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第1章 机电控制系统设计中的常用电子元器件 1

1.1 电子元器件的材质与分类 1

1.1.1 电子器件导电材质 1

1.1.2 电子器件工作性质 1

1.1.3 电流的分类 1

1.1.4 电路常用术语 2

1.2 电阻（R）——无源器件 2

1.2.1 电阻的基本知识 2

1.2.2 电阻的标称值与读值方法 2

1.2.3 电阻的串、并联计算与检测方法 4

1.2.4 电阻的主要参数 5

1.2.5 电阻的分类 6

1.2.6 电阻的电路符号 7

1.2.7 电阻的功率符号 7

1.2.8 电阻的常见外形 7

1.3 电容（C）——无源器件 8

1.3.1 电容的基本知识 8

1.3.2 电容的标称值与读值方法 9

1.3.3 电容的串、并联计算与检测方法 10

1.3.4 电容的主要参数 11

1.3.5 电容的分类与比较 12

1.3.6 电容的电路符号 13

1.3.7 电解电容的极性区分 14

1.3.8 电容的常见外形 14

1.3.9 电容的充放电、滤波、隔直通交原理 14

1.4 电感（L）——无源器件 16

1.4.1 电感的基本知识 16

1.4.2 电感的标称值与读值方法 17

1.4.3 电感的串、并联计算与检测方法 17

1.4.4 电感的主要参数 19

1.4.5 电感的分类 19

1.4.6 电感的电路符号 19

1.4.7 电感的常见外形 20

1.4.8 电感的主要特性 20

1.5 晶体二极管（D）——有源器件 21

1.5.1 二极管的基本知识 21

1.5.2 二极管的主要特性单向导电性 21

1.5.3 二极管的伏安曲线 22

1.5.4 二极管的检测方法 22

1.5.5 二极管的主要参数 22

1.5.6 二极管的分类 23

1.5.7 二极管的电路符号 24

1.5.8 二极管的常见外形 25

1.6 晶体三极管（Q）——有源器件 25

1.6.1 三极管的基本知识 25

1.6.2 三极管的结构与电路符号 25

1.6.3 三极管的检测方法 25

1.6.4 三极管的主要参数 26

1.6.5 半导体三极管的频率特性参数 27

1.6.6 三极管的工作原理 28

1.6.7 三极管的特性曲线 28

1.6.8 三极管的分类 29

1.6.9 三极管的常见外形 29

1.7 场效应晶体管（FET）——有源器件 30

1.7.1 场效应管的基本知识 30

1.7.2 场效应管的结构与电路符号 30

1.7.3 场效应管的检测方法 30

1.7.4 场效应管的主要参数 32

1.7.5 场效应管的工作原理 32

1.7.6 场效应管的特性曲线 32

1.7.7 场效应管的分类 35

1.7.8 场效应管的供电极性 35

1.7.9 场效应管的常见外形 36

1.7.10 场效应管与三极管的比较 36

1.8 晶闸管（T）——有源器件 37

1.8.1 晶闸管的基本知识 37

1.8.2 晶闸管的结构与电路符号 37

1.8.3 晶闸管的检测方法 38

1.8.4 晶闸管的主要参数 39

1.8.5 晶闸管的伏安特性曲线 39

1.8.6 晶闸管的常见外形 41

第2章 机电控制系统设计中的初级电学概念 42

2.1 电流与电压的参考方向 42

2.1.1 电气量表示符号及其单位 42

2.1.2 电流及其参考方向 43

2.1.3 电压及其参考方向 44

2.2 基尔霍夫定律 44

2.2.1 名词介绍 44

2.2.2 基尔霍夫电流定律 44

2.2.3 基尔霍夫电压定律 45

2.3 电路中的源 45

2.3.1 电压源 45

2.3.2 电流源 46

2.4 电路分析方法 46

2.4.1 支路电流法 47

2.4.2 支路电压法 48

第3章 机电自动控制系统中的单片机基础 49

3.1 单片机编程基础 49

3.1.1 单片机开发软件环境搭建 49

3.1.2 Keil基本概况介绍 52

3.2 设计实例——点亮你的LED 54

3.2.1 单片机的内部资源 54

3.2.2 单片机最小系统 55

3.2.3 LED小灯 57

3.2.4 程序代码编写 59

3.2.5 程序下载 66

3.3 单片机编程语言基础 68

3.3.1 二进制、十进制和十六进制 68

3.3.2 C语言变量类型和范围 69

3.3.3 C语言基本运算符 70

3.3.4 for循环语句 71

3.3.5 while循环语句 72

3.3.6 函数的简单介绍 73

3.4 设计实例——定时器与数码管 75

3.4.1 定时器的初步认识 75

3.4.2 定时器的寄存器 76

3.4.3 定时器的应用 79

3.5 设计实例——中断与数码管动态刷新 81

3.5.1 单片机中断系统 81

3.5.2 定时器中断的应用 81

3.5.3 中断的优先级 85

3.6 设计实例——步进电机与蜂鸣器 87

3.6.1 单片机I/O口的结构 87

3.6.2 上下拉电阻 89

3.6.3 电机的分类 90

3.6.4 28 BYJ-48型步进电机原理详解 91

3.6.5 让电机转起来 93

3.6.6 转动精度与深入分析 95

3.7 常用开发工具及使用 98

3.7.1 万用表 98

3.7.2 万用表的使用方法 99

3.7.3 示波器 101

3.7.4 示波器的使用 102

第4章 机电综合控制系统设计实例——舞蹈机器人 105

4.1 舞蹈机器人设计的内容和要求 106

4.1.1 舞蹈机器人设计的内容 106

4.1.2 舞蹈机器人设计的数据和要求 107

4.2 方案设计及方案论证 107

4.2.1 设计制作与调试流程 107

4.2.2 方案的比较论证及方案确定 108

4.3 交叉足印竞步机器人步行轨迹规划及仿真 109

4.3.1 建模 110

4.3.2 步态规划 110

4.3.3 仿真与分析 112

4.3.4 弯腰机构的设计 115

4.3.5 转身机构的设计 116

4.3.6 手臂和头部机构的设计 117

4.3.7 材料与型材选择 118

4.4 电气部分 120

4.4.1 方案1 120

4.4.2 方案2 121

4.4.3 电气方案的比较与选择 121

4.4.4 硬件电路设计 122

4.4.5 单片机控制系统 125

4.4.6 信号隔离模块 126

4.4.7 锁存器74HC595模块 128

4.5 电机和能源的选择 129

4.5.1 直流电机的特性 130

4.5.2 能源选取 130

4.6 系统的软件设计 131

4.6.1 舞蹈动作的编辑 132

4.6.2 主程序设计 132

4.6.3 子程序设计 133

4.6.4 语音系统程序设计 135

4.7 系统功能测试 139

第5章 机电综合控制系统设计实例——智能小车制作 140

5.1 智能小车简介 140

5.1.1 常见的两种类型 140

5.1.2 智能小车的基本结构 141

5.2 车体设计 142

5.3 硬件设计 143

5.3.1 电源模块设计 143

5.3.2 低压差稳压芯片LM2940简介 144

5.3.3 单片机最小系统设计 145

5.3.4 C51单片机最小系统设计 145

5.3.5 红外收发器设计 147

5.3.6 检测电路设计 149

5.3.7 光电检测部分的发挥设计 152

5.3.8 舵机转向模块设计 152

5.3.9 后轮电机驱动模块设计 154

5.3.10 测速模块 157

5.4 程序设计 158

5.4.1 51单片机产生PWM波 159

5.4.2 舵机的控制 162

5.4.3 程序总体的设计 163

5.4.4 程序设计的发挥与拓展 163

5.5 测试与调试 164