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第1章 绪论1

1.1 背景简介1

1.2 什么是机电控制技术2

1.3 机电系统设计流程4

1.4 机电系统设计举例5

1.5 机电系统所涵盖的技术5

1.6 本书目的6

1.7 本章小结7

参考文献7

习题7

第2章 继电器接触器电路8

2.1 常用低压电器8

2.1.1 开关保护电器8

2.1.2 主令电器9

2.2 电气原理图的绘制18

2.2.1 电气控制系统图中的图形符号和文字符号18

2.2.2 电气原理图19

2.2.3 电气元件布置图20

2.2.4 电气安装接线图21

2.3 继电器接触器基本控制电路22

2.3.1 起动、自锁与停止控制电路22

2.3.2 连续工作与点动控制22

2.3.3 多点控制23

2.3.4 联锁控制23

2.3.5 顺序起动控制24

2.4 异步电动机的控制25

2.4.1 三相异步电动机工作原理25

2.4.2 异步电动机的起动电路25

2.4.3 异步电动机的正反转控制电路27

2.4.4 异步电动机的制动电路29

2.4.5 双速异步电动机的调速控制31

2.5 交流电动机的调速33

2.5.1 异步电动机的调速33

2.5.2 同步电动机的调速36

2.6 继电器接触器控制电路的设计38

2.6.1 设计方法和步骤38

2.6.2 执行机构的选择38

2.6.3 电气原理图设计的注意事项39

2.6.4 设计举例40

2.7 本章小结40

参考文献40

习题41

第3章 可编程序控制器43

3.1 PLC简介43

3.2 PLC的结构和工作原理43

3.2.1 基本结构43

3.2.2 各组成部分的功能44

3.2.3 可编程序控制器的基本工作原理49

3.2.4 可编程序控制器的分类52

3.2.5 PLC与继电器接触器控制系统及计算机的区别53

3.2.6 可编程序控制器FX与S7-200概述54

3.3 FX系列编程元件及基本编程语言54

3.3.1 F系列PLC中常用的编程器件与编程语言54

3.3.2 基本逻辑指令60

3.3.3 梯形图绘制的基本规则62

3.3.4 顺序步进指令和编程63

3.3.5 PLC控制系统设计方法65

3.4 S7-200编程元件及基本编程指令66

3.4.1 S7-200的编程元件66

3.4.2 S7-200的基本编程指令70

3.4.3 程序举例73

3.4.4 SIMATIC工业软件77

3.5 LM系列 PLC78

3.5.1 LM系列PLC概述78

3.5.2 硬件扩展78

3.5.3 通信功能78

3.5.4 编程软件介绍79

3.6 可编程计算机控制器79

3.6.1 PCC特点及其优势79

3.6.2 Automation Studio编程软件应用实例81

3.7 PLC系统网络与通信88

3.7.1 PROFIBUS-FMS89

3.7.2 PROFIBUS-DP89

3.7.3 PROFIBUS-PA90

3.8 本章小结90

参考文献90

习题91

第4章 计算机数字系统93

4.1 数字编码系统93

4.1.1 数制与编码93

4.1.2 二进制运算94

4.1.3 浮点数96

4.1.4 格雷码97

4.2 布尔代数97

4.3 触发器98

4.3.1 RS触发器98

4.3.2 D触发器98

4.3.3 JK触发器99

4.3.4 T触发器99

4.4 寄存器99

4.4.1 基本寄存器100

4.4.2 移位寄存器100

4.4.3 计数器101

4.4.4 三态门（三态缓冲器）102

4.5 常用数据锁存／缓冲／驱动器102

4.5.1 锁存器103

4.5.2 同相三态数据缓冲／驱动器104

4.5.3 8总线接收／发送器105

4.6 存储器概述105

4.6.1 存储器的分类106

4.6.2 半导体存储器的分类106

4.6.3 存储单元和存储单元地址107

4.6.4 存储器的主要指标108

4.6.5 存储器的寻址原理108

4.7 隔离与驱动109

4.7.1 数字隔离109

4.7.2 继电器驱动控制110

4.8 本章小结111

参考文献111

习题112

第5章 单片机原理及应用113

5.1 认识单片机113

5.1.1 什么是单片机113

5.1.2 MCS-51单片机的内部硬件结构及引脚114

5.1.3 MCS-51单片机的内部硬件的主要功能117

5.2 MCS-51单片机指令系统及汇编语言程序设计120

5.2.1 MCS-51单片机指令格式121

5.2.2 MCS-51单片机指令系统123

5.2.3 单片机寻址方式129

5.2.4 汇编语言程序设计步骤131

5.3 单片机C语言程序设计133

5.3.1 C语言与MCS-51133

5.3.2 C51的数据类型135

5.3.3 C51的运算符和表达式135

5.3.4 C51的程序结构138

5.3.5 函数142

5.3.6 程序开发143

5.3.7 单片机C51与汇编语言混合编程144

5.3.8 PWM与占空比145

5.3.9 直流电动机控制例程146

5.4 数据通信151

5.4.1 数据通信的概念151

5.4.2 串行通信151

5.4.3 并行通信158

5.4.4 并行I/O口的应用举例160

5.5 中断系统161

5.6 定时器／计数器164

5.6.1 定时器／计数器的基本结构164

5.6.2 定时器／计数器的工作方式165

5.6.3 定时器／计数器的应用举例167

5.7 A-D转换电路和D-A转换电路168

5.7.1 ADC0809转换芯片169

5.7.2 ADC0809应用举例172

5.7.3 DAC0832转换芯片174

5.7.4 DAC0832应用举例175

5.8 人机交互接口177

5.8.1 键盘接口177

5.8.2 显示181

5.9 设计与开发工具183

5.9.1 单片机应用系统的设计方法和步骤183

5.9.2 Keil C51开发工具软件184

5.10 本章小结184

参考文献184

习题185

第6章 机电控制系统设计187

6.1 单轴机器人定位系统实例描述187

6.2 方案设计187

6.2.1 丝杠及齿轮选型187

6.2.2 转速和功率估算188

6.2.3 运行总时间计算188

6.2.4 换算到电动机轴的负载惯量的计算189

6.2.5 负载转矩的计算189

6.2.6 电动机的初步选定190

6.2.7 加速转矩的计算190

6.2.8 瞬时最大转矩、有效转矩的计算190

6.2.9 电动机参数校验191

6.2.10 控制器和编码器选型191

6.3 机电系统设计的影响因素191

6.3.1 自然环境因素的影响191

6.3.2 振动因素的影响192

6.3.3 系统非线性因素的影响195

6.3.4 电磁因素的影响196

6.4 本章小结196

参考文献197

习题197

第7章 数字信号处理器应用基础198

7.1 字信号处理概述198

7.1.1 数字信号处理198

7.1.2 数字信号处理过程199

7.1.3 数字信号处理的实现方式199

7.1.4 数字信号处理的特点200

7.2 数字信号处理芯片201

7.2.1 数字信号处理芯片的主要特点201

7.2.2 数字信号处理芯片的发展现状与趋势202

7.3 数字信号处理系统设计203

7.3.1 设计步骤203

7.3.2 DSP芯片的选择203

7.4 代码设计套件（CCS）开发工具204

7.4.1 代码设计套件概述204

7.4.2 代码生成工具205

7.4.3 CCS集成开发环境206

7.5 简单应用程序开发实例210

7.6 TMS320LF2812 DSP应用实例212

7.6.1 核心板介绍212

7.6.2 被控对象分析212

7.6.3 数字-模拟信号转换模块213

7.6.4 控制程序的设计与编写214

7.6.5 控制程序的关键函数215

7.6.6 积分分离PID控制程序216

7.7 无刷电动机控制电动舵机实例217

7.7.1 电动舵机总体介绍217

7.7.2 无刷电动机驱动原理218

7.7.3 电动舵机控制器实现219

7.7.4 实时性分析236

7.8 本章小结239

参考文献240

习题240

第8章 ARM与FPGA241

8.1 嵌入式微处理器简介241

8.2 ARM介绍241

8.3 ARM微处理器系列242

8.4 ARM的体系结构244

8.5 基于Zynq的可扩展处理平台开发245

8.5.1 Zynq-7000系列的来历245

8.5.2 Zynq开发套件Zedboard简介245

8.5.3 基于Zynq-7000的开发实例246

8.5.4 应用程序编写250

8.5.5 Eclipse集成开发工具252

8.6 FPGA介绍252

8.6.1 FPGA结构252

8.6.2 FPGA的功能模块253

8.6.3 FPGA开发流程255

8.6.4 FPGA的常用开发工具257

8.6.5 FPGA程序实例258

8.7 本章小结266

参考文献267

习题267

第9章 机电控制实例269

9.1 履带式移动机器人269

9.1.1 功能介绍269

9.1.2 机器人结构设计270

9.1.3 履带机器人控制系统设计271

9.2 麦克纳姆轮全方位移动平台275

9.2.1 运动分析275

9.2.2 全方位移动平台设计278

9.3 物联网嵌入式节点介绍与农田环境监测实例285

9.3.1 物联网共性架构285

9.3.2 ZigBee无线传感网络节点设计286

9.3.3 农田环境监测自供电无线传感网络设计289

9.4 本章小结292

参考文献292

习题293

第10章 现场总线技术与应用294

10.1 现场总线技术简介294

10.1.1 现场总线技术的发展294

10.1.2 现场总线的标准和分类294

10.2 以太网技术297

10.3 实时以太网技术及其比较297

10.4 主要实时以太网介绍298

10.4.1 POWERLINK298

10.4.2 ProfiNet298

10.4.3 Ethemet/IP299

10.4.4 EtherCAT299

10.4.5 SERCOS III300

10.5 POWERLINK和EtherCAT的比较300

10.6 本章小结301

参考文献302

习题303

附录304

附录A MCS-51指令集304

附录B MCS-51系列SFR寄存器功能说明308