

第6章　过程控制数据处理的方法194

6.1.1　程序判断滤波195

6.1　数字滤波技术195

6.1.2　算术平均值滤波198

6.1.4　加权平均值滤波201

6.1.5　滑动平均值滤波201

6.1.6　 RC低通数字滤波202

6.1.7　复合数字滤波203

6.1.8　各种数字滤波性能的比较204

6.2　量程自动转换和标度变换204

6.2.1　量程自动转换205

6.2.2　线性参数标度变换209

6.2.3　非线性参数标度变换211

6.3　测量数据预处理技术212

6.3.2　分段插值算法程序的设计方法213

6.3.1　线性插值算法213

6.3.3　插值法在流量测量中的应用214

6.3.4　系统误差的自动校正220

6.4 DSP在数据处理中的应用221

6.4.1 DSP简介221

6.4.2 DSPs芯片222

6.4.3 DSP在数据处理中的应用224

习题六226

第7章　数字PID及其算法229

7.1 PID调节算法230

7.1.2　比例—积分调节器（PI）231

7.1.1 比例（P）调节器231

7.1.3 比例—微分调节器233

7.1.4　比例—积分—微分作用调节器（PID）234

7.2 PID算法的数字实现234

7.2.1 PID算法的数字化234

7.2.2 PID算法的程序设计237

7.3　数字PID调节中的几个实际问题238

7.3.1 正、反作用问题238

7.3.2　饱和作用的抑制239

7.3.3　手动／自动跟踪及手动后援问题242

7.4 PID算法的发展244

7.4.1　不完全微分的PID算式244

7.4.2　积分分离的PID算式245

7.4.3　变速积分的PID算式247

7.4.4　带死区的PID算式248

7.4.5 PID比率控制248

7.5 PID参数的整定方法251

7.5.1　采样周期T的确定251

7.5.2　归—参数整定法252

7.5.3　优选法252

习题七253

第8章　模糊控制技术256

8.1　模糊控制概述256

8.1.1　模糊控制的发展概况256

8.1.2　模糊控制的特点257

8.1.3　模糊控制的应用258

8.1.4　模糊控制的发展259

8.2　模糊控制算法的设计259

8.2.1 常见的模糊控制规则259

8.2.2　反映控制规则的模糊关系262

8.3　基本模糊控制器262

8.3.1 查询表的建立262

8.3.2　基本模糊控制器实例263

8.4　模糊数模型的建立267

8.4.1　模糊控制器语言变量值的选取268

8.4.2　双输入单输出模糊控制器的模糊控制规则268

8.4.3　建立模糊数模型269

8.5　模糊-PID复合控制器272

8.5.1 比例-模糊-PI控制器273

8.5.2　参数模糊自整定PID控制器274

习题八277

第9章　微型机控制系统的设计278

9.1 微型机控制系统的设计方法及步骤278

9.1.1　控制系统总体方案的确定279

9.1.2　微型计算机及接口的选择281

9.1.3　控制算法的选择282

9.1.4　控制系统的硬件设计283

9.1.5　控制系统软件设计288

9.1.6　微型计算机控制系统的调试289

9.2.1 自动装箱控制系统的原理290

9.2　微型计算机控制的自动装箱系统290

9.2.2　控制系统硬件设计291

9.2.3　控制系统软件设计294

9.3　单片机多功能转速表301

9.3.1 单片机多功能转速表系统组成及工作原理301

9.3.2　转速的测量304

9.3.3　串行显示接口及程序305

9.3.4　其他软件的设计307

习题九308

附录一 MCS-51系列单片机指令及位地址速查表310

附录二　选择题参考答案316

参考文献317