單片微型計算機控制系統(tǒng)設計

第1章  緒論  1
1.1  單片機的概念  1
1.1.1  微型計算機的分類  1
1.1.2  單片機的組成  2
1.1.3  單片機的特點  2
1.2  單片機的發(fā)展概況  3
1.2.1  4位單片機  3
1.2.2  8位單片機  3
1.2.3  16位單片機  4
1.2.4  32位單片機  4
1.3  單片機的應用  4
第2章  8XC196KX系列單片機結(jié)構(gòu)  7
2.1  8XC196KX系列單片機概述  7
2.2  8XC196KB單片機的功能結(jié)構(gòu)及特點  9
2.2.1  硬件結(jié)構(gòu)  9
2.2.2  軟件結(jié)構(gòu)  15
2.2.3  主要功能特點  16
2.3  中央處理單元(CPU)  17
2.3.1  CPU總線  17
2.3.2  寄存器算術(shù)邏輯單元(RALU)  17
2.3.3  寄存器(RAM)  18
2.3.4  窗口選擇寄存器與窗口地址  22
2.3.5  控制單元（CR）  23
2.3.6  時鐘發(fā)生器  23
2.3.7  復位  24
2.4  存儲器及其接口功能  26
2.4.1  存儲器空間  26
2.4.2  存儲器控制與管理  26
2.4.3  芯片配置寄存器(CCR)  30
第3章  指令系統(tǒng)  33
3.1  基本概念  33
3.1.1  操作數(shù)類型  33
3.1.2  程序狀態(tài)字寄存器(PSW)  34
3.2  尋址方式  35
3.2.1  約定說明  35
3.2.2  6種尋址方式  37
3.3  指令系統(tǒng)詳述  38
3.3.1  數(shù)據(jù)傳送指令  38
3.3.2  算術(shù)運算指令  43
3.3.3  邏輯運算指令  55
3.3.4  移位指令  59
3.3.5  調(diào)用與轉(zhuǎn)移指令  61
3.3.6  特殊控制指令  66
3.3.7  進入空閑/掉電方式指令  68
第4章  8XC196KB的功能部件  69
4.1  8XC196KB中斷系統(tǒng)  69
4.1.1  中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖  69
4.1.2  中斷系統(tǒng)功能  69
4.1.3  中斷登記寄存器和中斷屏蔽寄存器  74
4.1.4  中斷時序和中斷服務程序設計  76
4.2  高速輸入通道  78
4.2.1  定時器  78
4.2.2  輸入輸出控制寄存器和狀態(tài)寄存器  81
4.2.3  高速輸入通道專用寄存器  83
4.2.4  高速輸入部件的結(jié)構(gòu)及工作原理  84
4.3  高速輸出通道  86
4.3.1  有關(guān)的專用寄存器  86
4.3.2  HSO部件的結(jié)構(gòu)及其工作原理  87
4.4  輸入輸出接口和多功能接口  89
4.4.1  端口0  89
4.4.2  端口1  90
4.4.3  端口2  91
4.4.4  端口3和端口4  91
4.5  串行通信與并行通信  91
4.5.1  用于串行通信的專用寄存器  91
4.5.2  串行接口電路的工作方式  93
4.6  模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器  95
4.6.1  模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器邏輯框圖  95
4.6.2  工作原理  95
4.6.3  模數(shù)轉(zhuǎn)換器專用寄存器  96
4.7  數(shù)模轉(zhuǎn)換器  97
4.7.1  專用寄存器  97
4.7.2  PWM波發(fā)生器及其工作原理  98
4.8  總線交換協(xié)議  99
4.8.1  硬件支持  99
4.8.2  總線轉(zhuǎn)讓過程  100
4.8.3  總線的歸還與禁止  100
4.9  特殊運行方式  101
4.9.1  空閑方式  101
4.9.2  掉電方式  101
4.9.3  測試方式與在線仿真方式  102
第5章  單片機擴展技術(shù)  103
5.1  存儲器擴展  103
5.1.1  存儲器概述  103
5.1.2  常用存儲器芯片簡介  106
5.1.3  存儲器的地址譯碼方法  111
5.1.4  存儲器與系統(tǒng)的連接  115
5.2  并行接口的擴展  120
5.2.1  8255A芯片可編程并行I/O接口擴展  120
5.2.2  8155/8156芯片可編程并行I/O接口擴展  125
5.2.3  用串行口擴展并行I/O接口  130
5.2.4  用74系列器件擴展并行I/O接口  132
5.3  串行接口的擴展  134
5.3.1  8251芯片結(jié)構(gòu)  134
5.3.2  8251芯片的控制字和狀態(tài)字  136
5.3.3  8251芯片的工作模式  137
5.3.4  8251芯片與單片機的接口方法  138
5.4  定時器/計數(shù)器的擴展  140
5.4.1  8253芯片的結(jié)構(gòu)和特性  140
5.4.2  8253芯片的控制字  141
5.4.3  8253芯片的工作模式  142
5.4.4  8XC196KB單片機與8253芯片的接口方法  143
第6章  人機聯(lián)系設備與接口  146
6.1  鍵盤及其接口技術(shù)  146
6.1.1  消除按鍵抖動的措施  146
6.1.2  矩陣式鍵盤工作原理  148
6.1.3  按鍵的識別方法  148
6.1.4  鍵盤工作方式  149
6.1.5  鍵盤接口及編程方法  150
6.1.6  雙功能鍵的設計及重鍵處理技術(shù)  154
6.2  顯示器接口設計  154
6.2.1  LED段顯示器結(jié)構(gòu)與原理  155
6.2.2  LED顯示器的顯示方式  157
6.2.3  LED顯示器接口及編程方法  158
6.3  單片機系統(tǒng)中鍵盤/顯示器接口技術(shù)  160
6.3.1  用80C196串行口控制的鍵盤/顯示器電路  160
6.3.2  用8155芯片構(gòu)成的鍵盤/顯示器接口電路  164
6.3.3  用8279芯片組成的鍵盤/顯示器接口電路  169
6.4  打印機接口技術(shù)  181
6.4.1  TPμP-40A微型打印機與8XC196單片機的接口  181
6.4.2  PP40與8XC196單片機的接口  185
第7章  輸入輸出通道配置技術(shù)  187
7.1  模擬量輸入通道  187
7.1.1  信號處理裝置  188
7.1.2  多路轉(zhuǎn)換器  188
7.1.3  前置放大器  190
7.1.4  采樣/保持電路  194
7.1.5  A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標及接口邏輯設計要點  196
7.1.6  典型A/D轉(zhuǎn)換器接口電路設計  198
7.2  模擬量輸出通道  211
7.2.1  D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標  211
7.2.2  典型D/A接口電路設計  212
7.3  數(shù)字量輸入輸出通道  223
7.3.1  數(shù)字量輸入通道   223
7.3.2  數(shù)字量輸出通道  224
第8章  數(shù)據(jù)處理方法  226
8.1  數(shù)字濾波  226
8.1.1  程序判斷濾波  226
8.1.2  算術(shù)平均值濾波  228
8.1.3  加權(quán)平均值濾波  230
8.1.4  中值濾波  230
8.1.5  去極值平均濾波  232
8.1.6  滑動平均濾波  233
8.1.7  低通數(shù)字濾波  233
8.2  標度變換  233
8.2.1  線性參數(shù)標度變換  234
8.2.2  非線性參數(shù)標度變換  234
8.3  線性化處理  236
8.3.1  計算法  236
8.3.2  插值法  237
8.4  越限報警處理  239
8.4.1  全軟件報警程序  239
8.4.2  直接報警程序  242
第9章  控制算法  244
9.1  數(shù)字PID及其算法  245
9.1.1  PID算法的數(shù)字化  245
9.1.2  PID算法程序設計  247
9.1.3  PID控制規(guī)律的脈沖傳遞函數(shù)  251
9.1.4  數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個實際問題  252
9.1.5  PID參數(shù)的整定  255
9.2  直接數(shù)字控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)  260
9.3  最小拍計算機控制系統(tǒng)的設計  261
9.3.1  最小拍控制系統(tǒng)數(shù)字控制器分析  261
9.3.2  最小拍控制系統(tǒng)數(shù)字控制器的設計  263
9.4  最小拍無紋波計算機控制系統(tǒng)的設計  267
9.4.1  單位階躍輸入最小拍無紋波系統(tǒng)的設計  268
9.4.2  單位速度輸入最小拍無紋波系統(tǒng)的設計  268
9.4.3  最小拍無紋波系統(tǒng)設計舉例  269
9.5  大林(Dahlin)算法  275
9.5.1  大林算法的D(z)基本形式  275
9.5.2  振鈴現(xiàn)象及其消除方法  277
9.5.3  大林算法的設計步驟  279
9.6  數(shù)字控制器D(z)在單片機上的實現(xiàn)方法  280
9.6.1  直接程序設計法  281
9.6.2  串行程序設計法  282
9.6.3  并行程序設計法  283
9.6.4  數(shù)字控制器的設計  285
9.7  模糊控制技術(shù)  286
9.7.1  模糊控制的基本思想  287
9.7.2  模糊邏輯的基本概念  288
9.7.3  模糊控制系統(tǒng)的基本組成  289
9.7.4  模糊控制的特點  291
9.7.5  模糊控制算法的設計  292
9.7.6  模糊控制器的一般設計方法  299
第10章  計算機控制系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)  304
10.1  可靠性與抗干擾技術(shù)概述  304
10.1.1  干擾竄入計算機控制系統(tǒng)的主要途徑  304
10.1.2  干擾的耦合方式  306
10.2  計算機控制系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)  307
10.2.1  過程通道干擾的抑制  307
10.2.2  反射波干擾的抑制  309
10.2.3  空間干擾的抑制  312
10.3  計算機控制系統(tǒng)的接地和電源保護技術(shù)  312
10.3.1  計算機控制系統(tǒng)的接地技術(shù)  312
10.3.2  計算機控制系統(tǒng)的電源保護技術(shù)  314
10.4  計算機控制系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù)  316
第11章  計算機控制系統(tǒng)的設計  320
11.1  計算機控制系統(tǒng)設計方法  320
11.2  單片機溫度控制系統(tǒng)  325
11.2.1  系統(tǒng)組成及工作原理  325
11.2.2  溫度控制的算法和程序  328
11.3  伺服電機控制系統(tǒng)設計  330
11.3.1  工藝介紹  330
11.3.2  硬件設計  331
11.3.3  軟件設計  335
11.3.4  六坐標機器人的分布式控制系統(tǒng)  338
參考文獻  343