单片机与控制技术

第1章 概述

1.1 单片机控制系统的概念1

1.1.1 单片机控制系统的发展概况1

1.1.2 单片机控制系统的组成2

1.1.3 单片机控制系统的结构和原理3

1.1.4 单片机控制系统的特点5

1.2 单片机控制系统的分类5

1.2.1 计算机操作指导控制系统5

1.2.2 直接数字控制系统6

1.2.3 监督计算机控制系统6

1.2.4 集散型控制系统7

1.2.5 现场总线控制系统8

1.3 单片机控制的主要研究内容8

1.3.1 技术性能指标8

1.3.2 研究内容10

习题与思考题14



第2章 51系列单片机CPU的硬件结构

2.1 硬件编程结构与引脚功能15

2.1.1 编程结构15

2.1.2 外部引脚功能 16

2.1.3 CPU主要部件与特殊功能寄存器18

2.1.4 存储器23

2.2 并行I/O口26

2.2.1 结构特点26

2.2.2 输入功能27

2.2.3 输出功能与负载能力28

2.2.4 特殊功能28

2.3 定时/计数器30

2.3.1 特殊功能寄存器TMOD和TCON30

2.3.2 工作方式32

2.3.3 定时/计数器初始化33

2.4 串行口34

2.4.1 串行通信的基本概念34

2.4.2 串行通信的基本形式34

2.4.3 串行通信接口及功能36

2.4.4 波特率选择39

2.5 中断40

2.5.1 中断概念41

2.5.2 中断源及中断矢量41

2.5.3 中断系统的功能要求42

2.5.4 CPU响应中断的条件44

2.5.5 中断控制寄存器IE和IP44

2.5.6 中断初始化45

2.5.7 中断系统应用实例46

习题与思考题47



第3章 51系列单片机指令系统

3.1 数据传送指令50

3.1.1 传送数据的通路51

3.1.2 一般传送指令51

3.1.3 堆栈操作指令54

3.1.4 累加器交换指令54

3.1.5 累加器与外部RAM传送指令55

3.1.6 累加器与程序存储器传送指令56

3.1.7 目标地址传送指令56

3.2 算术与逻辑操作类指令56

3.2.1 不带进位加法指令57

3.2.2 带进位加法指令58

3.2.3 加1指令59

3.2.4 带借位减法指令60

3.2.5 减1指令61

3.2.6 乘除法指令61

3.2.7 逻辑单操作数指令62

3.2.8 逻辑“与”指令64

3.2.9 逻辑“或”指令64

3.2.10 逻辑“异或”指令65

3.3 控制转移类与位处理指令66

3.3.1 无条件转移指令66

3.3.2 条件转移指令70

3.3.3 循环转移指令71

3.3.4 位状态控制指令72

3.3.5 位逻辑操作指令74

3.3.6 位条件转移指令75

习题与思考题76



第4章 程序设计

4.1 预备知识79

4.1.1 汇编语言语句格式79

4.1.2 汇编语言伪指令80

4.1.3 流程图84

4.2 简单程序与分支程序85

4.2.1 简单程序85

4.2.2 分支程序86

4.3 循环程序89

4.3.1 循环程序的结构89

4.3.2 循环嵌套与多重循环90

4.3.3 循环程序举例90

4.4 子程序92

4.4.1 子程序的概念与结构92

4.4.2 子程序举例94

4.4.3 查表子程序97

4.5 C51高级语言编程100

4.5.1 标识符与关键字100

4.5.2 C51程序设计的基本语法100

4.5.3 函数109

4.5.4 数组与指针114

4.5.5 结构与联合119

4.5.6 预处理器124

4.5.7 C51程序设计应用实例127

习题与思考题131



第5章 存储器与并行I/O接口的扩展

5.1 存储器的扩展134

5.1.1 单片机扩展总线134

5.1.2 地址锁存器135

5.1.3 串行存储器E2PROM的扩展137

5.2 并行I/O接口的扩展141

5.2.1 8255A可编程并行I/O接口142

5.2.2 8155可编程并行I/O接口147

习题与思考题153



第6章 过程输入通道与接口

6.1 输入通道的结构与信号变换155

6.1.1 数字量输入通道DI156

6.1.2 模拟量输入通道AI157

6.1.3 AI的常用器件及电路160

6.2 模拟量输入通道AI中的常用放大器163

6.2.1 测量放大器163

6.2.2 可编程放大器165

6.2.3 隔离放大器167

6.3 A/D转换器与单片机接口电路168

6.3.1 8位转换器ADC0809与MCS51单片机接口电路168

6.3.2 12位串口转换器MAX187与MCS51单片机的接口172

6.3.3 V/F压频转换器174

习题与思考题177



第7章 过程输出通道与接口

7.1 输出通道的结构及常用电路179

7.1.1 数字量输出通道DO179

7.1.2 模拟量输出通道AO182

7.2 D/A转换器与单片机接口电路187

7.2.1 8位转换器DAC0832与MCS51单片机接口电路187

7.2.2 12位串口转换器AD7543与51单片机的接口191

7.2.3 F/V频压转换器193

7.3 常用执行器195

7.3.1 固态继电器196

7.3.2 伺服电动机198

7.3.3 步进电机200

7.3.4 电磁阀202

7.3.5 变频器203

习题与思考题206



第8章 人机接口

8.1 简单键盘及数码显示接口208

8.1.1 非编码键盘208

8.1.2 发光二极管LED显示214

8.2 键盘显示专用接口Intel8279222

8.2.1 Intel8279可编程键盘/显示器通用接口222

8.2.2 8279接口和编程方法229

8.3 键盘显示专用串行接口HD7279235

8.3.1 HD7279的特性和引脚功能235

8.3.2 HD7279的控制指令236

8.3.3 HD7279的接口与时序241

8.4 微型打印机及接口电路245

8.4.1 GP16微型打印机及接口245

8.4.2 TPμP40A/16A微型打印机及其接口250

习题与思考题252



第9章 数字控制器

9.1 PID模拟控制器及离散化255

9.1.1 位置式PID256

9.1.2 增量式PID256

9.1.3 速度式PID258

9.2 PID控制器的几种改进形式258

9.2.1 串有低通滤波器的PID算法258

9.2.2 带有死区的PID算法259

9.2.3 积分分离的PID算法259

9.2.4 不完全微分的PID算法260

9.2.5 具有纯滞后补偿的PID算法262

9.3 PID控制参数的整定263

9.3.1 按扩充临界比例度法整定T和KP、Ti、Td264

9.3.2 按扩充响应曲线法整定T和KP、Ti、Td265

9.4 串级控制技术266

9.4.1 串级控制的结构和原理266

9.4.2 数字串级控制算法267

9.4.3 副回路微分先行串级控制算法268

9.5 前馈反馈控制技术269

9.5.1 前馈控制的结构和原理270

9.5.2 前馈反馈控制结构270

9.5.3 数字前馈反馈控制算法272

9.6 数字控制器的直接设计方法274

9.6.1 直接设计方法的原理和步骤274

9.6.2 *小拍的控制算法275

9.6.3 大林控制算法278

9.7 模糊控制器279

9.7.1 模糊控制的基本思想279

9.7.2 模糊控制器的基本结构280

9.7.3 模糊控制的应用实例282

习题与思考题283



第10章 抗干扰技术

10.1 干扰的来源及分类285

10.1.1 干扰的来源285

10.1.2 干扰的分类287

10.2 硬件方面对几种主要干扰的抑制方法288

10.2.1 电源噪声的抑制288

10.2.2 过程通道干扰的抑制292

10.2.3 接地技术 294

10.3 CPU软件抗干扰296

10.3.1 人工复位296

10.3.2 掉电保护297

10.3.3 睡眠抗干扰298

10.3.4 指令冗余299

10.3.5 软件陷阱299

10.3.6 程序运行监控电路301

10.4 输入/输出通道软件抗干扰305

10.4.1 数字信号的输入方法305

10.4.2 数字信号的输出方法306

10.4.3 数字滤波307

习题与思考题310



第11章 系统设计及综合实验

11.1 单片机控制系统设计的要求和步骤311

11.1.1 系统设计的基本要求311

11.1.2 系统设计的特点312

11.1.3 确定系统总体控制方案312

11.1.4 建立数学模型和确定控制算法313

11.1.5 单片机和接口电路的选择313

11.1.6 系统总体设计314

11.2 电热水暖恒温自动控制系统316

11.2.1 系统设计目标及控制算法316

11.2.2 电压前馈与调功输出317

11.2.3 硬件设计318

11.2.4 软件设计319

11.3 单片机控制交流变频调速系统321

11.3.1 系统组成与工作原理321

11.3.2 系统硬件设计322

11.3.3 系统软件设计327

11.3.4 系统抗干扰措施333

11.4 全数字双闭环直流调速系统335

11.4.1 系统组成原理335

11.4.2 系统各单元设计336

11.4.3 系统动态参数计算343

11.4.4 软件设计344

11.4.5 系统阶跃扰动动态速降分析及仿真345

11.5 系列综合实验349

11.5.1 电热水暖恒温自动控制系统实验349

11.5.2 单片机控制交流变频调速系统实验352

11.5.3 多路数据采集监测管理系统实验355

11.5.4 电梯控制模型系统设计实验357

附录AANSI C标准的关键字

附录BC51编译器的扩展关键字

附录CC语言的运算符及它们的优先级和结合性

附录DZ变换表

附录EPID计算子程序清单（双字节有符号定点数）

附录F标准值查表并线性化处理程序清单（双字节定点数）

附录G数字温度传感器DS18B20使用方法

参考文献