第1章 绪论 1
1.1数字控制的必要性及优点 1
1.2目前比较流行的几种数字控制实现简介 1
1.3一般单个数字控制系统的硬件构成 2
1.4集中式多系统数字控制及主从分布式多系统数字控制结构 2
1.5数字控制方案选择 3
1.5.1工业控制计算机及DsPACE实时仿真系统用于数字控制时的优缺点 4
1.5.2 PC/104控制计算机用于数字控制时的优缺点 4
1.5.3 MCS-51系列单片机用于数字控制时的优缺点 5
1.5.4 MCS-96系列16位单片机用于数字控制时的优缺点 5
1.5.5 DSP（或DSC）微处理／控制器或32位单片机用于数字控制时的优缺点 6
1.6数字控制设计的主要内容及一般过程 7
第2章 数字控制硬件设计基础 8
2.1数字控制中常用微处理器的接口引脚功能及引脚设置 8
2.1.1 80C31单片机用于扩展的主要信号引脚定义、功能及封装 8
2.1.2 80C196KC单片机用于并行扩展的主要信号引脚定义、功能及封装尺寸 9
2.1.3 DSPLF2407A数字信号控制器用于扩展的主要信号引脚定义、功能及封装 11
2.1.4工业控制计算机、PC/104的ISA总线引脚及物理尺寸定义 15
2.2关于TTL数字接口芯片驱动问题 21
2.2.1一般TTL芯片的输出、输入结构 22
2.2.2其他电路驱动TTL芯片 22
2.2.3 TTL电路驱动其他接口电路 23
2.2.4 TTL电路驱动TTL电路时的驱动能力 23
2.3 5V、3.3V混合供电系统中的电平兼容问题 24
2.4关于OC输出结构的数字器件的使用 24
2.5关于微处理器芯片本身的准双向口及其操作说明 25
2.6数字控制中几种常用微处理器的中断结构特点及区别 25
2.6.1 80C31单片机中断系统特点 26
2.6.2 80C196KC单片机中断系统特点 26
2.6.3 DSPLF2407A数字信号控制器中断系统特点 26
第3章 数字控制基本硬件扩展设计 28
3.1数字控制中常用微处理器的最小系统设计 28
3.1.1微处理器的时钟电路设置与连接 28
3.1.2微处理器的复位电路设置与连接 29
3.2微处理器总线驱动能力扩展 31
3.3常用微处理器的程序存储扩展技术 34
3.3.1 MCS-51系列单片机数字控制系统的程序存储扩展 36
3.3.2 MCS-96系列单片机数字控制系统的程序存储扩展 36
3.3.3 DSPLF2407A微控制器数字控制系统的程序存储扩展 39
3.3.4执行代码可切换程序存储扩展技术 39
3.4数字控制中常用微处理器的数据存储扩展 40
3.4.1 MCS-51系列单片机数字控制系统的数据存储扩展 41
3.4.2 MCS-96系列单片机数字控制系统的数据存储扩展 43
3.4.3 DSPLF2407A微控制器数字控制系统的数据存储扩展 43
3.4.4超出微处理器最大寻址空间的数据存储扩展技术 45
3.5一般并行数字I/O扩展 51
3.5.1一般并行数字I/O扩展的基本设计方法 51
3.5.2 MCS-51及MCS-96系列单片机的并行数字I/O扩展设计 52
3.5.3 DSPLF2407A的并行数字I/O扩展设计 55
3.5.4工业控制计算机或PC/104的一般数字I/O接口扩展设计 56
3.6数字控制的模拟输入、输出接口扩展 58
3.6.1常用A/D、D/A接口芯片及同微处理器的接口方法 58
3.6.2 A/D、D/A转换器的精密参考电源 62
3.7数字电路的EPLD实现 64
3.7.1 EPLD器件的分类 65
3.7.2 EPLD器件的选择 66
3.7.3 EPLD器件的开发工具及流程 66
3.7.4 EPLD器件的设计输入 67
3.7.5 EPLD器件设计文件的编译及编程 67
3.7.6 EPLD编程器的安装 68
3.8单片机系统的加密技术 69
3.8.1程序隐藏法 69
3.8.2硬、软件同时加密技术 70
第4章 数字控制中的多处理器数据通信 74
4.1引言 74
4.2并行通信的基本原理及接口设计 74
4.2.1并行通信的基本构成 74
4.2.2并行通信的优、缺点 75
4.2.3单主模式并行通信设计 75
4.2.4单主模式多机并行通信的信息传递控制 77
4.2.5多主模式并行通信硬件设计 77
4.2.6多主模式并行通信优先级仲裁电路 79
4.2.7多主模式多机并行通信的信息传递控制 79
4.3异步串行通信的基本原理及接口设计 80
4.3.1串行通信的优缺点 80
4.3.2近距离串行通信的硬件连接 81
4.3.3单主多机远距离串行通信的硬件连接 81
4.3.4单主多机串行通信的信息传递控制 83
4.3.5单主异步串行通信的信号同步 84
4.3.6单主异步串行通信的纠错处理 84
4.3.7单主异步串行通信电平转换接口芯片选择 84
4.3.8多主异步多机串行通信 86
4.3.9多机CAN总线串行通信的优点 86
4.3.10多机CAN总线串行通信的硬件连接 87
4.3.11多机CAN总线串行通信优先级仲裁 88
4.3.12多机CAN总线串行通信的信息传递控制 89
4.3.13 CAN总线串行通信的信号同步 90
4.3.14 CAN总线串行通信的纠错处理 90
4.3.15 CAN总线串行通信接口芯片选择 90
第5章 数字控制的算法实现及软件设计 93
5.1引言 93
5.2数字控制的控制器设计及数字化处理方法 93
5.2.1零阶保持器的近似 93
5.2.2控制器的数字化处理方法及逼近度讨论 94
5.3采样周期选取 95
5.4数字控制算法的实现 96
5.4.1一般的单输入、单输出数字控制算法基本表达 96
5.4.2数字控制算法的并联实现表达 96
5.4.3数字控制算法的递阶表达 98
5.4.4双反馈环数字控制的并行算法表达 98
5.5数字控制算法的双处理器并行实现 99
5.5.1双处理器并行实现的数字控制系统构成 99
5.5.2数字控制系统双处理器并行实现的硬件结构 99
5.6数字控制软件设计基础 100
5.6.1数字控制器软件实现的主要设计内容及设计原则 101
5.6.2完整的数字控制软件构成及基于汇编语言设计的注意事项 101
5.6.3数字控制软件实现中的控制器参数及控制变量序列设置 101
5.7基于80C196KC汇编语言的数字控制软件设计 102
5.7.1适合80C196KC汇编语言的浮点数数据结构 102
5.7.2 80C196KC汇编语言的浮点数运算方法及规则 103
5.7.3 80C196KC汇编语言的浮点数运算子程序 103
5.8基于DSPLF2407A汇编语言的数字控制软件设计 107
5.8.1适合DSPLF2407A汇编语言的浮点数数据结构 107
5.8.2 DSPLF2407A汇编语言6字节浮点控制器算法实现子程序 108
5.9基于工业控制计算机或PC/104的数字控制软件设计 114
5.9.1基于工业控制计算机的数字控制软件设计 114
5.9.2基于PC/104的数字控制软件设计 120
5.10数字控制实现中控制变量序列的初值处理 120
第6章 数字控制系统的电磁兼容设计 122
6.1电源部分的电磁兼容设计 122
6.1.1稳压电源输出端滤波处理措施 123
6.1.2稳压电源交流输入端的滤波处理 123
6.1.3稳压电源的二次稳压处理 124
6.2数字电路部分的电磁兼容设计 124
6.2.1数字电路原理设计阶段的电磁兼容考虑 124
6.2.2数字电路印刷电路板设计阶段的电磁兼容考虑 125
6.3模拟电路部分的电磁兼容设计 127
6.3.1运算放大器电路原理设计阶段的电磁兼容考虑 128
6.3.2运算放大器电路印刷PCB板设计阶段的电磁兼容考虑 128
6.4基于PWM的电机驱动系统的电磁兼容设计 129
6.4.1辐射干扰的抑制措施 129
6.4.2传导干扰的抑制措施 129
6.4.3基于PWM的驱动器电磁兼容的系统设计 130
6.5软件设计上的抗干扰措施 130
6.5.1数据采集或反馈信号中的干扰去除 130
6.5.2数据通信的软件抗干扰措施 131
6.5.3程序运行失常的软件抗干扰措施 131
6.5.4信号状态采样判别中的抗瞬态干扰措施 131
6.6外部信号走线的电磁兼容设计 131
6.7几个电磁兼容问题解决实例 132
6.7.1继电器线圈的电磁干扰抑制 132
6.7.2数字控制机械执行机构部分的接地处理 133
6.7.3控制箱壳体接地处理 134
6.7.4角位置数字化测量的前置放大电路的抗干扰措施 134
6.7.5角度方向判别处理中的瞬态干扰抑制 135
6.7.6 PWM电机驱动系统中的一个问题解决 136
第7章 数字控制系统中常用的模拟电路 138
7.1前言 138
7.2运算放大器电路设计的一般原则 138
7.2.1运算放大器电路主要指标 138
7.2.2运算放大器输入电压限制及保护措施 138
7.2.3运算放大器的选取原则 139
7.3常见的几种电路介绍 139
7.3.1单位增益隔离器 139
7.3.2基本反相放大器电路 140
7.3.3基本同相放大器电路 140
7.3.4差分放大器电路 141
7.3.5相敏解调放大器电路 142
7.3.6仪用放大器电路 143
7.3.7绝对值放大电路 144
7.3.8移相电路 145
7.3.9低通滤波器电路 146
7.3.10高通滤波器电路 148
7.3.11带通滤波器电路 149
第8章 回转运动控制的角位置数字反馈信号测量 151
8.1引言 151
8.2基于旋转变压器及感应同步器的鉴幅式双通道测角系统原理及实现 152
8.2.1轴角变换器AD2S80简介 152
8.2.2 AD2S80闭环测角原理及闭环系统特性分析 153
8.2.3 AD2S80的外围电路参数选取 155
8.2.4轴角变换器AD2S80的调零 157
8.2.5最高速率限制 157
8.2.6分辨率设置的注意事项 158
8.2.7输入信号接法同角度增大方向的关系及增大方向调整 159
8.2.8鉴幅式角位置数字测量系统整体硬件结构 160
8.2.9鉴幅式角位置数字测量系统激磁电源及角度反馈信号处理模拟电路设计 160
8.2.10鉴幅式角位置数字测量的误差分析及补偿 162
8.2.11双通道测角数据耦合处理 163
8.3基于旋转变压器及感应同步器的混合式双通道测角系统原理及实现 167
8.3.1精测角系统基本原理 167
8.3.2闭环激磁电源设计 167
8.3.3精测反馈前置放大器设计 177
8.3.4精测反馈回路的滤波、检零电路设计 177
8.3.5混合式双通道测角系统角度编码电路硬件结构原理 178
8.3.6混合式双通道测角系统的辅助功能设计 179
8.3.7误差补偿参数调试方法 179
8.3.8混合式角位置数字测量的动态误差及自动补偿 184
8.4测角传感器安装及接线对信号质量的影响 188
第9章 闭环系统数字控制设计实例 190
9.1设计任务提出 190
9.2总体方案设计 190
9.2.1总体构成 190
9.2.2电机参数及驱动方式选择 190
9.2.3角位置反馈系统方案选择 191
9.2.4速度反馈传感器选择 191
9.2.5数字控制处理器选择及数字控制系统整体硬件结构 191
9.3数字控制系统硬件设计 192
9.3.1角度测量及反馈系统接口硬件 192
9.3.2上位机指令给定及读取角度信息的串-并转换接口硬件设计 192
9.3.3 DSPLF2407A处理器本身的最小系统及外扩展接口设计 195
9.3.4数字控制系统的电源管理硬件设计 202
9.4控制器结构及参数设计 203
9.4.1精密位置控制的双控制器切换规则 204
9.4.2粗位置控制器结构及参数设计 204
9.4.3位置控制的精控制器设计 205
9.5数字控制系统软件设计 207
9.5.1上位机人机交互界面设计 207
9.5.2串-并转换单元的软件设计 215
9.5.3主控数字系统的软件设计 219
9.6闭环数字控制系统的实际调试 225
9.6.1闭环数字控制系统调试的一般步骤 226
9.6.2利用仿真器调试数字控制系统时的一些注意事项 226
9.6.3调试过程中的其他值得考虑的问题 227
9.6.4转台闭环数字控制的位置响应实测曲线 228
9.7闭环数字控制系统的性能测试 229
9.7.1角位置定位精度检测 229
9.7.2角位置定位重复性检测 230
9.7.3速率准确度及平稳性检测 231
9.7.4速率分辨力检测 231
参考文献 233