《数据采集与控制》

第一章概论1

1 概述1

2 典型的计算机数据采集与控制系统2

一、多通道数据记录仪2

二、测量过程的自动校零3

三、同步质子加速器计算机控制系统4

3 计算机控制系统的分类6

一、数据采集系统6

二、数字控制系统6

三、监督控制系统7

四、分级控制系统8

五、分布式控制系统9

六、计算机网络9

4 数据采集与控制的发展趋势10

一、采用微型计算机和大规模集成电路10

二、多机应用10

三、专家智能11

思考题11

第二章数据采集系统的基本问题12

1 信号12

一、信号源12

二、时域信号的表现形式13

三、数据采集系统中常见的连续信号15

四、信号品质的表征17

2 信号传输18

一、问题的提出18

二、模拟信号的传输19

三、数字信号的传输19

3 信号调理22

一、信号调理电路的组成22

二、信号调理电路的输出幅度及输入信号的允许误差24

一、采样输出函数26

4 采样的基本概念26

二、采样定理及有关问题28

三、采样频谱的混迭29

四、有限宽度的采样和孔径时间31

5 量化和编码33

一、量化33

二、量化误差34

三、编码37

6 信号恢复41

7 数据采集系统的主要参数45

习题49

一、传感器的概念50

2 传感器的作用及其发展50

第三章数据采集通道的主要部件50

1 概述50

二、传感器的分类51

三、传感器的发展趋向51

3 温度传感器52

一、热敏电阻52

二、热电偶55

三、IC温度传感器56

4 位移传感器57

一、应变片57

二、电磁速度敏感元件59

三、电容式位移传感器60

四、数字式位移传感器61

5 流量传感器62

一、压力应变片传感器62

二、流量传感器63

三、液面传感器64

6 光传感器65

一、光敏电阻66

二、光敏二极管和光敏三极管66

三、光电倍增器67

7 光导纤维传感器69

8 模数转换器71

9 数据采集系统中的模数转换器74

一、双极性逐次比较式A/D转换器74

二、提高A/D转换速度76

三、比列式A/D转换器78

四、对数式A/D转换器79

10 A/D转换器的应用举例82

一、模拟信号的数字处理82

二、精密测量装置83

三、瞬态波形记录仪84

习题86

第四章数据采集系统的设计87

1 概述87

2 系统方案选择87

一、基本的数据采集系统87

二、微机化的数据采集系统88

三、多输入通道数据采集系统89

四、巡回检测89

五、两级数据采集系统90

一、系统的分辨力92

二、采集精度92

3 数据采集系统的硬件设计92

三、采集速率93

四、系统的定时和控制95

4 数据采集系统的软件设计96

一、程序设计语言96

二、程序设计过程97

三、程序结构的考虑97

四、应用程序设计举例98

一、模块式芯片101

5 模块式数据采集系统101

二、模块式数据采集系统AD364102

三、AD364的应用103

6 高速数据采集系统的实现方法106

一、DMA方法106

二、取样式A/D转换115

7 数据采集系统设计举例117

一、采集速率的选择117

二、巡回检测输入电路的设计119

三、输出缓冲器的设计122

四、单片机数据采集系统的硬件和软件设计127

习题128

第五章自动控制系统基础知识129

1 自动控制的意义129

2 开环控制系统和闭环控制系统129

3 闭环控制系统的组成及主要指标134

一、控制系统的组成134

二、描述控制系统的三个基本量134

三、自动控制系统的主要性能指标135

4 控制系统的数学描述137

一、数学模型的描述方法137

二、闭环系统的传递函数138

三、系统的干扰信号及数学描述139

四、前馈控制系统及其传递函数140

5 控制器的类型141

一、控制器的典型环节141

二、PID控制器146

6 执行器147

一、功率放大器147

二、电动机150

三、数模转换器151

习题165

一、回顾167

二、为什么要采用微型计算机控制系统167

1 微型计算机自动控制系统的特点167

第六章微型计算机自动控制系统167

三、计算机的控制过程168

四、微型计算机在控制中的典型应用方式168

2 微型计算机控制系统的数学描述170

一、微型计算机控制系统的组成170

二、模入和模出通道的数学描述171

三、计算机传递函数的离散形式G（Z）173

四、计算机传递函数离散形式的另一种求取方法174

一、数字PID控制算法176

3 几种常用控制算法176

二、PID控制算法的改进178

三、数字控制器的直接设计方法186

4 数字滤波194

一、算术平均法194

二、中值滤波法195

三、防脉冲干扰平均值法196

四、惯性滤波法196

五、程序滤波法196

习题197

三、可靠性要高199

一、系统操作性能要好199

二、通用性要好，便于扩充199

1 微型计算机控制系统设计的基本要求199

第七章微型计算机控制系统设计199

四、设计周期要短，价格要低廉200

2 微型计算机控制系统设计的一般步骤201

一、确定控制任务201

二、选择微处理器和外围设备201

三、建立数学模型确定控制算法202

四、系统总体方案设计202

五、硬件和软件的具体设计203

3 微型计算机系统的设计203

一、系统的选择和配置203

二、总线负载能力的考虑205

三、专用微型计算机系统的设计207

4 微型计算机控制系统的抗干扰技术211

一、提高微型计算机控制系统可靠性的措施211

二、抗干扰措施212

5 微型计算机控制系统设计举例217

一、伺服系统数字控制器的设计217

二、计算机控制的机械手设计219

三、炉温控制系统的设计222

附录A 拉氏变换和Z变换表227

附录B一、常用微处理器的基本性能228

二、常用单片微型计算机的基本性能231

参考资料232