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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