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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EPROM113

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RAM118

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SRAM121

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CPU124

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 RAM127

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 16C552202

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AD574A428

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

ADS7864433

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

AD7714439

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

ADS1216456

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

ADS7822470

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

DAC1208474

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

DAC7624477

8.12.1引脚介绍478

8.12.2应用说明479

8.12.3 DAC7624/25与 CPU480

的接口480

8.13 4路12位串行D/A转换器481

DAC7614481

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XTR110489

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 1000588

11.5.3 CAN BUS器件601

11.5.4 CAN应用节点设计604

11.6 LonWorks610

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NeuronC623

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SPC3645

11.7.3 主站通信控制器ASPC2660

11.7.4 PROFIBUS-DP开发包4662

11.7.5 PROFIBUS-DP从站的开发667

11.8 M-BUS收发器TSS721A675

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MAX7219

4.3 可编程计数器／定时器8253