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第一篇　系统开发、接口和设计1

第一章　微机应用系统的开发1

第一节　系统要求和限制分析1

1.1　系统要求1

目录1

1.2　系统限制2

第二节　系统总体结构的确定2

2.1　硬件逻辑2

2.2　微计算机（微处理器）3

2.3　小型计算机4

3.2　I/O接口5

第三节　课题说明5

3.1　通信5

3.3　计算6

3.4　实时性6

3.5　环境6

第四节　主要依据7

4.1　寄存器结构7

4.2　寄存器精度9

4.3　对称性9

4.4　地址空间9

第五节　指令集合10

5.1　指令分类10

4.5　堆栈10

5.2　寻址方式11

第六节　支援软件12

6.1　ROM监控程序12

6.2　操作系统键盘13

6.3　语言13

6.4　应用软件13

第七节　结构13

7.1　单片机13

7.2　内／外部堆栈14

7.3　位片式处理器14

7.4　辅助微处理器14

7.6　外围设备15

7.5　多处理器15

第八节　系统接口16

第九节　开发工具16

9.1　仿真器16

9.2　调试软件17

9.3　模拟器17

第十节　微计算机形式的选择17

10.1　买一个已组装的微计算机17

10.2　购买多插件系统所组成的微计算机18

10.3　买一个单板微计算机18

10.4　用组件自己组装一个微计算机18

第十一节　微处理器系统的价格因素19

10.5　买一个单片微计算机19

第十二节　微处理器系统的一般设计步骤20

第十三节　基本微处理器系统的设计22

13.1　整个系统的说明22

13.2　硬件设计24

13.3　软件设计41

第二章　微处理器66

第一节　MCS-518位单片机66

1.1　8051主要特性67

1.2　内部数据存储器（片内RAM）69

1.3　特殊功能寄存器70

1.4　指令系统72

1.5　寻址方式80

1.6　控制信号81

1.7　中断系统83

1.8　I/O口结构和操作85

1.9　定时器／计数器85

1.10 串行接口90

第二节　8位微处理器名集96

2.1　6800/680296

2.2　6502105

2.3　65C02111

2.4　8080/8085116

2.5　Z80126

2.6　6809135

第三节　16位微处理器名集147

3.1 Intel 8086148

3.2　Motorola 68000149

3.3　Zilog Z8001/2150

第三章　接口电路和LSI外部设备组件153

第一节　接口电路综述153

1.1　外围设备驱动器153

1.2　传输电路153

1.3　显示驱动器156

第二节　外设驱动器的应用157

1.4　MOS存储器驱动器157

2.1　继电器驱动器158

2.2　电流读出告警驱动器158

2.3　负载的电气隔离159

2.5　高电流负载驱动器161

2.4　电平转换162

2.6　平衡传输线驱动器165

2.7　TTL电平与步进电机的转换166

第三节　显示驱动器167

3.1 VLED显示器167

3.2　真空荧光显示171

第四节　可编程键盘／显示接口8279/8279-5173

4.1　管脚功能说明174

4.2　工作方式175

4.3　硬件说明175

4.4　软件工作原理177

4.5　接口分析179

第五节　机床数控系统的多排显示——8279的应用184

5.1　硬件框图185

5.2　软件编程185

第四章　并行接口188

第一节　分类188

第二节　零线信号交换188

第三节　一线信号交换192

第四节　二线信号交换194

第五节　三线信号交换，Centronics并行接口197

第六节　IEEE-488-1978接口200

6.1　控制器、发话者、收听者201

6.2　传输信息202

第七节　并行I/O集成电路204

7.1 INTEL 8255A可编程外设接口206

7.2 MOTOROLA 6821并行接口转接器213

7.3 MOTOROLA 68230并行接口／定时器219

7.4 TI 9914A通用接口总线转接器225

第八节 实用IEEE 488通用接口总线的实现233

9.1 8291发话者／收听者组件236

第九节 IEEE-488总线接口组件236

9.2 68488通用接口转接器（GPIA）238

9.3 96LS488接口组件241

第五章 串行接口244

第一节　串行传输方式244

第二节　串行协议245

第三节　异步传输246

第四节　同步传输247

4.1　字节控制协议247

4.2　面向位协议247

第五节　RS-232C标准248

6.1　RS-449253

第六节　RS-422，RS-423，和RS-449标准253

6.2　RS-422A、RS-423A256

6.3　实际使用中存在的问题256

第七节　传输电路、EIA标准应用260

7.1　EIA（电子工业协会）标准应用261

7.2　RS-485标准267

7.3　同轴线269

第八节　电流环路270

第九节　串行I/O集成电路271

9.1　电平转换器272

9.2　接收器／发送器集成电路273

9.3　通用异步接收发送器（UART）273

9.4　6850ACIA（异步通信接口转接器）279

9.5　8250 ACE（异步通信转接器）283

第十节　同步数据接口291

10.1　8251 USART（通用同步／异步接收器发送器）292

10.2　2651 PCI（可编程接口）298

10.3　8251AUSART的应用299

10.4　多协议数据通信组件302

第十一节　波特速率发生器303

第十二节　含8251实际应用系统305

12.1　8253可编程定时器305

12.2　系统一307

12.3　系统二308

1.1　基本原理和转换功能312

第六章　模拟接口312

第一节　数模（D/A）转换器312

1.2　D/A转换器电路314

第二节　D/A转换器特性参数316

第三节 电流输出型D/A转换器319

3.1　MC1408 D/A转换器319

3.2　双极性D/A转换器321

第四节 电压输出型D/A转换器322

第五节　乘法型D/A转换器323

第六节　模数A/D转换器324

6.1　转换原理325

6.3　A/D转换器特性327

6.2　采样概念327

第七节　逐次逼近A/D转换器328

7.1　原理与特性328

7.2　AD571典型电路330

7.3　取样保持放大器331

7.4　逐次逼近A/D转换器实际电路332

第八节　积分型A/D转换器337

8.1　双积分型A/D转换器337

8.2　ADC1714？BCD码转换器338

第九节　并行比较型A/D转换器340

第十节　转换器选择341

第十一节　微处理器与数据转换器接口343

11.1　D/A转换器与微处理器的接口344

11.2 12位D/A转换器AD565与8位微处理器的接口345

11.3　A/D转换器与微处理器接口347

11.4　A/D转换器ADC7574与微处理器接口348

11.5　微处理器控制的逐次逼近的A/D转换器349

11.6　软件启动的A/D转换器350

11.7 自由运行平均A/D转换器353

11.8　ADC0844 8位A/D转换器与微处理器的接口357

第十二节　数据转换器的应用358

12.1　地址状态分析器358

12.2　图像接口358

13.2　硬件设计360

第十三节　非线性函数的实现360

13.1　AD5588位D/A转换器360

13.3　软件驱动A/D转换器362

13.4　非线性传递函数的实现363

第七章　微处理器系统中的误差校正372

第一节　利用奇偶校验检测误差372

第二节　汉明编码原理373

2.1　基本原理373

2.2　每个字含多个误差的保护374

第三节　汉明方程计算电路与校正电路375

第四节　8位字实时误差校正377

第五节　16位字实时误差校正379

第六节　汉明误差校正的硬件／固件方法380

第七节　8位硬件／固件混合系统383

第八节　循环冗余码检验385

8.1　基本原理385

8.2　硬件设计387

8.3　软件设计388

第八章　用运算处理器增强系统能力390

第一节　Am9511运算处理器390

1.1　管脚说明392

1.2　命令结构393

1.3　数据格式395

1.4　功能说明396

1.5　执行时间399

1.6　开关特性400

1.7　应用401

第二节　查询技术的系统设计403

2.1　硬件设计403

2.2　软件驱动器设计405

2.3　y＝？的计算412

2.4 Z＝ex/y＋（x/y）2的计算413

第三节　中断方式软件驱动器415

3.1 中断方式的软件驱动器设计415

3.2　中断服务程序417

第四节　中断方式软件驱动器的应用421

第五节　多微处理器系统中APU的应用422

第六节　多微处理器系统中计算实例424

第二篇427

第一章　机电一体化概论427

第一节　机电一体化的概念427

第二节　世界各国发展概况428

2.1　数控机床429

2.2　机器人429

2.3　汽车电子化430

2.4　世界电力电子技术的发展430

2.5　计算机辅设计与制造、柔性制造系统和计算机集成制造系统430

3.2　数显装置431

3.1　数控机床431

第三节　我国的发展概况431

2.6　家用电器的电子化431

3.3　工业机器人432

3.4　我国汽车电子化432

3.5　工业窑炉控制设备432

3.6　电力电子技术432

3.7　CIMS技术的开发应用432

3.8　主要问题与差距432

4.2　按照产品功能变化的特点分类433

4.4　按照机电产品的用途分类433

4.3　按照机械电子结合深度分类433

4.1　按照产品的功能分类433

第四节　机电一体化产品分类433

第二章　机床机电一体化435

第一节　概论435

第二节　数控机床工作原理436

第三节　数控系统主要部件介绍438

3.1　步进电机438

3.2　功率放大器442

3.3　宽调速直流和交流伺服电机调速系统450

3.4　滚珠丝杠460

3.5　控制计算机467

4.2　数控机床改造方案选择475

4.1　数控机床改造步骤475

第四节　数控机床的改造步骤和方案选择475

4.3　数控机床改造方案选择实例477

第三章　车床的机电一体化480

第一节　概述480

1.1　数控车床的组成481

1.2　数控车床的性能和精度选择481

第二节　传动系统483

第三节 自动转位刀架490

第四节　主轴变速系统494

第五节　车床数控系统497

5.1　主要技术参数及功能497

5.3　软件结构499

5.2　接口线路499

5.4　插补运算原理500

5.5　插补运算程序流程504

5.6　升降速电路506

5.7　螺纹加工508

第六节　程序输入510

6.1　纸带输入510

6.2　键盘输入512

第七节　显示517

7.1　CRT显示器的基本原理517

7.2　字符的产生517

7.3　显示存储器520

7.4　显示程序设计521

7.5　图形显示板的显示522

第八节　通用软件实例524

8.1　多坐标数控车床通用软件实例524

8.2　用MCS-51汇编语言编写的实用软件538

第四章　铣床和铇床的机电一体化575

第一节　概述575

第二节　传动系统577

3.1　数字积分法插补原理579

第三节　数控程序设计579

3.2　数控铣削中刀具半径自动偏移和尖角过渡590

3.3　镜象功能595

第四节　数控镗铣床596

第五章　钻床和镗床的机电一体化597

第一节　概述597

第二节　四轴数控钻床598

第三节　仿真编程599

3.1　初始化600

3.2　键盘扫描程序600

4.1　删孔程序601

4.2　增孔程序601

第四节　检查与修改程序601

3.3　计数存储程序601

第五节　加工程序602

5.1　返回原点程序602

5.2　返回加工点程序603

5.3　下钻、抬钻及移位603

第六节　光栅尺和其它数显尺603

6.1　光栅尺603

6.2　感应同步器604

6.3　磁尺605

第六章　磨床的机电一体化606

第一节　概述606

第二节　数控磨床改造607

第三节　磨床微机控制系统设计及应用实例610

3.1　磨削加工自动循环及切入过程控制610

3.2　磨床微机控制系统设计612

3.3　控制程序设计615

3.4　伺服电机数控缓进磨床（蠕动磨床）619

第七章　可编程控制器的应用621

第一节　概述621

第二节　应用实例621

2.1　大型炼钢电炉的控制621

2.2　分选机控制622

2.3　静压轴承油路控制622

2.4　油循环控制622

2.6　醋酸生产装置的控制623

2.5　上下料机械手控制623

2.7　混合液料控制624

2.8　压铸机控制624

2.9　单臂起重机质量考核控制625

2.10　抢答比赛系统控制625

2.11　饲料送料报警控制626

第三节　编程及指令系统626

3.1　编程器626

3.2　编程器的使用627

3.3　指令总表630

3.4　欧姆龙编程指令系统630

第四节　编程应用实例632

第八章　诊断与仿真模拟636

第一节　概述636

第二节　计算机数控系统的诊断636

2.2　故障的测试636

2.1　微处理器的故障637

2.3　编制测试诊断程序的原则638

2.4　检测诊断程序实例639

第三节　数控编程的动态图形模拟642

3.1　基本用途642

3.2　系统的特性和要求642

3.3　系统的硬件设计643

3.4　系统的软件设计645

3.5　数控加工程序动态图形模拟的实现646

第九章　两级微机控制系统655

第一节　概述655

1.1 自动检测与控制系统655

1.2　CAD/CAM系统655

1.3　故障诊断系统656

1.4　DNC及FMC等系统656

第二节　CAD/CAM系统656

2.1　图形生成656

2.2　回转体零件CAD/CAM系统的基本组成658

2.3　数据库及其命令文件658

2.4　绘图命令文件660

2.5　尺寸的智能化标注662

2.6　标题栏与齿轮精度表664

2.7　表面粗糙度、形位公差与技术要求665

2.8　设计实例——轴665

2.9　CAD和数控机床的接口668

2.10 自带图形库的CAD/CAM系统670

2.11　CAM控制中的基本问题690

第三节　柔性制造系统（FMS）703

第四节　机器人控制705

附录1　微处理器选择参考表707

附录2　常用汉字点阵信息748

参考文献754