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第1章 概论1

1.1机电一体化概念1

1.2机电一体化系统的构成1

1.3机电一体化关键技术1

复习思考题3

第2章 机械系统部件及其设计4

2.1概述4

2.1.1机电一体化产品对机械系统部件的基本要求4

2.1.2机电一体化产品机械系统的基本组成及其功能4

2.2机械传动机构5

2.2.1齿轮传动机构及其设计6

2.2.2丝杠螺母机构及其选用15

2.2.3同步带传动30

2.3导向与支承机构36

2.3.1回转运动支承36

2.3.2直线运动支承42

2.3.3框架类支承构件54

2.4机械执行机构59

2.4.1机械执行机构的功能60

2.4.2机械执行机构的分类62

2.4.3机械执行机构设计的要求63

2.4.4机械执行机构设计的步骤63

复习思考题64

第3章 检测传感器及其接口电路66

3.1温度传感器66

3.2力传感器68

3.2.1金属电阻应变片式力传感器69

3.2.2半导体应变式力传感器70

3.3位移测量传感器71

3.3.1电容位移传感器71

3.3.2气隙电感位移传感器72

3.3.3差动变压器结构电感式位移传感器73

3.3.4涡流电感式位移传感器74

3.4光电传感器75

3.5光电编码器78

3.5.1增量式光电编码器构成及原理78

3.5.2绝对式光电编码器构成及原理80

3.5.3增量式光电编码器计数电路81

3.6电流环信号传输83

3.7运算放大器的基本电路83

复习思考题86

第4章 执行元件及控制87

4.1执行元件的分类87

4.1.1电动执行元件87

4.1.2气动执行元件88

4.1.3液压执行元件89

4.2直流电动机的基本工作原理90

4.3三相异步电动机的旋转磁场91

4.4步进电动机92

4.5直线电动机94

4.5.1直线感应电动机95

4.5.2直线直流电动机97

4.5.3直线步进电动机98

4.6直流电动机的驱动控制100

4.6.1开关型功率接口电路100

4.6.2直流电动机PWM驱动方式104

4.6.3 IR2130三相驱动控制集成芯片107

4.7交流伺服电动机控制110

4.8电-气比例阀、伺服阀111

4.8.1滑阀式电气方向比例阀112

4.8.2动圈式二级方向伺服阀113

4.8.3动圈式压力伺服阀114

4.8.4脉宽调制伺服阀115

4.8.5电-气比例伺服系统的应用实例（柔性定位伺服汽缸）117

4.9电-液比例阀、伺服阀118

4.9.1电-液伺服阀118

4.9.2电-液比例阀121

复习思考题122

第5章 单片机及接口电路设计123

5.1 MCS-51单片机123

5.1.1 MCS-51单片机的引脚描述及片外总线结构123

5.1.2 MCS-51片内总体结构125

5.1.3 MCS-51单片机基本外围电路125

5.1.4 MCS-51单片机看门狗电路（MAX6814）127

5.2 A/D转换及与单片机接口电路设计129

5.3多路模拟开关131

5.4 AVR单片机简介133

5.4.1 ATmega128的结构和主要特点133

5.4.2 ATmega128的封装和引脚134

5.4.3 ATmega128的I/O端口描述136

5.4.4 ATmega128端口的第2功能137

5.4.5 ATmega128的时钟系统143

5.5 AVR单片机开发工具（ATmega128）144

5.5.1 ICCAVR集成开发环境144

5.5.2 ICCAVR介绍144

5.5.3 ICCAVR导游151

5.5.4 ICCAVR C库函数与启动文件152

5.5.5访问AVR硬件的编程154

5.6 ATmega128基础实例155

5.6.1发光二极管应用实验155

5.6.2键盘电路应用实例157

复习思考题160

第6章 机电一体化系统的抗干扰设计161

6.1电磁干扰形成的条件161

6.2干扰源162

6.2.1供电干扰162

6.2.2过程通道干扰162

6.2.3场干扰163

6.3提高系统抗电源干扰能力的方法163

6.3.1配电方案中的抗干扰措施163

6.3.2利用电源监视电路抗电源干扰164

6.3.3用Watchdog抗电源干扰164

6.4电场与磁场干扰耦合的抑制165

6.4.1电场与磁场干扰耦合的特点165

6.4.2电场与磁场干扰耦合的抑制166

6.5几种接地技术170

6.5.1单点接地170

6.5.2多点接地170

6.5.3混合单点接地171

6.5.4混合多点接地171

6.5.5接地的一般性原则172

6.6过程通道抗干扰措施173

6.7模拟信号的线性光耦隔离176

6.7.1 HCNR200基本工作原理176

6.7.2 HCNR200的基本工作电路177

6.7.3 HCNR200应用电路设计177

6.8空间干扰的抑制179

6.9软件抗干扰技术179

6.9.1实施软件抗干扰的必要条件179

6.9.2数据采样的干扰抑制179

6.9.3程序运行失常的软件抗干扰措施181

6.10铁氧体插损器181

6.10.1铁磁性材料（铁氧体）特性181

6.10.2磁导率对电磁干扰的影响181

6.10.3铁氧体的特性阻抗183

6.10.4铁氧体插损器件及应用185

复习思考题190

第7章 机电一体化系统设计实例191

7.1 RC伺服电动机控制191

7.1.1 RC伺服电动机简介191

7.1.2 RC伺服电动机的内部组成191

7.1.3 RC伺服电动机的控制192

7.1.4硬件电路图192

7.1.5 RC伺服电动机的正向旋转和逆向旋转控制实验193

7.1.6 RC伺服电动机的旋转相应角度实验194

7.1.7 RC伺服电动机速度控制实验195

7.2步进电动机应用软／硬件设计实例197

7.2.1步进电动机概述197

7.2.2步进电动视的分类与结构197

7.2.3步进电动机的基本参数198

7.2.4步进电动机的特性198

7.2.5反应式步进电动机的结构199

7.2.6反应式步进电动机的工作原理200

7.2.7步进电动机的失步、振荡及解决方法203

7.2.8步进电动机的控制204

7.2.9步进电动机的应用设计207

7.3小型打印机系统209

7.3.1硬件电路设计209

7.3.2典型器件选型及介绍213

7.3.3硬件电路214

7.3.4软件设计217

7.3.5经验总结220

7.4直流电动机的控制实例221

7.4.1硬件电路设计221

7.4.2典型器件选型及介绍223

7.4.3硬件电路225

7.4.4软件设计228

复习思考题235