计算机控制技术

第1章 计算机控制系统概述 1 1.1 计算机控制系统的组成 1 1.1.1 计算机控制系统的硬件组成 3 1.1.2 计算机控制系统的软件 4 1.2 工业控制计算机的特点 4 1.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 5 1.3.1 计算机操作指导控制系统 5 1.3.2 直接数字控制系统 6 1.3.3 监督计算机控制系统 6 1.3.4 集散型控制系统 6 1.3.5 现场总线控制系统 7 1.3.6 工业过程计算机集成制造系统 8 1.4 微型计算机控制系统的发展 9 1.4.1 计算机控制系统的发展过程 9 1.4.2 近年来计算机控制系统在我国的 发展趋势 9 习题 14 第2章 开关量输入/输出通道与人机接口 15 2.1 过程通道的分类 15 2.2 开关量输入/输出通道 16 2.2.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式 16 2.2.2 开关量输入信号的调理 17 2.2.3 开关量输出驱动电路 20 2.2.4 开关量输入/输出通道的设计 22 2.3 人机接口——键盘 23 2.3.1 非编码键盘 24 2.3.2 编码键盘 29 2.4 人机接口——数字显示方法 32 2.4.1 发光二极管LED显示 32 2.4.2 LCD显示接口技术 39 习题 82 第3章 顺序控制与数字控制 84 3.1 顺序控制 84 3.1.1 顺序控制系统的类型 84 3.1.2 顺序控制系统的组成 86 3.1.3 顺序控制系统的应用领域 86 3.1.4 顺序控制的应用实例 87 3.2 数字程序控制 89 3.2.1 数值插补计算方法 89 3.2.2 逐点比较法直线插补 90 3.2.3 逐点比较法圆弧插补 95 3.2.4 步进电机工作原理 100 3.2.5 步进电机控制系统原理 102 3.2.6 步进电机与微型机的接口及程序设计 104 3.2.7 步进电机步数及速度的计算方法 109 3.2.8 步进电机的变速控制 110 习题 111 第4章 模拟量输入/输出通道 113 4.1 模拟量输入通道 113 4.1.1 输入信号的处理 113 4.1.2 多路开关 114 4.1.3 放大器 118 4.1.4 采样保持器(S／H) 120 4.1.5 模／数(A／D)转换器及其应用 121 4.2 模拟量输出通道 129 4.2.1 DAC的工作原理 129 4.2.2 多路模拟量输出通道的结构形式 131 4.2.3 D／A输出方式 132 4.2.4 失电保护和手动／自动无扰动切换 133 4.2.5 DAC的主要技术指标 133 4.2.6 典型应用例子 134 习题 136 第5章 PID调节器的数字化实现 138 5.1 PID调节器 139 5.1.1 PID调节器的优点 139 5.1.2 PID调节器的作用 139 5.2 数字PID控制器的设计 142 5.2.1 PID控制规律的离散化 143 5.2.2 PID数字控制器的实现 144 5.3 数字PID控制器参数的整定 146 5.3.1 采样周期的选择 146 5.3.2 PID控制器参数的整定 147 习题 151 第6章 计算机控制系统的抗干扰技术 153 6.1 干扰信号的类型及其传输形式 153 6.2 抗干扰技术 154 6.2.1 接地技术 155 6.2.2 屏蔽技术 156 6.2.3 隔离技术 157 6.2.4 串模干扰的抑制 157 6.2.5 共模干扰的抑制 158 6.2.6 长线传输中的抗干扰问题 158 6.3 电源干扰的抑制 159 6.3.1 电源干扰的基本类型 159 6.3.2 电源抗干扰的基本方法 160 6.4 CPU软件抗干扰技术 162 6.4.1 人工复位 163 6.4.2 掉电保护 163 6.4.3 睡眠抗干扰 164 6.4.4 指令冗余 165 6.4.5 软件陷阱 165 6.4.6 程序运行监视系统(WATCHDOG) 168 6.5 数字信号的软件抗干扰措施 171 6.5.1 数字信号的输入方法 171 6.5.2 数字信号的输出方法 172 6.5.3 数字滤波 173 习题 177 第7章 工业控制微型计算机 178 7.1 工业控制计算机的特点 178 7.2 总线式工控机的组成结构 179 7.3 常用工控总线(STD／VME／IPC工控机) 180 7.3.1 STD总线工控机 180 7.3.2 MC6800／MC68000工控机 180 7.3.3 IPC总线工控机 180 7.4 IPC的主要外部结构形式 181 7.4.1 台式IPC 181 7.4.2 盘装式IPC 182 7.4.3 IPC工作站 182 7.4.4 插箱式IPC 183 7.4.5 嵌入式IPC 184 7.5 IPC总线工控机内部典型构成形式 185 7.5.1 工业控制计算机的组成 185 7.5.2 工业控制计算机系统的组成 186 7.6 IPC总线工业控制计算机常用板卡介绍 187 7.6.1 IPC总线工业控制计算机的概念 187 7.6.2 工业控制计算机I／O接口信号板卡 188 7.7 工业控制计算机与工控模块应用实例 193 7.7.1 控制系统的整体分析步骤 193 7.7.2 模拟量输出模块的选择 195 7.7.3 模拟量输入模块的选择 196 7.7.4 开关量输出模块的选择 196 7.7.5 开关量输入模块的选择 198 7.7.6 工业控制计算机的选择 199 7.7.7 工业控制软件的选择 199 7.7.8 控制软件的设计 200 习题 202 第8章 物联网技术 203 8.1 物联网概述 203 8.2 物联网的发展历史 204 8.3 物联网的体系架构 205 8.3.1 感知层 206 8.3.2 传输层 206 8.3.3 处理层 207 8.3.4 应用层 207 8.4 物联网的通信方式 207 8.4.1 通信技术介绍 207 8.4.2 有线通信技术 208 8.4.3 无线通信技术 209 8.5 物联网的关键技术 211 8.5.1 射频识别技术 211 8.5.2 传感网 211 8.5.3 M2M系统框架 211 8.5.4 云计算 212 8.6 物联网的应用 212 8.6.1 工业领域的应用 212 8.6.2 农业领域的应用 213 8.6.3 智慧城市领域的应用 213 8.6.4 公共交通领域的应用 215 8.6.5 其他领域的应用 215 8.7 物联网面临的挑战 217 习题 218 附录 ST7920 GB中文字型码表219 参考文献 224