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目 录 1

出版说明 1

前言 1

第1章计算机测控系统概论 1

1.1计算机测控系统的发展过程 1

1.1.1基地式仪表 1

1.1.2单元组合仪表 1

1.1.3数据采集系统（DAS） 1

1.1.4直接数字控制系统（DDC） 2

1.1.5监督控制系统（SCC） 2

1.1.6集散控制系统（DCS） 3

1.1.8 工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS） 5

1.1.7现场总线控制系统（FCS） 5

1.2微处理器与微控制器技术 6

1.2.1 INTEL公司 7

1.2.2 MOTOROLA公司 10

1.2.3 Zilog公司 12

1.2.4 NEC公司 13

1.2.5 HITACHI公司 15

1.2.6 ATMEL公司 16

1.2.7 Philips公司 17

1.2.8 Microchip公司 17

1.2.9 TOSHIBA公司 18

1.2.10 Winbond公司 19

1.2.11 Elan公司 19

1.2.12 TI公司 19

1.3.1 C2000系列 20

1.3数字信号处理器DSP技术 20

1.3.2 C5000系列 21

1.3.3 C6000系列 21

1.3.4 ADSP-218×M/N系列 22

1.3.5 ADSP-219×系列 23

1.4计算机测控系统的发展 24

趋势 24

1.4.1 可编程控制器（PLC） 24

1.4.2采用新型的控制系统 25

1.4.3实现最优控制 25

1.4.4自适应控制 25

1.4.5人工智能 25

1.4.7神经网络控制 26

习题 26

1.4.6模糊控制（Fuzzy Contro1） 26

第2章微处理器与微控制器总线 27

配置 27

2.1 INTEL8088 CPU三总线的 27

配置 27

2.1.1 8284时钟发生器驱动器 27

2.1.2 8288总线控制器 28

2.1.3 8088微处理器 29

2.1.4存储空间的配置（Von·Noreaman结构） 33

2.2 MCS-51系列及其兼容单片微控制器三总线的配置 35

2.2.1几种常用的MCS-51系列及其兼容单片微控制器 35

2.2.2三总线的构成 49

2.2.3存储空间的配置（Harward结构） 49

2.3 MCS-96系列单片微控制器三总线的配置 51

2.3.1 几种常用的MCS-96系列单片微控制器 51

2.3.3存储空间的配置（Preston结构） 62

2.3.2三总线的构成 62

2.4总线结构 63

2.4.1总线的概念及分类 63

2.4.2总线标准简介 64

2.4.3总线组成及总线功能 66

2.4.4 PCI总线 68

2.4.5 LPC接口 77

2.4.6流行总线的性能比较 81

习题 83

第3章译码与存储器系统设计 84

3.1简单译码集成电路 84

3.1.1常用简单译码集成电路 84

3.1.2 应用举例 86

3.2.1 可编程逻辑器件的发展 91

3.2 PLD可编程逻辑器件 91

3.2.2可编程逻辑器件的分类 93

3.2.3 PLD电路的表示方法 94

3.2.4 Xilinx公司及其产品简介 95

3.2.5 Altera公司及其产品简介 95

3.2.6 Lattice的系列产品 96

3.2.7边界扫描技术 107

3.2.8 GAL器件译码应用举例 108

3.3程序存储器及其扩展方法 113

3.3.1 常用程序存储器芯片EPROM 113

3.3.2地址锁存器及其应用 116

3.3.3程序存储器扩展实例 117

3.4数据存储器及其扩展方法 118

3.4.1 常用数据存储器芯片RAM 118

3.4.3 SRAM的掉电保护 120

3.4.2数据存储器扩展实例 120

3.4.4非易失性SRAM 121

3.5Flash存储器及其扩展方法 124

3.5.1常用Flash存储器 124

3.5.2 AT29C512及其与CPU 124

的接口 124

3.6双端口 RAM及其扩展方式 127

3.6.1 常用的双端口 RAM 127

3.6.2 IDT7130在双机并行通信中的应用 131

3.7 串行EEPROM存储器及其扩展方法 133

3.7.1 I2C BUS简介 133

3.7.2 SPI串行外围接口简介 133

3.7.3 MICROWIRE/PLUS串行通信接口 134

3.7.4 AT24C××系列串行EEPROM及其扩展方法 134

3.7.5 AT93C××系列串行EEPROM及其扩展方法 144

3.7.6 FM25040铁电NVRAM及其应用 150

3.7.7 X5043/5045 WDT/串行EEPROM及其扩展方法 161

习题 166

第4章基本输入输出系统设计 168

4.1简单I/O接口电路的扩展 168

方法 168

4.1.1 用锁存器扩展简单的输出口 168

4.1.2用三态缓冲器扩展简单的输入口 171

4.1.3用移位寄存器扩展I/O接口 173

4.2 可编程并行接口8255A及其 176

应用 176

4.2.1 8255A芯片介绍 176

4.2.2 8255A与 CPU的接口电路 182

4.2.3双机并行通信接口设计 184

及其应用 186

4.3.1 8253芯片介绍 186

4.3.2 8253与CPU的接口电路 195

4.3.3 8253应用实例 196

4.3.4 8254在脉冲测量数字滤波中的应用 199

TL 16C552 202

4.4.1 TL16C552芯片介绍 202

4.4可编程双通道异步收发器 202

4.4.2寄存器选择 205

4.4.3寄存器操作说明 206

4.4.4 可编程波特率发生器 211

4.4.5 TL16C552与CPU的接口 212

电路 212

4.5数字量与脉冲量接口技术 214

4.5.1 光耦合器 214

4.5.2数字量输入通道 219

4.5.3数字量输出通道 221

4.5.4脉冲量输入输出通道 228

习题 229

5.1独立式键盘接口设计 230

5.1.1键盘的特点及确认 230

第5章键盘和打印机接口技术 230

5.1.2独立式按键扩展实例 231

5.2.1矩阵键盘工作原理 233

5.2.2按键的识别方法 233

5.2矩阵式键盘接口设计 233

5.2.3键盘的编码 235

5.2.4键盘工作方式 235

5.2.5矩阵键盘接口实例 238

5.2.6双功能及多功能键的设计 239

5.2.7键盘处理中的特殊问题——重键和连击 240

设计 241

5.3 1 DIP开关 241

5.3 DIP开关与拨码盘接口 241

5.3 2拨码盘 242

5.4打印机接口电路设计 243

5.4.1标准Centronics接口 243

5.3.3 BCD码拨盘与8255的接口 243

5.4.2应用实例 244

习题 248

6.1 显示技术的发展及其特点 250

6.1.1显示技术的发展 250

第6章测控系统的显示技术 250

6.1.2显示器件的主要参数 252

6.2 LED显示器接口设计 253

6.2.1 LED显示器的结构 254

6.2.2 LED显示器的扫描方式 255

6.2.3 LED显示器扩展实例 257

及其应用 260

6.3.1 LCD的发展过程 266

6.3段型LCD显示器接口设计 266

6.3.2 LCD的特点 267

6.3.3 LCD的基本结构及工作原理 268

6.3.4 LCD的驱动方式 269

6.3.5液晶显示驱动器 270

6.3.6 LCD接口电路设计 273

6.4点阵液晶显示控制器T6963C及其应用 275

6.4.1T6963C特性 275

6.4.2T6963C与CPU的接口 276

6.4.3 T6963C指令集 276

6.4.4 DMF5000N系列点阵液晶显示模块介绍 280

6.4.5 DMF5000N系列液晶显示模块的接口技术 281

6.4.6应用程序设计 283

习题 288

7.1计算机测控系统的被控对象 289

技术 289

及性能指标 289

7.1.1被控对象 289

第7章计算机测控系统的控制 289

7.1.2性能指标 290

7.1.3对象特性对控制性能的影响 295

7.2 PID控制技术 296

7.3数字PID算法 299

7.3.1 PID算法 299

7.3.2 PID算式的改进 308

7.4 PID参数整定 312

7.4.1 PID参数对控制性能的影响 312

7.4.2采样周期T的选取 314

7.4.3扩充临界比例度法 314

7.5串级控制技术 316

7.5.1串级控制算法 317

7.5.2副回路微分先行串级控制算法 318

7.6前馈.反馈控制技术 320

7.6.1前馈控制的结构 320

7.6.2前馈-反馈控制的结构 321

7.6.3数字前馈-反馈控制算法 322

方法 324

7.7数字控制器的直接设计 324

7.7.1基本概念 324

7.7.2最少拍无差系统的设计 325

7.7.3最少拍无纹波系统 333

7.8.1大林算法的基本形式 336

7.8大林算法 336

7.8.2振铃现象的消除 338

7.8.3大林算法的设计步骤 340

7.9史密斯预估控制技术 341

7.9.1 史密斯预估控制原理 341

7.9.2史密斯预估控制举例 343

7.10模糊控制技术 344

7.10.1模糊控制的数学基础 344

7.10.2模糊控制系统组成 349

7.10.3模糊控制器设计 355

7.10.4双输入单输出模糊控制器设计 357

7.10.5模糊PID控制 360

习题 362

8.1传感器 364

技术 364

8.1.1传感器的定义和分类及构成 364

第8章模拟信号测量与控制接口 364

8.1.2传感器的基本性能 366

8.1.3传感器的应用领域 368

8.1.4基准电压源和恒流源 369

8.1.5温度传感器 374

8.1.6湿度传感器 385

8.1.7流量传感器 386

8.1.8热释电红外传感器 388

8.1.9光电传感器 389

8.1.10气敏传感器 389

8.1.11霍尔传感器 390

8.1.12应变式电阻传感器 391

8.1.13压力传感器 392

8.2模拟信号放大技术 393

8.1.14 CCD图像传感器 393

8.2.1放大器 393

8.2.2运算放大器及其应用 396

8.2.3测量放大器 401

8.2.4程控增益放大器 403

8.3 多通道模拟信号测量技术 406

8.3.1信号和采样定理 406

8.3.2采样／保持器 411

8.3.3模拟开关 413

8.3.4 32通道模拟量输入电路设计实例 417

8.4模拟量输入通道 420

8.4.1模拟量输入通道的组成 420

8.4.2 A/D转换器的工作原理 420

8.4.3量化 422

8.4.4A/D转换器的技术指标 424

8.5模拟量输出通道 425

8.5.1模拟量输出通道的组成 425

8.5.2 D/A转换器的工作原理 426

8.6 12位A/D转换器AD574A 428

8.5.3 D/A转换器的技术指标 428

8.6.1 AD574A的内部结构与引脚功能 428

8.6.2 AD574A的应用特性及校准 430

8.6.3 AD574A与CPU的接口 431

8.6.4 AD574A的应用调试说明 432

8.7 6路12位A/D转换器 433

ADS7864 433

8.7.1引脚描述 434

8.7.2应用说明 435

8.7.3 ADS7864与CPU的接口 438

8.8 24位∑-△A/D转换器 439

AD7714 439

8.8.1引脚介绍 440

8.8.2片内寄存器 442

8.8.3模拟输入 446

8.8.4基准输入 447

8.8.5 AD7714数字接口 449

8.8.6 AD7714与CPU的接口 451

8.8.7 AD7714的应用 454

8.9 8路24位△-∑A/D转换器 456

ADS1216 456

8.9.1引脚说明 457

8.9.2应用说明 458

8.9.3寄存器定义 460

8.9.4命令 465

8.9.5 ADS1216 与CPU的接口 466

ADS7822 470

8.10 12位串行A/D转换器 470

8 10.1 引脚说明 470

8.10.2应用说明 471

8.10.3 ADS7822与CPU的接口技术 472

DAC1208 474

8.1 1 12位D/A转换器 474

8.11.1 DAC120811209/1210的内部结构与引脚功能 474

8.11.2 DAC1208与CPU的接口 475

8.11.3 DAC1230系列D/A转换器 477

8.12 4路12位并行D/A转换器 477

DAC7624 477

8.12.1引脚介绍 478

8.12.2应用说明 479

8.12.3 DAC7624/25与 CPU 480

的接口 480

8.13 4路12位串行D/A转换器 481

DAC7614 481

8.13 1 引脚介绍 481

8.13.2应用说明 482

8.13.3 DAC7614与 CPU的接口技术 483

8.14电流／电压转换电路 485

8.14.1 电压/0～10mA转换 485

8.14.2电流/0～5V转换 487

8.14.3集成电压／电流转换器XTR110 489

习题 490

第9章数字控制与应用程序设计 492

9.1数字控制基础 492

9.1.1数字控制的基本原理 492

9.1.2数字控制方式 493

9.1.3开环数字控制 494

9.2逐点比较法插补原理 495

9.2.1逐点比较法直线插补 495

9.2.2逐点比较法圆弧插补 500

9.3步进电动机控制 505

9.3.1步进电动机的工作原理 506

9.3.2步进电动机控制系统原理图 507

9.3.3步进电动机的驱动电路 508

9.3.4步进电动机的工作方式 509

9.3.5步进电动机控制程序设计 510

9.4数字滤波程序 512

9.4.1程序判断滤波 512

9.4.2中值滤波 513

9.4.3算术平均滤波 513

9.4.5低通滤波 514

9.4.4加权平均滤波程序 514

9.4.6滑动平均滤波 514

9.5标度变换程序 515

9.4.7各种滤波方法的比较 515

9.5.1线性标度变换 515

9.5.2非线性标度变换 516

习题 517

10.1 DS12C887实时日历时钟 518

第10章特殊集成电路及其应用 518

10.1.1引脚介绍 518

10.1.2 DS12C887的应用说明 519

10.1.3各寄存器作用 520

10.1.4 DS12C887的中断和更新周期 521

10.1.5 DS12C887与CPU的接口 522

10.2 X1205实时日历时钟 524

10.2.2应用说明 525

10.2.1引脚介绍 525

10.2.3操作说明 529

技术 531

10.3 BL50462AP及其软件解码 531

10.3.1 BL50462AP特点及引脚 531

10.2.4 X1205与CPU的接口 531

介绍 531

10.3.2指令码组成 532

10.3.3发射与接收电路 533

10.3.4解码电路 534

10.3.5解码原理 534

10.3.6程序设计 535

1 0.4微控制器监控电路及其 538

应用 538

10.4.1 MAX703～709/813L监控电路及其应用 538

1 0.4.2 MB3773电源监视器及其应用 541

习题 542

第11章现场总线技术 543

11.1 现场总线的现状与发展 543

11.1.1现场总线的产生 543

11.1.2现场总线的特点和优点 544

11.1.3现场总线标准的制定 545

11.1.4现场总线网络的实现 547

11.1.5现场总线的现状 548

11.2数字通信基础 553

11.1.6现场总线技术的发展趋势 553

11.2.1基本概念 553

11.2.2通信系统的组成 555

11.2.3数据编码 556

11.2.4局域网及其拓扑结构 558

11.2.5网络传输介质 560

11.2.6介质访问控制方式 562

11.2.7 CRC校验 563

11.3串行通信接口 564

11.3.1 RS-232C串行通信接口 565

11.3.2 RS-485串行通信接口 566

11.4 Modbus通信协议 568

11.3.3 串行异步通信协议 568

11.4.1概述 568

11.4.2两种传输方式 569

11.4.3 Modbus消息帧 570

11.4.4错误检测方法 573

11.5 CAN现场总线 576

11.5.1 CAN的技术规范 576

11.5.2 CAN通信控制器SJA 1000 588

11.5.3 CAN BUS器件 601

11.5.4 CAN应用节点设计 604

11.6 LonWorks 610

11.6.1 LonWorks节点 611

11.6.3 LonTalk协议 616

11.6.2路由器 616

11.6.4通信端口与收发器 619

11.6.5面向对象的开发语言一NeuronC 623

11.6.6 LonWorks开发工具 624

11.6.7 LonWorks应用节点设计 625

11.6.8基于PCI总线的LON网络智能适配器 631

11.6.9设备驱动程序WDM的 636

开发 636

11.7 PROFIBUS现场总线 639

11.7.1 PROFIBUS概述 639

11.7.2从站通信控制器SPC3 645

11.7.3 主站通信控制器ASPC2 660

11.7.4 PROFIBUS-DP开发包4 662

11.7.5 PROFIBUS-DP从站的开发 667

11.8 M-BUS收发器TSS721A 675

11.8.1引脚介绍 675

11.8.2数据传输模式 676

11.8.3 从机3.3V电源 677

11.8.5应用电路 679

11.8.4防掉电功能 679

11.8.6应用领域 680

习题 681

12.1 干扰的分类 683

性设计 683

12.1.1 按干扰产生的原因分类 683

12.1.2按干扰传导模式分类 683

第12章测控系统的抗干扰与可靠 683

12.1.3按干扰波形及性质分类 684

12.2干扰的耦合方式 684

12.2.2公共阻抗耦合方式 685

12.2.1 直接耦合方式 685

12.2.3 电容耦合方式 685

12.3计算机测控系统可靠性 686

12.2.6漏电耦合方式 686

设计 686

12.3.1可靠性设计任务 686

12.2.5辐射耦合方式 686

12.2.4电磁感应耦合方式 686

12.3.2可靠性设计技术 687

12.4电磁兼容性设计 688

12.4.1 电磁兼容及相关概念 688

12.4.2电磁兼容控制技术 690

12.5抗干扰的硬件措施 691

12.5.1抗串模干扰的措施 691

12.5.2抗共模干扰的措施 700

12.5.3采用双绞线 701

12.5.4反射波干扰及抑制 703

1 2.5.5正确连接模拟地和数字地 705

12.5.6电源的抗干扰措施 706

12.5.7压敏电阻及其应用 707

12.5.8TVS瞬变电压抑制器及其应用 708

12.6抗干扰的软件措施 710

12.6.1 数字信号输入输出中的软件抗干扰措施 710

12.6.2 CPU的抗干扰技术 711

12.7测控系统的容错设计 712

12.7.1硬件故障的自诊断技术 712

12.7.2软件的容错设计 714

习题 715

13.1.1测控任务的确定 716

13.1测控系统设计的方法 716

13.1.2选择系统的主机机型 716

第13章测控系统设计与实例 716

13.1.3确定控制算法 717

13.1.4系统总体方案设计 717

13.1.5硬件设计 718

13.1.6软件设计 719

13.1.7选择工业自动化仪表 719

13.2计算机油井工况综合监测 720

13.1.8系统调试 720

系统 720

13.2.2硬件组成 721

13.2.1系统功能 721

13.2.3软件设计 726

网络仪表 728

13.3 PMM2000多功能电力监控 728

13.3.1系统功能特点 728

13.3.2系统硬件结构 728

13.3.3软件设计与算法 732

1 3.4工业锅炉计算机控制系统的设计 734

13.3.4应用 734

13.4.1工业锅炉的工作过程 734

13.4.2工业锅炉计算机控制的意义 736

13.4.3工业锅炉计算机控制系统的基本功能 737

13.4.4直接数字控制（DDC）系统的设计 739

13.4.5系统总体设计 741

参考文献 744

6.2.4 LED显示驱动器MAX 7219

4.3 可编程计数器／定时器 8253