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第1章　机电一体化系统设计基础知识 1

1.1 机电一体化系统的基本概念 1

1.1.1　机电系统的特征 1

1.1.2　机电系统工程设计的基本原则 2

1.2　机电一体化系统各组成单元的基本功能 3

1.3　机电一体化系统设计中的关键技术 4

1.3.1　传感器与检测技术 4

1.3.2　信息处理技术 5

1.3.3　自动控制技术 5

1.3.4　伺服驱动技术 6

1.3.5　接口技术 6

1.3.6　机械技术 7

1.3.7　机电系统总体技术 7

1.4　机电一体化系统（产品）的分类 7

1.5　现代机电一体化系统设计技术的发展 8

1.5.1 现代机电一体化系统的发展目标 8

1.5.2　机电一体化技术的发展 9

1.5.3　机械制造过程中的机电一体化发展 10

第2章　检测系统接口电路 11

2.1 概述 11

2.2　基本信号转换电路 12

2.2.1 分压电路 12

2.2.2　差分电路 14

2.2.3　非差分桥式电路 14

2.2.4　调频电路 15

2.2.5　脉冲调宽电路 16

2.3　信号放大电路 16

2.3.1 高输入阻抗放大器 16

2.3.2　高共模抑制比放大器 17

2.3.3　小信号双线变送器 20

2.3.4　隔离放大器 21

2.3.5　可变增益放大器 22

2.3.6　电荷放大器 24

2.4　信号处理电路 25

2.4.1　信号滤波器 25

2.4.2　绝对值检测电路 36

2.4.3　峰值保持电路 37

2.4.4　调制与解调电路 38

2.4.5　电压比较电路 45

2.4.6　电压／电流转换电路 47

2.4.7　频率／电压变换电路 50

2.5　稳压电源电路的设计与应用 51

2.5.1 W7800（W7900）系列集成稳压电源设计 51

2.5.2 W317（W337）集成稳压电源设计 55

2.6　机电一体化中常用检测装置 57

2.6.1　差分变压器 58

2.6.2　光栅传感器 59

2.6.3　光电编码器 63

2.6.4　旋转变压器 64

2.6.5　感应同步器 67

2.6.6 自整角机 70

2.6.7　速度传感器 74

2.6.8　力、力矩传感器 76

2.7　应用实例 78

2.7.1 12路应变传感器放大电路设计 78

2.7.2 带数据采集功能的动态电阻应变仪 80

第3章　计算机控制接口技术 83

3.1 概述 83

3.1.1 计算机控制系统的组成及特点 83

3.1.2　计算机的过程输入输出通道 84

3.1.3　过程通道接口设计应考虑的问题 85

3.2　机电系统接口微机的选择 86

3.2.1 单板机和单片微机控制系统 86

3.2.2　普通PC机组成的控制系统 87

3.2.3　工业PC控制机 87

3.2.4　STD总线控制系统 88

3.2.5　可编程控制器 88

3.3　模拟量输入通道 90

3.3.1 模拟量输入通道的组成 90

3.3.2 多路开关 90

3.3.3　采样保持器 96

3.3.4 A/D转换器 97

3.3.5　模拟量输入通道模板举例 113

3.4　模拟量输出通道 115

3.4.1 模拟量输出通道的结构形式 115

3.4.2 D/A转换器及其接口技术 116

3.4.3 D/A转换器的输出方式 122

3.4.4　模拟量输出通道模板举例 124

3.5　数字量输入／输出通道 126

3.5.1 光电隔离技术 126

3.5.2　数字量输入接口技术 127

3.5.3　数字量输出接口技术 130

3.5.4　数字（开关）量输入／输出通道模板举例 138

3.6　人机接口技术 139

3.6.1 键盘接口技术 139

3.6.2 LED显示器及其接口技术 145

第4章　伺服电机驱动控制系统技术 151

4.1 伺服电机驱动控制系统设计分析 151

4.1.1 电机驱动控制系统的特点 151

4.1.2　伺服驱动控制系统设计的基本要求 152

4.1.3　伺服驱动控制系统设计的基本原则 153

4.2　步进电动机控制系统设计 154

4.2.1 步进电动机的工作原理 154

4.2.2　步进电动机的控制系统设计 155

4.2.3　步进电动机的选用方法 159

4.2.4　步进电动机控制系统设计方法 160

4.2.5　实例：步进电动机控制应用举例 162

4.3　直流电机调速控制系统设计 164

4.3.1 直流电机的调速原理及特点 164

4.3.2　直流电机的机械特性 165

4.3.3　晶体管脉宽直流调速系统 166

4.3.4　实例：直流电机调速应用举例 174

4.4　交流电机伺服驱动控制设计 176

4.4.1 三相异步电机结构及调速方法 177

4.4.2　变频调速控制器 178

4.4.3　交流电机伺服驱动控制 178

4.4.4　实例：交流调速应用举例 180

第5章　机电、体化设计实例 181

5.1 实例：动量矩定理演示仪电路设计 181

5.1.1 隔离的RS-485驱动 181

5.1.2　键盘、显示器接口 183

5.1.3　传感器信号放大与A/D转换电路设计 185

5.1.4　位置检测电路设计 185

5.2　实例：使用ADuC845/847组成的高分辨率数字电子秤 187

5.2.1　系统组成 187

5.2.2　电源电路 187

5.2.3　供桥及基准电源 187

5.2.4　传感器连接与数据采集 189

5.2.5　键盘显示系统 190

5.2.6　与上位机通信 191

5.3 实例：制动试验台电机控制电路设计 191

5.3.1 接近开关及接口电路 193

5.3.2　转速测试传感器及测试原理 194

5.3.3　电机控制电路 196

5.3.4　控制板电路原理图 200

参考文献 201