嵌入式控制系统应用设计

第1章 嵌入式控制系统的应用与组成

1.1 自动控制的概念与应用

1.2 计算机控制系统的组成

1.3 应用单片机实现嵌入式控制

1.3.1 32位arm单片机

1.3.2 32位dsp单片机

1.3.3 msc-51系列8位单片机

1.3.4 avr 8位单片机

第2章 atmegal6单片机的应用

2.1 cpu与片内存储器

2.1.1 通过程序指令的运行实现cpu的功能

2.1.2 片内存储器的应用

2.2 引脚配置与通用i／o口

2.3 i／o口的复用功能

2.3.1 片内ad转换器的工作方式设置

2.3.2 定时／计数器t／c0的工作方式设置

2.3.3 定时／计数器t／c1的工作方式设置

2.3.4 spi串口的工作方式设置

2.3.5 usart串口的工作方式设置

2.4 单片机基本系统与工作方式的设置

单元设计训练

第3章 显示器件的接口设计

3.1 七段发光数码管接口设计

3.1.1 共阴极led数码管的动态显示并行接口电路

3.1.2 共阳极led数码管的动态显示并行接口电路

3.1.3 共阴极数码管动态显示串行接口电路

3.1.4 共阴极数码管静态显示并行接口电路

3.2 七段数字显示液晶屏接口设计

3.2.1 31/2位液晶屏的静态显示并行接口电路

3.2.2 31/2位液晶屏的静态显示串行接口电路

3.3 点阵液晶显示器接口设计

单元设计训练

第4章 按键与触摸屏的接口设计

4.1 少量按键接口设计

4.2 矩阵键盘接口设计

4.3 触摸屏接口设计

4.3.1 四线电阻式触摸屏的结构与工作原理

4.3.2 四线电阻式触摸屏的触点位置检测方法

4.3.3 四线电阻式触摸屏的接口电路

单元设计训练

第5章 测量信号输入通道接口设计

5.1 数字信号的输入接口

5.1.1 电压转换与限幅电路

5.1.2 脉冲整形电路

5.1.3 输入信号通道的扩展

5.1.4 单片机对输入脉冲信号的处理

5.2 模拟信号的输入通道

5.2.1 电阻-电压转换电路

5.2.2 电压放大电路

5.2.3 模拟信号输入通道的扩展

5.3 ad转换器的应用与接口设计

5.3.1 ad转换器的选择

5.3.2 atmega16片内ad转换器的应用

5.3.3 扩展并行数据接口的12位ad转换器

5.3.4 扩展串行数据接口的12位ad转换器

5.3.5 rs-485通信接口电路

单元设计训练

第6章 控制信号输出通道接口设计

6.1 直流用电器的开关控制

6.1.1 功率晶体管与功率达林顿管驱动电路

6.1.2 功率场效应管驱动电路

6.1.3 绝缘栅双极晶体管与直流固态继电器

6.1.4 单向可控硅

6.1.5 h桥电路控制直流电流的方向

6.2 直流用电器的脉宽调制控制

6.2.1 应用avr单片机产生pwm输出

6.2.2 应用专用电路芯片产生pwm输出

6.2.3 pwm输出的手动后援

6.3 交流用电器的控制

6.3.1 双向可控硅的移相触发电路

6.3.2 双向可控硅的过零触发驱动电路

6.3.3 交流固态继电器的接口电路

6.3.4 继电器的接口电路

6.4 da转换器输出模拟控制信号

6.4.1 扩展并行数据接口的10位da转换器

6.4.2 扩展spi串行数据接口的da转换器

单元设计训练

第7章 采样数据的数字处理

7.1 利用数字滤波减小随机误差

7.1.1 限幅滤波

7.1.2 算术平均值滤波

7.1.3 数字低通滤波

7.2 采样数据的标度变换

7.2.1 线性标度变换

7.2.2 非线性标度变换

7.3 引入修正量校正系统误差

7.3.1 线性系统误差的修正

7.2.2 非线性系统误差的修正

7.4 测量数据的打印

7.5 使用usart进行数据通信

7.5.1 rs-232c的数据格式和信号传输标准

7.5.2 rs-232通信接口电路

7.5.3 制定用户层通信协议与通信程序

单元设计训练

第8章 数字pid控制与模糊控制算法

8.1 线性控制系统的数学分析

8.1.1 拉普拉斯变换

8.1.2 控制系统的传递函数

8.1.3 线性系统的控制模式

8.2 数字pid算法

8.2.1 从模拟pid算法到数字pid算法

8.2.2 数字pid算法的改进

8.3 模糊控制算法

8.3.1 确定模糊控制规则

8.3.2 模糊数模型的建立

8.3.3 模糊控制器的实现

单元设计训练

第9章 嵌入式控制系统的系统集成

9.1 确定系统设计方案

9.1.1 系统设计的大致步骤

9.1.2 合理选择系统的硬件模块

9.1.3 合理组合系统的软件模块

9.2 自整定pid温度控制器

9.2.1 控制对象与设计任务

9.2.2 根据设计任务选择系统的电路模块

9.2.3 组合各电路模块并画出系统电路原理图

9.2.4 组合软件模块

9.3 直流电机模糊调速器

9.3.1 控制对象与设计任务

9.3.2 根据设计任务选择系统的电路模块

9.3.3 组合各电路模块并画出系统电路原理图

9.3.4 组合软件模块

综合设计训练

参考文献

《嵌入式控制系统应用设计》以avr单片机atmega16为核心数据处理单元，介绍嵌入式控制系统的实用设计技术。书中选择介绍了一些常用的组成控制系统的应用电路，按照电路的功能分类，以单元电路模块的形式分别介绍系统集成设计所需的各种功能电路和相应的控制程序，并以设计训练题的形式进行电路模块应用和功能拓展的设计训练。在控制系统综合设计章节，选择便于进行课程实验的微型加热器和微型直流电机作为控制对象，分别采用应用最广泛的数字pid算法和应对复杂控制对象的模糊控制算法作为控制模式，详细介绍控制系统的设计方法。教学目的是使读者通过模仿、借鉴，进而改进教材中的设计实例，掌握嵌入式控制系统的设计技术，培养系统集成创新的能力。
书中各章节的应用程序全部使用C语言编写，便于阅读和理解。程序采用模块化的结构组成，便于移植到不同的设计项目中。全部程序都在实际电路的运行中得到验证。
《嵌入式控制系统应用设计》可作为高等院校自动化、机电一体化、仪器仪表、电子技术和计算机应用等专业的嵌入式控制技术课程的教材，也可供从事嵌入式控制系统设计的技术人员参考。

本书除第1章介绍计算机控制技术的背景知识外，从第2章到第8章都是介绍控制系统需要用到的各种模块和算法；在第9章讨论系统集成，通过合理选择前面各章介绍的各种功能模块，并将它们合理地组合到一起，完成一个实用的控制系统设计。 本书可作为高等院校自动化、机电一体化、仪器仪表、电子技术和计算机应用等专业的嵌入式控制技术课程的教材，也可供从事嵌入式控制系统设计的技术人员参考。