本書從機械控制系統設計者的角度來寫單片機的設計和應用，重點介紹了單片機的硬件、軟件編程及開發、應用(簡單應用、擴展應用、機械控制綜合應用)以及單片機機械控制設計方法、設計實例等。內容包括單片機機械控制的原理，系統設計的電子電路，單片機的硬件結構和軟件編程，單片機控制系統常用開發工具，控制系統輸入輸出通道、傳感技術、驅動電路、控制方法以及對電機的控制，機械控制的典型應用系統，單片機控制系統的設計方法。本書內容深入淺出，實用性強，對應用單片機進行機械控制系統設計、研究和維護的廣大讀者有較大的參考價值。
本書適合從事單片機機械控制的研究人員和工程技術人員閱讀，也可作為高校機械工程及自動化、機械電子工程等相關專業的教學參考書。
第1章 單片機機械控制原理1.1 控制系統概述1.2 控制系統的分類1.2.1 按控制的時間形式分類1.2.2 按給定值特征分類1.2.3 按系統的變量分類1.2.4 按系統的動態特性分類1.2.5 按被控對象穩態輸出分類1.2.6 按控制信息的方式分類1.2.7 按控制系統應用分類1.3 控制系統的基本要求1.4 單片機技術控制系統1.4.1 計算機控制技術概念1.4.2 單片機的發展概況1.4.3 單片機的分類1.4.4 單片機的發展趨勢1.5 單片機在典型機械控制上的應用第2章 單片機控制的電子電路基礎2.1 開關、電阻器、電容和電感2.1.1 開關2.1.2 電阻器2.1.3 電容器2.1.4 電感器2.2 二極管及三極管2.2.1 二極管2.2.2 三極管2.3 集成運算放大器2.3.1 集成運算放大器的電路組成與符號2.3.2 集成運算放大器的應用電路2.4 數制和碼制2.4.1 二進制2.4.2 十六進制數2.5 組合邏輯2.6 時序邏輯2.6.1 觸發器2.6.2 觸發器的典型應用2.7 元器件的封裝第3章 單片機的硬件結構3.1 單片機的基本組成3.2 單片機的中央處理器3.3 單片機的封裝形式與引腳介紹3.4 單片機的并行端口3.4.1 I/O接口的作用3.4.2 并行I/O接口3.5 單片機的存儲器3.6 單片機的時鐘與時序3.7 單片機的復位3.8 單片機的標識3.9 單片機控制系統的外圍部件3.9.1 TIA/EIA-232(RS-232)驅動器和接收器3.9.2 TIA/EIA-422 23線路驅動器和接收器3.9.3 TIA/EIA-485線路驅動器、接收器、中繼器和收發器3.9.4 I2C總線接口器件3.9.5 SPI串行總線接口器件3.9.6 CAN總線接口器件第4章 單片機基礎C語言4.1 C語言概述4.1.1 C語言的特點4.1.2 簡單C語言程序的構成4.1.3 C語言用于單片機的優勢4.2 標識符和關鍵字4.2.1 標識符4.2.2 關鍵字4.3 數據類型4.3.1 常量4.3.2 變量4.4 運算符和表達式4.4.1 賦值運算符和表達式4.4.2 類型轉換4.4.3 復合的賦值運算符4.4.4 算術運算符和表達式4.4.5 關系運算符和表達式4.4.6 邏輯運算符和表達式4.4.7 位運算符和表達式第5章 C51基本語句與函數講解5.1 基本語句5.1.1 表達式語句和復合語句5.1.2 條件語句5.1.3 循環語句5.2 基礎函數5.2.1 函數定義5.2.2 函數的調用5.2.3 中斷函數5.2.4 函數的參數和返回值5.3 數組與指針5.3.1 數組5.3.2 指針第6章 單片機控制系統開發的常用工具6.1 Proteus集成開發環境6.1.1 Proteus的主要功能特點6.1.2 Proteus軟件的界面與操作介紹6.1.3 Proteus仿真設計快速入門6.2 Keil C51集成開發環境6.2.1 單片機最小系統6.2.2 一個發光二極管的程序第7章 單片機控制的輸入系統7.1 并行輸入通道與信號處理7.1.1 鍵盤的工作原理7.1.2 獨立式按鍵7.1.3 行列式鍵盤7.2 串行輸入通道與信號處理7.3 A/D輸入通道與信號處理7.3.1 A/D轉換原理7.3.2 A/D轉換器的主要技術指標7.3.3 A/D轉換器與單片機的接口電路7.3.4 A/D轉換程序設計7.4 信號檢測和傳感器7.4.1 信號檢測7.4.2 傳感器7.5 信號采樣及處理7.5.1 信號的采樣7.5.2 量化和量化誤差7.5.3 采樣保持器第8章 單片機控制的輸出系統8.1 并行輸出通道及信號處理8.1.1 并行輸出通道8.1.2 I/O接口的擴展方法8.1.3 LED顯示器接口8.1.4 液晶顯示器LCD接口8.2 串行輸出通道及信號處理8.2.1 單片機串行接口通信8.2.2 PC與單片機通信8.2.3 單片機串行接口的擴展8.3 D/A輸出通道及信號處理8.3.1 D/A轉換器8.3.2 D/A電路原理8.3.3 D/A轉換芯片—DAC08328.4 PWM輸出通道及信號處理8.4.1 PWM工作原理8.4.2 PWM的應用8.5 輸出系統的功率驅動部件和執行部件8.5.1 功率晶體管8.5.2 繼電器8.5.3 電磁閥第9章 單片機的控制方法9.1 伺服控制與過程控制9.2 性能指標9.3 開關控制器9.4 比例控制9.5 積分控制9.6 微分控制9.7 PID控制9.7.1 模擬PID控制器9.7.2 數字PID控制器9.7.3 PID控制器整定9.7.4 采樣率9.7.5 自整定9.8 串級控制9.9 PIP控制器9.10 模糊邏輯控制器9.10.1 模糊邏輯基本概念9.10.2 模糊控制方法9.10.3 模糊控制舉例第10章 單片機對電機的控制10.1 單片機控制直流電機10.1.1 直流電動機的PWM調壓調速原理10.1.2 直流電動機的不可逆PWM控制10.1.3 直流電動機雙極性驅動可逆PWM控制10.1.4 直流電動機單極性驅動可逆PWM控制10.1.5 直流電機的驅動模塊10.1.6 大型電動機的直流電機控制10.1.7 單片機控制無刷電機10.2 單片機控制步進電機10.2.1 步進電機分類10.2.2 步進電機的結構10.2.3 步進電動機的工作原理10.2.4 步進電動機的工作方式10.2.5 步進電動機的特性10.2.6 步進電機驅動控制系統10.2.7 步進電機單片機控制10.3 單片機控制交流電動機10.3.1 變頻調速原理10.3.2 變頻器的作用10.3.3 單片機控制變頻調速原理10.3.4 單片機控制變頻調速系統10.3.5 變頻器的選用和主要參數10.3.6 變頻器的單片機控制10.4 單片機控制伺服電動機10.4.1 伺服電動機的結構特性10.4.2 伺服電動機的控制10.4.3 單片機控制工作原理10.4.4 單片機控制伺服電機實例第11章 單片機機械控制的典型應用11.1 電噴汽車噴油嘴清洗機11.1.1 系統功能描述及工作原理11.1.2 系統方案及電路設計11.1.3 程序設計11.2 室內全自動攀巖機11.2.1 系統功能描述11.2.2 攀巖機的工作原理11.2.3 系統方案及電路設計11.2.4 程序設計11.3 餐廳服務機器人11.3.1 系統功能描述11.3.2 餐廳服務機器人的工作原理11.3.3 系統方案及電路設計第12章 單片機機械控制系統的設計方法12.1 單片機控制系統構成的基本方法12.2 典型的單片機產品及選用12.2.1 1系列單片機12.2.2 PIC單片機12.2.3 AVR單片機12.2.4 單片機的選擇12.2.5 單片機廠商12.3 控制系統硬件的設計方法12.4 單片機控制系統軟件的設計方法12.4.1 編程語言的選擇12.4.2 軟件設計12.4.3 軟件抗干擾原理與方法12.5 控制系統的調試方法12.5.1 開發系統選擇12.5.2 控制系統硬件的調試方法12.5.3 控制系統軟件的調試方法參考文獻 第1章 單片機機械控制原理 1.1 控制系統概述 1.2 控制系統的分類 1.2.1 按控制的時間形式分類 1.2.2 按給定值特征分類 1.2.3 按系統的變量分類 1.2.4 按系統的動態特性分類 1.2.5 按被控對象穩態輸出分類 1.2.6 按控制信息的方式分類 1.2.7 按控制系統應用分類 1.3 控制系統的基本要求 1.4 單片機技術控制系統 1.4.1 計算機控制技術概念 1.4.2 單片機的發展概況 1.4.3 單片機的分類 1.4.4 單片機的發展趨勢 1.5 單片機在典型機械控制上的應用 第2章 單片機控制的電子電路基礎 2.1 開關、電阻器、電容和電感 2.1.1 開關 2.1.2 電阻器 2.1.3 電容器 2.1.4 電感器 2.2 二極管及三極管 2.2.1 二極管 2.2.2 三極管 2.3 集成運算放大器 2.3.1 集成運算放大器的電路組成與符號 2.3.2 集成運算放大器的應用電路 2.4 數制和碼制 2.4.1 二進制 2.4.2 十六進制數 2.5 組合邏輯 2.6 時序邏輯 2.6.1 觸發器 2.6.2 觸發器的典型應用 2.7 元器件的封裝 第3章 單片機的硬件結構 3.1 單片機的基本組成 3.2 單片機的中央處理器 3.3 單片機的封裝形式與引腳介紹 3.4 單片機的并行端口 3.4.1 I/O接口的作用 3.4.2 并行I/O接口 3.5 單片機的存儲器 3.6 單片機的時鐘與時序 3.7 單片機的復位 3.8 單片機的標識 3.9 單片機控制系統的外圍部件 3.9.1 TIA/EIA-232(RS-232)驅動器和接收器 3.9.2 TIA/EIA-422 & 23線路驅動器和接收器 3.9.3 TIA/EIA-485線路驅動器、接收器、中繼器和收發器 3.9.4 I2C總線接口器件 3.9.5 SPI串行總線接口器件 3.9.6 CAN總線接口器件 第4章 單片機基礎C語言 4.1 C語言概述 4.1.1 C語言的特點 4.1.2 簡單C語言程序的構成 4.1.3 C語言用于單片機的優勢 4.2 標識符和關鍵字 4.2.1 標識符 4.2.2 關鍵字 4.3 數據類型 4.3.1 常量 4.3.2 變量 4.4 運算符和表達式 4.4.1 賦值運算符和表達式 4.4.2 類型轉換 4.4.3 復合的賦值運算符 4.4.4 算術運算符和表達式 4.4.5 關系運算符和表達式 4.4.6 邏輯運算符和表達式 4.4.7 位運算符和表達式 第5章 C51基本語句與函數講解 5.1 基本語句 5.1.1 表達式語句和復合語句 5.1.2 條件語句 5.1.3 循環語句 5.2 基礎函數 5.2.1 函數定義 5.2.2 函數的調用 5.2.3 中斷函數 5.2.4 函數的參數和返回值 5.3 數組與指針 5.3.1 數組 5.3.2 指針 第6章 單片機控制系統開發的常用工具 6.1 Proteus集成開發環境 6.1.1 Proteus的主要功能特點 6.1.2 Proteus軟件的界面與操作介紹 6.1.3 Proteus仿真設計快速入門 6.2 Keil C51集成開發環境 6.2.1 單片機最小系統 6.2.2 一個發光二極管的程序 第7章 單片機控制的輸入系統 7.1 并行輸入通道與信號處理 7.1.1 鍵盤的工作原理 7.1.2 獨立式按鍵 7.1.3 行列式鍵盤 7.2 串行輸入通道與信號處理 7.3 A/D輸入通道與信號處理 7.3.1 A/D轉換原理 7.3.2 A/D轉換器的主要技術指標 7.3.3 A/D轉換器與單片機的接口電路 7.3.4 A/D轉換程序設計 7.4 信號檢測和傳感器 7.4.1 信號檢測 7.4.2 傳感器 7.5 信號采樣及處理 7.5.1 信號的采樣 7.5.2 量化和量化誤差 7.5.3 采樣保持器 第8章 單片機控制的輸出系統 8.1 并行輸出通道及信號處理 8.1.1 并行輸出通道 8.1.2 I/O接口的擴展方法 8.1.3 LED顯示器接口 8.1.4 液晶顯示器LCD接口 8.2 串行輸出通道及信號處理 8.2.1 單片機串行接口通信 8.2.2 PC與單片機通信 8.2.3 單片機串行接口的擴展 8.3 D/A輸出通道及信號處理 8.3.1 D/A轉換器 8.3.2 D/A電路原理 8.3.3 D/A轉換芯片—DAC0832 8.4 PWM輸出通道及信號處理 8.4.1 PWM工作原理 8.4.2 PWM的應用 8.5 輸出系統的功率驅動部件和執行部件 8.5.1 功率晶體管 8.5.2 繼電器 8.5.3 電磁閥 第9章 單片機的控制方法 9.1 伺服控制與過程控制 9.2 性能指標 9.3 開關控制器 9.4 比例控制 9.5 積分控制 9.6 微分控制 9.7 PID控制 9.7.1 模擬PID控制器 9.7.2 數字PID控制器 9.7.3 PID控制器整定 9.7.4 采樣率 9.7.5 自整定 9.8 串級控制 9.9 PIP控制器 9.10 模糊邏輯控制器 9.10.1 模糊邏輯基本概念 9.10.2 模糊控制方法 9.10.3 模糊控制舉例 第10章 單片機對電機的控制 10.1 單片機控制直流電機 10.1.1 直流電動機的PWM調壓調速原理 10.1.2 直流電動機的不可逆PWM控制 10.1.3 直流電動機雙極性驅動可逆PWM控制 10.1.4 直流電動機單極性驅動可逆PWM控制 10.1.5 直流電機的驅動模塊 10.1.6 大型電動機的直流電機控制 10.1.7 單片機控制無刷電機 10.2 單片機控制步進電機 10.2.1 步進電機分類 10.2.2 步進電機的結構 10.2.3 步進電動機的工作原理 10.2.4 步進電動機的工作方式 10.2.5 步進電動機的特性 10.2.6 步進電機驅動控制系統 10.2.7 步進電機單片機控制 10.3 單片機控制交流電動機 10.3.1 變頻調速原理 10.3.2 變頻器的作用 10.3.3 單片機控制變頻調速原理 10.3.4 單片機控制變頻調速系統 10.3.5 變頻器的選用和主要參數 10.3.6 變頻器的單片機控制 10.4 單片機控制伺服電動機 10.4.1 伺服電動機的結構特性 10.4.2 伺服電動機的控制 10.4.3 單片機控制工作原理 10.4.4 單片機控制伺服電機實例 第11章 單片機機械控制的典型應用 11.1 電噴汽車噴油嘴清洗機 11.1.1 系統功能描述及工作原理 11.1.2 系統方案及電路設計 11.1.3 程序設計 11.2 室內全自動攀巖機 11.2.1 系統功能描述 11.2.2 攀巖機的工作原理 11.2.3 系統方案及電路設計 11.2.4 程序設計 11.3 餐廳服務機器人 11.3.1 系統功能描述 11.3.2 餐廳服務機器人的工作原理 11.3.3 系統方案及電路設計 第12章 單片機機械控制系統的設計方法 12.1 單片機控制系統構成的基本方法 12.2 典型的單片機產品及選用 12.2.1 1系列單片機 12.2.2 PIC單片機 12.2.3 AVR單片機 12.2.4 單片機的選擇 12.2.5 單片機廠商 12.3 控制系統硬件的設計方法 12.4 單片機控制系統軟件的設計方法 12.4.1 編程語言的選擇 12.4.2 軟件設計 12.4.3 軟件抗干擾原理與方法 12.5 控制系統的調試方法 12.5.1 開發系統選擇 12.5.2 控制系統硬件的調試方法 12.5.3 控制系統軟件的調試方法 參考文獻
目前計算機控制系統得到了普及應用，單片機是目前控制系統采用最多的器件和芯片。大量的控制系統任務較專業化，并且執行的是直接數字控制任務，基本采用單片機。單片機機械控制也發展為一個重要領域，它提高了機械設備的自動化程度，提升了機械設備工藝實踐的效率，同時也大幅度提高了產品和成果的品質。
全書共分12章，主要包括：機械控制的基本概念和原理；系統設計的電子電路基礎；單片機的硬件結構原理與C語言開發；單片機控制系統的常用開發工具，介紹了Proteus和Keil C51集成開發環境；單片機控制系統的輸入系統及傳感器技術、輸出系統及功率驅動電路；單片機機械控制的方法；單片機對電機的控制，電機是工業控制等領域把電信號轉換為動力的主要裝置；單片機機械控制的典型應用；單片機的選型、控制系統設計方法和開發流程。本書從單片機控制的實際情況出發，內容，由基本概念到系統結構，從局部原理到整體實例，突出科學性和系統性，實用性強，系統和詳盡，原理介紹深入淺出，圖文并茂，難易適度，便于自學和實踐。
本書適合從事單片機機械控制的研究人員和工程技術人員閱讀，也可作為高校機械工程及自動化、機械電子工程等相關專業參考書。
本書由陳繼文、楊紅娟、于復生等編著，參與編寫工作的還有沈孝芹、張涵、逄波、劉輝、許向榮、李彥鳳、姜洪奎、張蔚波等。陳繼文負責統稿，全書由山東建筑大學董明曉教授、宋現春教授主審。李帥帥、梁林杰、王利偉、王海龍、劉鵬翔、劉文浩、王永政、劉濤等協助整理了部分素材，山東建筑大學機電工程學院及機電教研室給予了大力支持，在此一并表示感謝。
由于編者水平有限，加之時間倉促，書中不足之處在所難免，懇請批評指正。
編著者
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