本书从机械控制系统设计者的角度来写单片机的设计和应用，重点介绍了单片机的硬件、软件编程及开发、应用(简单应用、扩展应用、机械控制综合应用)以及单片机机械控制设计方法、设计实例等。内容包括单片机机械控制的原理，系统设计的电子电路，单片机的硬件结构和软件编程，单片机控制系统常用开发工具，控制系统输入输出通道、传感技术、驱动电路、控制方法以及对电机的控制，机械控制的典型应用系统，单片机控制系统的设计方法。本书内容深入浅出，实用性强，对应用单片机进行机械控制系统设计、研究和维护的广大读者有较大的参考价值。
本书适合从事单片机机械控制的研究人员和工程技术人员阅读，也可作为高校机械工程及自动化、机械电子工程等相关专业的教学参考书。
第1章 单片机机械控制原理1.1 控制系统概述1.2 控制系统的分类1.2.1 按控制的时间形式分类1.2.2 按给定值特征分类1.2.3 按系统的变量分类1.2.4 按系统的动态特性分类1.2.5 按被控对象稳态输出分类1.2.6 按控制信息的方式分类1.2.7 按控制系统应用分类1.3 控制系统的基本要求1.4 单片机技术控制系统1.4.1 计算机控制技术概念1.4.2 单片机的发展概况1.4.3 单片机的分类1.4.4 单片机的发展趋势1.5 单片机在典型机械控制上的应用第2章 单片机控制的电子电路基础2.1 开关、电阻器、电容和电感2.1.1 开关2.1.2 电阻器2.1.3 电容器2.1.4 电感器2.2 二极管及三极管2.2.1 二极管2.2.2 三极管2.3 集成运算放大器2.3.1 集成运算放大器的电路组成与符号2.3.2 集成运算放大器的应用电路2.4 数制和码制2.4.1 二进制2.4.2 十六进制数2.5 组合逻辑2.6 时序逻辑2.6.1 触发器2.6.2 触发器的典型应用2.7 元器件的封装第3章 单片机的硬件结构3.1 单片机的基本组成3.2 单片机的中央处理器3.3 单片机的封装形式与引脚介绍3.4 单片机的并行端口3.4.1 I/O接口的作用3.4.2 并行I/O接口3.5 单片机的存储器3.6 单片机的时钟与时序3.7 单片机的复位3.8 单片机的标识3.9 单片机控制系统的外围部件3.9.1 TIA/EIA-232(RS-232)驱动器和接收器3.9.2 TIA/EIA-422 23线路驱动器和接收器3.9.3 TIA/EIA-485线路驱动器、接收器、中继器和收发器3.9.4 I2C总线接口器件3.9.5 SPI串行总线接口器件3.9.6 CAN总线接口器件第4章 单片机基础C语言4.1 C语言概述4.1.1 C语言的特点4.1.2 简单C语言程序的构成4.1.3 C语言用于单片机的优势4.2 标识符和关键字4.2.1 标识符4.2.2 关键字4.3 数据类型4.3.1 常量4.3.2 变量4.4 运算符和表达式4.4.1 赋值运算符和表达式4.4.2 类型转换4.4.3 复合的赋值运算符4.4.4 算术运算符和表达式4.4.5 关系运算符和表达式4.4.6 逻辑运算符和表达式4.4.7 位运算符和表达式第5章 C51基本语句与函数讲解5.1 基本语句5.1.1 表达式语句和复合语句5.1.2 条件语句5.1.3 循环语句5.2 基础函数5.2.1 函数定义5.2.2 函数的调用5.2.3 中断函数5.2.4 函数的参数和返回值5.3 数组与指针5.3.1 数组5.3.2 指针第6章 单片机控制系统开发的常用工具6.1 Proteus集成开发环境6.1.1 Proteus的主要功能特点6.1.2 Proteus软件的界面与操作介绍6.1.3 Proteus仿真设计快速入门6.2 Keil C51集成开发环境6.2.1 单片机最小系统6.2.2 一个发光二极管的程序第7章 单片机控制的输入系统7.1 并行输入通道与信号处理7.1.1 键盘的工作原理7.1.2 独立式按键7.1.3 行列式键盘7.2 串行输入通道与信号处理7.3 A/D输入通道与信号处理7.3.1 A/D转换原理7.3.2 A/D转换器的主要技术指标7.3.3 A/D转换器与单片机的接口电路7.3.4 A/D转换程序设计7.4 信号检测和传感器7.4.1 信号检测7.4.2 传感器7.5 信号采样及处理7.5.1 信号的采样7.5.2 量化和量化误差7.5.3 采样保持器第8章 单片机控制的输出系统8.1 并行输出通道及信号处理8.1.1 并行输出通道8.1.2 I/O接口的扩展方法8.1.3 LED显示器接口8.1.4 液晶显示器LCD接口8.2 串行输出通道及信号处理8.2.1 单片机串行接口通信8.2.2 PC与单片机通信8.2.3 单片机串行接口的扩展8.3 D/A输出通道及信号处理8.3.1 D/A转换器8.3.2 D/A电路原理8.3.3 D/A转换芯片—DAC08328.4 PWM输出通道及信号处理8.4.1 PWM工作原理8.4.2 PWM的应用8.5 输出系统的功率驱动部件和执行部件8.5.1 功率晶体管8.5.2 继电器8.5.3 电磁阀第9章 单片机的控制方法9.1 伺服控制与过程控制9.2 性能指标9.3 开关控制器9.4 比例控制9.5 积分控制9.6 微分控制9.7 PID控制9.7.1 模拟PID控制器9.7.2 数字PID控制器9.7.3 PID控制器整定9.7.4 采样率9.7.5 自整定9.8 串级控制9.9 PIP控制器9.10 模糊逻辑控制器9.10.1 模糊逻辑基本概念9.10.2 模糊控制方法9.10.3 模糊控制举例第10章 单片机对电机的控制10.1 单片机控制直流电机10.1.1 直流电动机的PWM调压调速原理10.1.2 直流电动机的不可逆PWM控制10.1.3 直流电动机双极性驱动可逆PWM控制10.1.4 直流电动机单极性驱动可逆PWM控制10.1.5 直流电机的驱动模块10.1.6 大型电动机的直流电机控制10.1.7 单片机控制无刷电机10.2 单片机控制步进电机10.2.1 步进电机分类10.2.2 步进电机的结构10.2.3 步进电动机的工作原理10.2.4 步进电动机的工作方式10.2.5 步进电动机的特性10.2.6 步进电机驱动控制系统10.2.7 步进电机单片机控制10.3 单片机控制交流电动机10.3.1 变频调速原理10.3.2 变频器的作用10.3.3 单片机控制变频调速原理10.3.4 单片机控制变频调速系统10.3.5 变频器的选用和主要参数10.3.6 变频器的单片机控制10.4 单片机控制伺服电动机10.4.1 伺服电动机的结构特性10.4.2 伺服电动机的控制10.4.3 单片机控制工作原理10.4.4 单片机控制伺服电机实例第11章 单片机机械控制的典型应用11.1 电喷汽车喷油嘴清洗机11.1.1 系统功能描述及工作原理11.1.2 系统方案及电路设计11.1.3 程序设计11.2 室内全自动攀岩机11.2.1 系统功能描述11.2.2 攀岩机的工作原理11.2.3 系统方案及电路设计11.2.4 程序设计11.3 餐厅服务机器人11.3.1 系统功能描述11.3.2 餐厅服务机器人的工作原理11.3.3 系统方案及电路设计第12章 单片机机械控制系统的设计方法12.1 单片机控制系统构成的基本方法12.2 典型的单片机产品及选用12.2.1 1系列单片机12.2.2 PIC单片机12.2.3 AVR单片机12.2.4 单片机的选择12.2.5 单片机厂商12.3 控制系统硬件的设计方法12.4 单片机控制系统软件的设计方法12.4.1 编程语言的选择12.4.2 软件设计12.4.3 软件抗干扰原理与方法12.5 控制系统的调试方法12.5.1 开发系统选择12.5.2 控制系统硬件的调试方法12.5.3 控制系统软件的调试方法参考文献 第1章 单片机机械控制原理 1.1 控制系统概述 1.2 控制系统的分类 1.2.1 按控制的时间形式分类 1.2.2 按给定值特征分类 1.2.3 按系统的变量分类 1.2.4 按系统的动态特性分类 1.2.5 按被控对象稳态输出分类 1.2.6 按控制信息的方式分类 1.2.7 按控制系统应用分类 1.3 控制系统的基本要求 1.4 单片机技术控制系统 1.4.1 计算机控制技术概念 1.4.2 单片机的发展概况 1.4.3 单片机的分类 1.4.4 单片机的发展趋势 1.5 单片机在典型机械控制上的应用 第2章 单片机控制的电子电路基础 2.1 开关、电阻器、电容和电感 2.1.1 开关 2.1.2 电阻器 2.1.3 电容器 2.1.4 电感器 2.2 二极管及三极管 2.2.1 二极管 2.2.2 三极管 2.3 集成运算放大器 2.3.1 集成运算放大器的电路组成与符号 2.3.2 集成运算放大器的应用电路 2.4 数制和码制 2.4.1 二进制 2.4.2 十六进制数 2.5 组合逻辑 2.6 时序逻辑 2.6.1 触发器 2.6.2 触发器的典型应用 2.7 元器件的封装 第3章 单片机的硬件结构 3.1 单片机的基本组成 3.2 单片机的中央处理器 3.3 单片机的封装形式与引脚介绍 3.4 单片机的并行端口 3.4.1 I/O接口的作用 3.4.2 并行I/O接口 3.5 单片机的存储器 3.6 单片机的时钟与时序 3.7 单片机的复位 3.8 单片机的标识 3.9 单片机控制系统的外围部件 3.9.1 TIA/EIA-232(RS-232)驱动器和接收器 3.9.2 TIA/EIA-422 & 23线路驱动器和接收器 3.9.3 TIA/EIA-485线路驱动器、接收器、中继器和收发器 3.9.4 I2C总线接口器件 3.9.5 SPI串行总线接口器件 3.9.6 CAN总线接口器件 第4章 单片机基础C语言 4.1 C语言概述 4.1.1 C语言的特点 4.1.2 简单C语言程序的构成 4.1.3 C语言用于单片机的优势 4.2 标识符和关键字 4.2.1 标识符 4.2.2 关键字 4.3 数据类型 4.3.1 常量 4.3.2 变量 4.4 运算符和表达式 4.4.1 赋值运算符和表达式 4.4.2 类型转换 4.4.3 复合的赋值运算符 4.4.4 算术运算符和表达式 4.4.5 关系运算符和表达式 4.4.6 逻辑运算符和表达式 4.4.7 位运算符和表达式 第5章 C51基本语句与函数讲解 5.1 基本语句 5.1.1 表达式语句和复合语句 5.1.2 条件语句 5.1.3 循环语句 5.2 基础函数 5.2.1 函数定义 5.2.2 函数的调用 5.2.3 中断函数 5.2.4 函数的参数和返回值 5.3 数组与指针 5.3.1 数组 5.3.2 指针 第6章 单片机控制系统开发的常用工具 6.1 Proteus集成开发环境 6.1.1 Proteus的主要功能特点 6.1.2 Proteus软件的界面与操作介绍 6.1.3 Proteus仿真设计快速入门 6.2 Keil C51集成开发环境 6.2.1 单片机最小系统 6.2.2 一个发光二极管的程序 第7章 单片机控制的输入系统 7.1 并行输入通道与信号处理 7.1.1 键盘的工作原理 7.1.2 独立式按键 7.1.3 行列式键盘 7.2 串行输入通道与信号处理 7.3 A/D输入通道与信号处理 7.3.1 A/D转换原理 7.3.2 A/D转换器的主要技术指标 7.3.3 A/D转换器与单片机的接口电路 7.3.4 A/D转换程序设计 7.4 信号检测和传感器 7.4.1 信号检测 7.4.2 传感器 7.5 信号采样及处理 7.5.1 信号的采样 7.5.2 量化和量化误差 7.5.3 采样保持器 第8章 单片机控制的输出系统 8.1 并行输出通道及信号处理 8.1.1 并行输出通道 8.1.2 I/O接口的扩展方法 8.1.3 LED显示器接口 8.1.4 液晶显示器LCD接口 8.2 串行输出通道及信号处理 8.2.1 单片机串行接口通信 8.2.2 PC与单片机通信 8.2.3 单片机串行接口的扩展 8.3 D/A输出通道及信号处理 8.3.1 D/A转换器 8.3.2 D/A电路原理 8.3.3 D/A转换芯片—DAC0832 8.4 PWM输出通道及信号处理 8.4.1 PWM工作原理 8.4.2 PWM的应用 8.5 输出系统的功率驱动部件和执行部件 8.5.1 功率晶体管 8.5.2 继电器 8.5.3 电磁阀 第9章 单片机的控制方法 9.1 伺服控制与过程控制 9.2 性能指标 9.3 开关控制器 9.4 比例控制 9.5 积分控制 9.6 微分控制 9.7 PID控制 9.7.1 模拟PID控制器 9.7.2 数字PID控制器 9.7.3 PID控制器整定 9.7.4 采样率 9.7.5 自整定 9.8 串级控制 9.9 PIP控制器 9.10 模糊逻辑控制器 9.10.1 模糊逻辑基本概念 9.10.2 模糊控制方法 9.10.3 模糊控制举例 第10章 单片机对电机的控制 10.1 单片机控制直流电机 10.1.1 直流电动机的PWM调压调速原理 10.1.2 直流电动机的不可逆PWM控制 10.1.3 直流电动机双极性驱动可逆PWM控制 10.1.4 直流电动机单极性驱动可逆PWM控制 10.1.5 直流电机的驱动模块 10.1.6 大型电动机的直流电机控制 10.1.7 单片机控制无刷电机 10.2 单片机控制步进电机 10.2.1 步进电机分类 10.2.2 步进电机的结构 10.2.3 步进电动机的工作原理 10.2.4 步进电动机的工作方式 10.2.5 步进电动机的特性 10.2.6 步进电机驱动控制系统 10.2.7 步进电机单片机控制 10.3 单片机控制交流电动机 10.3.1 变频调速原理 10.3.2 变频器的作用 10.3.3 单片机控制变频调速原理 10.3.4 单片机控制变频调速系统 10.3.5 变频器的选用和主要参数 10.3.6 变频器的单片机控制 10.4 单片机控制伺服电动机 10.4.1 伺服电动机的结构特性 10.4.2 伺服电动机的控制 10.4.3 单片机控制工作原理 10.4.4 单片机控制伺服电机实例 第11章 单片机机械控制的典型应用 11.1 电喷汽车喷油嘴清洗机 11.1.1 系统功能描述及工作原理 11.1.2 系统方案及电路设计 11.1.3 程序设计 11.2 室内全自动攀岩机 11.2.1 系统功能描述 11.2.2 攀岩机的工作原理 11.2.3 系统方案及电路设计 11.2.4 程序设计 11.3 餐厅服务机器人 11.3.1 系统功能描述 11.3.2 餐厅服务机器人的工作原理 11.3.3 系统方案及电路设计 第12章 单片机机械控制系统的设计方法 12.1 单片机控制系统构成的基本方法 12.2 典型的单片机产品及选用 12.2.1 1系列单片机 12.2.2 PIC单片机 12.2.3 AVR单片机 12.2.4 单片机的选择 12.2.5 单片机厂商 12.3 控制系统硬件的设计方法 12.4 单片机控制系统软件的设计方法 12.4.1 编程语言的选择 12.4.2 软件设计 12.4.3 软件抗干扰原理与方法 12.5 控制系统的调试方法 12.5.1 开发系统选择 12.5.2 控制系统硬件的调试方法 12.5.3 控制系统软件的调试方法 参考文献
目前计算机控制系统得到了普及应用，单片机是目前控制系统采用最多的器件和芯片。大量的控制系统任务较专业化，并且执行的是直接数字控制任务，基本采用单片机。单片机机械控制也发展为一个重要领域，它提高了机械设备的自动化程度，提升了机械设备工艺实践的效率，同时也大幅度提高了产品和成果的品质。
全书共分12章，主要包括：机械控制的基本概念和原理；系统设计的电子电路基础；单片机的硬件结构原理与C语言开发；单片机控制系统的常用开发工具，介绍了Proteus和Keil C51集成开发环境；单片机控制系统的输入系统及传感器技术、输出系统及功率驱动电路；单片机机械控制的方法；单片机对电机的控制，电机是工业控制等领域把电信号转换为动力的主要装置；单片机机械控制的典型应用；单片机的选型、控制系统设计方法和开发流程。本书从单片机控制的实际情况出发，内容，由基本概念到系统结构，从局部原理到整体实例，突出科学性和系统性，实用性强，系统和详尽，原理介绍深入浅出，图文并茂，难易适度，便于自学和实践。
本书适合从事单片机机械控制的研究人员和工程技术人员阅读，也可作为高校机械工程及自动化、机械电子工程等相关专业参考书。
本书由陈继文、杨红娟、于复生等编著，参与编写工作的还有沈孝芹、张涵、逄波、刘辉、许向荣、李彦凤、姜洪奎、张蔚波等。陈继文负责统稿，全书由山东建筑大学董明晓教授、宋现春教授主审。李帅帅、梁林杰、王利伟、王海龙、刘鹏翔、刘文浩、王永政、刘涛等协助整理了部分素材，山东建筑大学机电工程学院及机电教研室给予了大力支持，在此一并表示感谢。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中不足之处在所难免，恳请批评指正。
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