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第一章 工业控制机及其发展1

1-1 工业控制机发展概述1

1-1-1 工业自动化与计算机1

1-1-2 工业控制机发展概况2

1-1-3 我国工业控制机的研制与发展对策4

1-2 工业控制机的组成、分类和特点7

1-2-1 工业控制机的组成7

1-2-2 计算机控制系统的基本结构模式8

1-2-3 工业控制机系统的分类9

1-2-4 工业控制机的特点18

1-3 开放式体系结构和组合设计方法19

1-3-1 关于推行开放式设计思想19

1-3-2 关于组合设计方法22

1-4 工业控制机技术发展趋势23

1-4-1 小型化23

1-4-2 组合化25

1-4-3 模块化25

1-4-4 标准化26

第二章 STD总线规范与工业控制机设计概要29

2-1 总线结构和典型微型机总线简介29

2-1-1 关于总线结构29

2-1-2 几种常用总线及其技术特点31

2-1-3 各种总线的采用情况35

2-2 STD总线标准36

2-2-1 STD总线引脚定义36

2-2-2 说明38

2-2-3 信号描述39

2-2-4 定时规范42

2-2-5 电气特性44

2-2-6 机械特性45

2-3 STD总线的技术特点47

2-4 STD总线如何支持各种字长的CPU51

2-4-1 8位STD总线51

2-4-2 16位STD总线--总线复用和周期窃取51

2-4-3 32位STD总线--STD32总线和局部总线方案52

2-4-4 STD总线与多处理器系统59

2-5 工业控制机中的半导体存储器60

2-5-1 工业控制用存储器的技术特点60

2-5-2 SRAM，EPROM，E2PROM和NOVRAM及其使用方法61

2-5-3 带后备电池的存储器模板设计64

2-5-4 通用SRAM掉电保护电路65

2-6 STD总线中断系统及其扩展68

2-6-1 串行和并行中断优先权68

2-6-2 兼容式中断系统的扩展69

2-7 工业控制机的基本系统组成71

2-7-1 工业控制机系统组成的特点71

2-7-2 基本系统的组成73

第三章 Z80基本系统设计79

3-1 系统硬件设计79

3-1-1 Z80 CPU板设计79

3-1-2 HD64180 CPU板设计85

3-2 Z80系统软件设计90

3-2-1 监控程序90

3-2-2 STD CP/M操作系统91

第四章 单片微控制器的STD总线工业控制机设计97

4-1 单片机与STD总线97

4-1-1 单片机的特点97

4-1-2 单片机如何与STD总线兼容97

4-2 STD MCS-51 CPU模板的设计101

4-2-1 MCS-51简介101

4-2-2 模板的硬件设计103

4-2-3 模板的软件108

4-3 STD MCS-96 CPU模板的设计110

4-3-1 MCS-96简介110

4-3-2 模板的硬件设计111

4-3-3 模板的软件115

4-4 单片机STD总线工业控制机的组成115

第五章 8088系列基本系统设计117

5-1 STD总线8088系列的设计原则与系统组成117

5-2 8088/V20 CPU板设计118

5-2-1 V20 CPU119

5-2-2 总线复用实现120

5-2-3 V20 CPU板的存储器123

5-2-4 计数器/定时器125

5-2-5 8级可屏蔽中断126

5-2-6 RS-232C接口和打印机接口129

5-3 V40 CPU板设计131

5-3-1 V40 (？PD70208)简介131

5-3-2 V40 CPU板设计138

5-4 半导体盘和软磁盘适配器设计142

5-4-1 半导体盘模板设计142

5-4-2 软盘控制器板147

5-5 STD系统Ⅱ系统软件153

5-5-1 STD系统Ⅱ的MS-DOS操作系统154

5-5-2 DOS命令分析156

5-5-3 DOS内存映象158

5-5-4 MS-DOS操作系统的移植158

5-5-5 STD系统的监控系统160

5-6 STD总线多主CPU系统161

5-6-1 多主CPU系统结构161

5-6-2 多主CPU系统特点163

5-6-3 多主CPU系统总线仲裁器设计164

5-6-4 多主CPU系统的存储器及I/O设计166

5-6-5 多主CPU系统通信邮箱设计166

5-6-6 多主CPU系统应用软件的开发与调试170

5-7 结构化高级语言及其固化运行171

第六章 人-机接口技术175

6-1 显示系统175

6-1-1 显示基本原理175

6-1-2 显示适配器模板设计178

6-2 汉字信息处理186

6-2-1 汉字信息处理系统的构成186

6-2-2 汉字显示与汉字字模库188

6-2-3 汉字打印189

6-3 键盘接口190

6-3-1 IBM PC/XT键盘及其接口190

6-3-2 非标准专用键盘及其接口设计191

6-4 打印控制器及Centronics接口194

6-4-1 打印机适配器构成194

6-4-2 并行打印机适配器接口信号分布194

第七章 开关量输入/输出模板及其反应196

7-1 开关量输入/输出196

7-1-1 开关量输入/输出概述196

7-1-2 开关量I/O模板的典型结构196

7-1-3 典型TTL电平接口I/O模板及其应用199

7-2 开关量输入信号调理201

7-3 开关量输出驱动电路203

7-3-1 常用驱动电路203

7-3-2 可控硅的控制方法206

7-3-3 固态继电器SSR的使用方法208

7-4 I/O模板智能化和大量开关变位信号的智能化处理方法215

7-4-1 智能化I/O模板--某些情况下的最佳选择215

7-4-2 开关变位的查询216

7-4-3 智能I/O模板和主CPU板间的通信216

7-4-4 I/O模板的智能化--一种发展趋势219

第八章 模-数、数-模及信号调理221

8-1 模拟输入/输出子系统的组成221

8-2 D/A转换原理和模板设计222

8-2-1 D/A转换原理222

8-2-2 集成电路D/A芯片225

8-2-3 多通道D/A转换器227

8-2-4 V/I转换器228

8-2-5 STD总线D/A转换模板230

8-2-6 光电隔离型D/A模板设计232

8-3 A/D转换原理233

8-3-1 双积分型A/D的工作原理234

8-3-2 逐次逼近型A/D的工作原理235

8-3-3 并行型A/D转换器236

8-3-4 串-并比较型A/D转换器的工作原理237

8-3-5 V/F型A/D转换器的工作原理238

8-4 工业控制用A/D模板的设计和使用方法239

8-4-1 12位32路高速A/D模板的设计与使用240

8-4-2 智能式A/D模板246

8-4-3 智能式4组6路同步数据采集模板248

8-5 信号调理的原理和电路250

8-5-1 信号调理中的常用电路和技术250

8-5-2 几种典型的信号调理模板及应用258

8-5-3 模块化信号调理器简介261

第九章 数据通信与分散式测控系统263

9-1 数据通信概述263

9-1-1 分散式测控系统的发展和数据通信263

9-1-2 数据通信方式264

9-2 串行数据通信265

9-2-1 异步传送与同步传送265

9-2-2 面向字符与面向位的传送266

9-3 典型串行通信接口模板举例269

9-4 RS-232C和Modem 20mA电流环271

9-4-1 RS-232C标准串行通信接口使用方法271

9-4-2 调制解调器272

9-4-3 无线通信276

9-5 RS-423/422/485串行通信接口及其应用277

9-5-1 平衡与不平衡接口电路277

9-5-2 RS-422和RS-485及其应用280

9-5-3 RS-422/485接口模板举例282

9-5-4 RS-422A在高速并行同步传送中的应用284

9-5-5 RS-232C/422A转换环节284

9-6 总线网的可靠性措施285

9-7 分散式测控系统与工业局部网络288

9-7-1 概述288

9-7-2 计算机网络协议及其层次结构291

9-7-3 IEEE802参考模型293

9-7-4 工业局部网络的选型考虑297

9-8 STD总线ARCnet的设计及应用299

9-8-1 引言299

9-8-2 STD总线ARCnet网络板的设计300

9-8-3 ARCnet网络的连接方式305

9-9 BITBUS通信网络的设计306

9-9-1 概述306

9-9-2 BITBUS通信规程307

9-9-3 8044 BEM简介309

9-9-4 BITBUS软件简介311

9-9-5 STD总线BITBUS模板设计312

9-9-6 改进的BITBUS网络315

9-9-7 BITBUS网络的互连和应用318

9-9-8 把BITBUS改进为令牌传送总线型网络320

9-10 现场总线及工业控制网络PROFIBUS的实现321

9-10-1 现场总线概述321

9-10-2 现场总线标准化的基本要求322

9-10-3 PROFIBUS及其实现327

第十章 工业控制的常用算法和软件332

10-1 DDC控制332

10-1-1 模拟调节器的离散化方法332

10-1-2 对象特性的实验测定340

10-2 PID算法341

10-2-1 连续PID控制器微分方程的离散化341

10-2-2 变形PID算法343

10-2-3 PID参数整定方法349

10-3 其它常用控制算法351

10-3-1 计算机控制系统的离散化设计方法351

10-3-2 最少拍伺服系统的设计352

10-3-3 无波纹快速数字伺服系统的设计358

10-3-4 改善过渡过程的换接程序361

10-3-5 大林算法363

10-4 自适应控制364

10-4-1 一种全系数的自适应控制方法365

10-4-2 自校正PID控制器367

10-5 组态控制软件370

10-5-1 控制算法模块库370

10-5-2 控制组态实施371

第十一章 应用系统设计372

11-1 应用系统的研制流程372

11-1-1 准备阶段372

11-1-2 设计阶段373

11-1-3 仿真和调试阶段375

11-1-4 现场安装调试阶段378

11-2 工业控制机系统组合379

11-2-1 系统模式379

11-2-2 计算机机型选择381

11-2-3 I/O子系统的组合方式382

11-3 应用软件设计383

11-3-1 控制系统对应用软件的要求384

11-3-2 应用软件的设计方法384

11-3-3 应用软件设计中的高级语言及发展趋势387

11-4 设计举例之一--工业蒸汽锅炉控制系统设计388

11-5 设计举例之二--抗生素发酵微型机控制系统392

11-6 设计举例之三--组态化分散系统396

第十二章 电源、接地、抗干扰和可靠性402

12-1 工业控制机的运行环境402

12-2 开关电源设计403

12-2-1 可靠性分析及其对策404

12-2-2 噪声及其抑制405

12-2-3 KTD-5A型开关电源原理图及性能指标407

12-3 屏蔽和接地409

12-3-1 屏蔽409

12-3-2 接地414

12-4 尖峰脉冲干扰的综合防治418

12-5 Watchdog和系统支持板420

12-5-1 Watchdog的工作原理420

12-5-2 Watchdog的实现421

12-5-3 Watchdog的使用方法423

12-5-4 使用Watchdog的若干问题424

12-5-5 应用Watchdog的编程例子425

12-5-6 电源掉电检测及其应用427

12-5-7 系统支持板简介429

12-6 可靠性估算及其措施429

12-6-1 电子产品可靠率的数学模型429

12-6-2 STD总线产品平均无故障时间(MTBF)的计算430

12-6-3 质量保证433

12-7 容错设计434

12-7-1 容错设计的必要性和可能性435

12-7-2 容错中的冗余设计435

12-7-3 实用容错计算机系统设计举例439

主要参考文献447