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第1章 概述 1

1.1 单片机控制系统的概念 1

1.1.1 单片机控制系统的发展概况 1

目录 1

1.1.2 单片机控制系统的组成 2

1.1.3 单片机控制系统的结构和原理 3

1.1.4 单片机控制系统的特点 5

1.2 单片机控制系统的分类 5

1.2.1 计算机操作指导控制系统 5

1.2.2 直接数字控制系统 6

1.2.3 监督计算机控制系统 6

1.2.4 集散型控制系统 7

1.3 单片机控制的主要研究内容 8

1.3.1 技术性能指标 8

1.2.5 现场总线控制系统 8

1.3.2 研究内容 10

习题与思考题 14

第2章 51系列单片机CPU的硬件结构 15

2.1 硬件编程结构与引脚功能 15

2.1.1 编程结构 15

2.1.2 外部引脚功能 16

2.1.3 CPU主要部件与特殊功能寄存器 18

2.1.4 存储器 23

2.2 并行I/O口 26

2.2.1 结构特点 26

2.2.2 输入功能 27

2.2.3 输出功能与负载能力 28

2.2.4 特殊功能 28

2.3.1 特殊功能寄存器TMOD和TCON 30

2.3 定时／计数器 30

2.3.2 工作方式 32

2.3.3 定时／计数器初始化 33

2.4 串行口 34

2.4.1 串行通信的基本概念 34

2.4.2 串行通信的基本形式 34

2.4.3 串行通信接口及功能 36

2.4.4 波特率选择 39

2.5 中断 40

2.5.1 中断概念 41

2.5.2 中断源及中断矢量 41

2.5.3 中断系统的功能要求 42

2.5.4 CPU响应中断的条件 44

2.5.5 中断控制寄存器IE和IP 44

2.5.6 中断初始化 45

2.5.7 中断系统应用实例 46

习题与思考题 47

第3章 51系列单片机指令系统 50

3.1 数据传送指令 50

3.1.1 传送数据的通路 51

3.1.2 一般传送指令 51

3.1.3 堆栈操作指令 54

3.1.4 累加器交换指令 54

3.1.5 累加器与外部RAM传送指令 55

3.1.6 累加器与程序存储器传送指令 56

3.1.7 目标地址传送指令 56

3.2 算术与逻辑操作类指令 56

3.2.1 不带进位加法指令 57

3.2.2 带进位加法指令 58

3.2.3 加1指令 59

3.2.4 带借位减法指令 60

3.2.5 减1指令 61

3.2.6 乘除法指令 61

3.2.7 逻辑单操作数指令 62

3.2.8 逻辑“与”指令 64

3.2.9 逻辑“或”指令 64

3.2.10 逻辑“异或”指令 65

3.3 控制转移类与位处理指令 66

3.3.1 无条件转移指令 66

3.3.2 条件转移指令 70

3.3.3 循环转移指令 71

3.3.4 位状态控制指令 72

3.3.5 位逻辑操作指令 74

3.3.6 位条件转移指令 75

习题与思考题 76

第4章 程序设计 79

4.1 预备知只 79

4.1.1 汇编语言语句格式 79

4.1.2 汇编语言伪指令 80

4.1.3 流程图 84

4.2 简单程序与分支程序 85

4.2.1 简单程序 85

4.2.2 分支程序 86

4.3 循环程序 89

4.3.1 循环程序的结构 89

4.3.2 循环嵌套与多重循环 90

4.3.3 循环程序举例 90

4.4.1 子程序的概念与结构 92

4.4 子程序 92

4.4.2 子程序举例 94

4.4.3 查表子程序 97

4.5 C51高级语言编程 100

4.5. 1标识符与关键字 100

4.5.2 C51程序设计的基本语法 100

4.5.3 函数 109

4.5.4 数组与指针 114

4.5.5 结构与联合 119

4.5.6 预处理器 124

4.5.7 C51程序设计应用实例 127

习题与思考题 131

5.1 存储器的扩展 134

5.1.1 单片机扩展总线 134

第5章 存储器与并行I/O接口的扩展 134

5.1.2 地址锁存器 135

5.1.3 串行存储器E2PROM的扩展 137

5.2 并行I/O接口的扩展 141

5.2.1 8255A可编程并行I/O接口 142

5.2.2 8155可编程并行I/O接口 147

习题与思考题 153

第6章 过程输入通道与接口 155

6.1 输入通道的结构与信号变换 155

6.1.1 数字量输入通道DI 156

6.1.2 模拟量输入通道AI 157

6.1.3 AI的常用器件及电路 160

6.2 模拟量输入通道AI中的常用放大器 163

6.2.1 测量放大器 163

6.2.2 可编程放大器 165

6.2.3 隔离放大器 167

6.3 A/D转换器与单片机接口电路 168

6.3.1 8位转换器ADC0809与MCS-51单片机接口电路 168

6.3.2 12位串口转换器MAX187与MCS-51单片机的接口 172

6.3.3 V/F压频转换器 174

习题与思考题 177

第7章 过程输出通道与接口 179

7.1 输出通道的结构及常用电路 179

7.1.1 数字量输出通道DO 179

7.1.2 模拟量输出通道AO 182

7.2 D/A转换器与单片机接口电路 187

7.2.1 8位转换器DAC0832与MCS-51单片机接口电路 187

7.2.2 12位串口转换器AD7543与51单片机的接口 191

7.2.3 F/V频压转换器 193

7.3 常用执行器 195

7.3.1 固态继电器 196

7.3.2 伺服电动机 198

7.3.3 步进电机 200

7.3.4 电磁阀 202

7.3.5 变频器 203

习题与思考题 206

第8章 人机接口 208

8.1 简单键盘及数码显示接口 208

8.1.1 非编码键盘 208

8.1.2 发光二极管LED显示 214

8.2 键盘显示专用接口Inte18279 222

8.2.1 Intel8279可编程键盘／显示器通用接口 222

8.2.2 8279接口和编程方法 229

8.3.1 HD7279的特性和引脚功能 235

8.3 键盘显示专用串行接口HD7279 235

8.3.2 HD7279的控制指令 236

8.3.3 HD7279的接口与时序 241

8.4 微型打印机及接口电路 245

8.4.1 GP16微型打印机及接口 245

8.4.2 TPμP-40A/16A微型打印机及其接口 250

习题与思考题 252

第9章 数字控制器 255

9.1 PID模拟控制器及离散化 255

9.1.1 位置式PID 256

9.1.2 增量式PID 256

9.1.3 速度式PID 258

9.2 PID控制器的几种改进形式 258

9.2.1 串有低通滤波器的PID算法 258

9.2.3 积分分离的PID算法 259

9.2.2 带有死区的PID算法 259

9.2.4 不完全微分的PID算法 260

9.2.5 具有纯滞后补偿的PID算法 262

9.3 PID控制参数的整定 263

9.3.1 按扩充临界比例度法整定T和Kp、Ti、Td 264

9.3.2 按扩充响应曲线法整定T和Kp、Ti、Td 265

9.4 串级控制技术 266

9.4.1 串级控制的结构和原理 266

9.4.2 数字串级控制算法 267

9.4.3 副回路微分先行串级控制算法 268

9.5 前馈-反馈控制技术 269

9.5.1 前馈控制的结构和原理 270

9.5.2 前馈-反馈控制结构 270

9.5.3 数字前馈-反馈控制算法 272

9.6.1 直接设计方法的原理和步骤 274

9.6 数字控制器的直接设计方法 274

9.6.2 最小拍的控制算法 275

9.6.3 大林控制算法 278

9.7 模糊控制器 279

9.7.1 模糊控制的基本思想 279

9.7.2 模糊控制器的基本结构 280

9.7.3 模糊控制的应用实例 282

习题与思考题 283

第10章 抗干扰技术 285

10.1 干扰的来源及分类 285

10.1.1 干扰的来源 285

10.1.2 干扰的分类 287

10.2.1 电源噪声的抑制 288

10.2 硬件方面对几种主要干扰的抑制方法 288

10.2.2 过程通道干扰的抑制 292

10.2.3 接地技术 294

10.3 CPU软件抗干扰 296

10.3.1 人工复位 296

10.3.2 掉电保护 297

10.3.3 睡眠抗干扰 298

10.3.4 指令冗余 299

10.3.5 软件陷阱 299

10.3.6 程序运行监控电路 301

10.4 输入／输出通道软件抗干扰 305

10.4.1 数字信号的输入方法 305

10.4.2 数字信号的输出方法 306

10.4.3 数字滤波 307

习题与思考题 310

第11章 系统设计及综合实验 311

11.1 单片机控制系统设计的要求和步骤 311

11.1.1 系统设计的基本要求 311

11.1.2 系统设计的特点 312

11.1.3 确定系统总体控制方案 312

11.1.4 建立数学模型和确定控制算法 313

11.1.5 单片机和接口电路的选择 313

11.1.6 系统总体设计 314

11.2 电热水暖恒温自动控制系统 316

11.2.1 系统设计目标及控制算法 316

11.2.2 电压前馈与调功输出 317

11.2.3 硬件设计 318

11.2.4 软件设计 319

11.3.1 系统组成与工作原理 321

11.3 单片机控制交流变频调速系统 321

11.3.2 系统硬件设计 322

11.3.3 系统软件设计 327

11.3.4 系统抗干扰措施 333

11.4 全数字双闭环直流调速系统 335

11.4.1 系统组成原理 335

11.4.2 系统各单元设计 336

11.4.3 系统动态参数计算 343

11.4.4 软件设计 344

11.4.5 系统阶跃扰动动态速降分析及仿真 345

11.5 系列综合实验 349

11.5.1 电热水暖恒温自动控制系统实验 349

11.5.2 单片机控制交流变频调速系统实验 352

11.5.3 多路数据采集监测管理系统实验 355

11.5.4 电梯控制模型系统设计实验 357