單片機機械控制設計及典型應用

第1章 單片機機械控制原理 001

1.1　控制系統(tǒng)概述 1

1.2 控制系統(tǒng)的分類 3

1.2.1 按控制的時間形式分類 3

1.2.2 按給定值特征分類 4

1.2.3 按系統(tǒng)的變量分類 5

1.2.4 按系統(tǒng)的動態(tài)特性分類 5

1.2.5 按被控對象穩(wěn)態(tài)輸出分類 6

1.2.6 按控制信息的方式分類 6

1.2.7 按控制系統(tǒng)應用分類 7

1.3 控制系統(tǒng)的基本要求 9

1.4 單片機技術控制系統(tǒng) 9

1.4.1 計算機控制技術概念 9

1.4.2 單片機的發(fā)展概況 10

1.4.3 單片機的分類 10

1.4.4 單片機的發(fā)展趨勢 11

1.5 單片機在典型機械控制上的應用 12

第2章 單片機控制的電子電路基礎 015

2.1 開關、電阻器、電容和電感 15

2.1.1 開關 15

2.1.2 電阻器 18

2.1.3 電容器 21

2.1.4 電感器 24

2.2 二極管及三極管 25

2.2.1 二極管 25

2.2.2 三極管 31

2.3 集成運算放大器 38

2.3.1 集成運算放大器的電路組成與符號 38

2.3.2 集成運算放大器的應用電路 40

2.4 數(shù)制和碼制 43

2.4.1 二進制 43

2.4.2 十六進制數(shù) 44

2.5 組合邏輯 44

2.6 時序邏輯 47

2.6.1 觸發(fā)器 47

2.6.2 觸發(fā)器的典型應用 50

2.7 元器件的封裝 51

第3章 單片機的硬件結構 052

3.1 單片機的基本組成 52

3.2 單片機的中央處理器 53

3.3 單片機的封裝形式與引腳介紹 54

3.4 單片機的并行端口 55

3.4.1 I/O接口的作用 55

3.4.2 并行I/O接口 56

3.5 單片機的存儲器 59

3.6 單片機的時鐘與時序 63

3.7 單片機的復位 64

3.8 單片機的標識 65

3.9 單片機控制系統(tǒng)的外圍部件 66

3.9.1 TIA/EIA-232（RS-232）驅(qū)動器和接收器 66

3.9.2 TIA/EIA-422 & 423線路驅(qū)動器和接收器 68

3.9.3 TIA/EIA-485線路驅(qū)動器、接收器、中繼器和收發(fā)器 69

3.9.4 I2C總線接口器件 69

3.9.5 SPI串行總線接口器件 72

3.9.6 CAN總線接口器件 73

第4章 單片機基礎C語言 079

4.1 C語言概述 79

4.1.1 C語言的特點 79

4.1.2 簡單C語言程序的構成 79

4.1.3 C語言用于單片機的優(yōu)勢 81

4.2 標識符和關鍵字 82

4.2.1 標識符 82

4.2.2 關鍵字 82

4.3 數(shù)據(jù)類型 83

4.3.1 常量 83

4.3.2 變量 85

4.4 運算符和表達式 87

4.4.1 賦值運算符和表達式 87

4.4.2 類型轉(zhuǎn)換 87

4.4.3 復合的賦值運算符 88

4.4.4 算術運算符和表達式 88

4.4.5 關系運算符和表達式 90

4.4.6 邏輯運算符和表達式 91

4.4.7 位運算符和表達式 92

第5章 C51基本語句與函數(shù)講解 096

5.1 基本語句 96

5.1.1 表達式語句和復合語句 96

5.1.2 條件語句 96

5.1.3 循環(huán)語句 97

5.2 基礎函數(shù) 100

5.2.1 函數(shù)定義 100

5.2.2 函數(shù)的調(diào)用 100

5.2.3 中斷函數(shù) 101

5.2.4 函數(shù)的參數(shù)和返回值 102

5.3 數(shù)組與指針 103

5.3.1 數(shù)組 103

5.3.2 指針 105

第6章 單片機控制系統(tǒng)開發(fā)的常用工具 108

6.1 Proteus集成開發(fā)環(huán)境 108

6.1.1 Proteus的主要功能特點 108

6.1.2 Proteus軟件的界面與操作介紹 108

6.1.3 Proteus仿真設計快速入門 110

6.2 Keil C51集成開發(fā)環(huán)境 117

6.2.1 單片機最小系統(tǒng) 117

6.2.2 一個發(fā)光二極管的程序 118

第7章 單片機控制的輸入系統(tǒng) 124

7.1 并行輸入通道與信號處理 124

7.1.1 鍵盤的工作原理 124

7.1.2 獨立式按鍵 125

7.1.3 行列式鍵盤 126

7.2 串行輸入通道與信號處理 129

7.3 A/D輸入通道與信號處理 130

7.3.1 A/D轉(zhuǎn)換原理 130

7.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術指標 132

7.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機的接口電路 132

7.3.4 A/D轉(zhuǎn)換程序設計 134

7.4 信號檢測和傳感器 134

7.4.1 信號檢測 135

7.4.2 傳感器 137

7.5 信號采樣及處理 144

7.5.1 信號的采樣 144

7.5.2 量化和量化誤差 145

7.5.3 采樣保持器 146

第8章 單片機控制的輸出系統(tǒng) 148

8.1 并行輸出通道及信號處理 148

8.1.1 并行輸出通道 148

8.1.2 I/O接口的擴展方法 148

8.1.3 LED顯示器接口 150

8.1.4 液晶顯示器LCD接口 154

8.2 串行輸出通道及信號處理 155

8.2.1 單片機串行接口通信 155

8.2.2 PC與單片機通信 156

8.2.3 單片機串行接口的擴展 158

8.3 D/A輸出通道及信號處理 159

8.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器 159

8.3.2 D/A電路原理 160

8.3.3 D/A轉(zhuǎn)換芯片—DAC0832 161

8.4 PWM輸出通道及信號處理 164

8.4.1 PWM工作原理 164

8.4.2 PWM的應用 165

8.5 輸出系統(tǒng)的功率驅(qū)動部件和執(zhí)行部件 166

8.5.1 功率晶體管 166

8.5.2 繼電器 168

8.5.3 電磁閥 169

第9章 單片機的控制方法 170

9.1 伺服控制與過程控制 170

9.2 性能指標 171

9.3 開關控制器 172

9.4 比例控制 172

9.5 積分控制 175

9.6 微分控制 176

9.7 PID控制 177

9.7.1 模擬PID控制器 178

9.7.2 數(shù)字PID控制器 180

9.7.3 PID控制器整定 184

9.7.4 采樣率 186

9.7.5 自整定 187

9.8 串級控制 187

9.9 PIP控制器 188

9.10 模糊邏輯控制器 189

9.10.1 模糊邏輯基本概念 189

9.10.2 模糊控制方法 190

9.10.3 模糊控制舉例 194

第10章 單片機對電機的控制 203

10.1 單片機控制直流電機 203

10.1.1 直流電動機的PWM調(diào)壓調(diào)速原理 203

10.1.2 直流電動機的不可逆PWM控制 205

10.1.3 直流電動機雙極性驅(qū)動可逆PWM控制 207

10.1.4 直流電動機單極性驅(qū)動可逆PWM控制 209

10.1.5 直流電機的驅(qū)動模塊 211

10.1.6 大型電動機的直流電機控制 212

10.1.7 單片機控制無刷電機 214

10.2 單片機控制步進電機 216

10.2.1 步進電機分類 217

10.2.2 步進電機的結構 217

10.2.3 步進電動機的工作原理 218

10.2.4 步進電動機的工作方式 219

10.2.5 步進電動機的特性 222

10.2.6 步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng) 223

10.2.7 步進電機單片機控制 229

10.3 單片機控制交流電動機 232

10.3.1 變頻調(diào)速原理 232

10.3.2 變頻器的作用 236

10.3.3 單片機控制變頻調(diào)速原理 237

10.3.4 單片機控制變頻調(diào)速系統(tǒng) 240

10.3.5 變頻器的選用和主要參數(shù) 244

10.3.6 變頻器的單片機控制 247

10.4 單片機控制伺服電動機 255

10.4.1 伺服電動機的結構特性 255

10.4.2 伺服電動機的控制 258

10.4.3 單片機控制工作原理 261

10.4.4 單片機控制伺服電機實例 262

第11章 單片機機械控制的典型應用 265

11.1 電噴汽車噴油嘴清洗機 265

11.1.1 系統(tǒng)功能描述及工作原理 265

11.1.2 系統(tǒng)方案及電路設計 266

11.1.3 程序設計 269

11.2 室內(nèi)全自動攀巖機 277

11.2.1 系統(tǒng)功能描述 277

11.2.2 攀巖機的工作原理 278

11.2.3 系統(tǒng)方案及電路設計 279

11.2.4 程序設計 281

11.3 餐廳服務機器人 294

11.3.1 系統(tǒng)功能描述 294

11.3.2 餐廳服務機器人的工作原理 294

11.3.3 系統(tǒng)方案及電路設計 295

第12章 單片機機械控制系統(tǒng)的設計方法 301

12.1 單片機控制系統(tǒng)構成的基本方法 301

12.2 典型的單片機產(chǎn)品及選用 303

12.2.1 51系列單片機 303

12.2.2 PIC單片機 305

12.2.3 AVR單片機 306

12.2.4 單片機的選擇 306

12.2.5 單片機廠商 307

12.3 控制系統(tǒng)硬件的設計方法 310

12.4 單片機控制系統(tǒng)軟件的設計方法 312

12.4.1 編程語言的選擇 312

12.4.2 軟件設計 313

12.4.3 軟件抗干擾原理與方法 313

12.5 控制系統(tǒng)的調(diào)試方法 314

12.5.1 開發(fā)系統(tǒng)選擇 314

12.5.2 控制系統(tǒng)硬件的調(diào)試方法 315

12.5.3 控制系統(tǒng)軟件的調(diào)試方法 317

參考文獻 318