机电一体化与测量系统基础教程 第2版

目录 1

第1章 机电一体化与测量系统概述 1

1.1 机电一体化 1

1.2 测量系统 3

参考文献 4

第2章 电路和电子元件 6

2.1 概述 7

2.2 基本电子元件 9

2.2.1 电阻器 9

2.2.2 电容器 12

2.2.3 电感器 13

2.3 基尔霍夫定律 14

2.3.1 串联电阻电路 16

2.3.2 并联电阻电路 17

2.4 电压源、电流源和测量仪表 20

2.5 戴维南和诺顿等效电路 24

2.6 交流电路分析 25

2.7 电路中的功率 30

2.8 变压器 32

2.9 阻抗匹配 33

2.10 接地和电干扰 34

2.10.1 用电安全性 36

习题 39

参考文献 44

第3章　半导体电子学 45

3.2　作为理解电子器件基础的半导体物理学 46

3.1　概述 46

3.3　面结型二极管 47

3.3.1 齐纳二极管 51

3.3.2　稳压器 55

3.3.3　光电二极管 57

3.3.4　二极管电路分析 57

3.4　双极结型晶体管 60

3.4.1 双极型晶体管的基本原理 60

3.4.2　共发射极晶体管电路 62

3.4.3　双极型晶体管开关 63

3.4.4　双极型晶体管的封装 65

3.4.5　达林顿晶体管 66

3.4.6　光电晶体管和光隔离器 66

3.5　场效应晶体管 68

3.5.1　场效应晶体管的性能 69

3.5.2　表示场效应晶体管的符号 70

3.5.3 MOSFET的应用 71

习题 74

参考文献 79

第4章 系统响应 81

4.1 系统响应 82

4.2 幅度线性 82

4.3　信号的傅里叶级数表示 83

4.4　带宽和频率响应 86

4.5 相位线性 91

4.6　信号的失真 91

4.8　零阶系统 93

4.7　系统的动态特性 93

4.9　一阶系统 94

4.9.1　一阶系统的实验测试 96

4.10　二阶系统 97

4.10.1　二阶系统的阶跃响应 100

4.10.2　系统的频率响应 102

4.11 系统模拟和类比 108

习题 113

参考文献 118

第5章 利用运算放大器的模拟信号处理 119

5.1 概述 120

5.2　放大器 120

5.4　运算放大器的理想模型 121

5.3　运算放大器 121

5.5　倒相放大器 124

5.6　同相放大器 126

5.7　加法器 127

5.8　差分放大器 128

5.9　仪表放大器 130

5.10　积分器 132

5.11　微分器 133

5.12　取样和保持电路 134

5.13 比较器 135

5.14　真实运算放大器 136

5.14.1 取自运算放大器数据表的重要参数 138

习题 147

参考文献 151

第6章　数字电路 152

6.1 概述 153

6.2　数字表示法 153

6.3　组合逻辑和逻辑分类 156

6.4 时序图 159

6.5 布尔代数 160

6.6　逻辑网络的设计 162

6.6.1 用文字表述具体问题 162

6.6.2　编写准逻辑语句 163

6.6.3　写出布尔表示式 163

6.6.4　“与”实现 164

6.6.5　绘出电路图 164

6.7　求解给出真值表的布尔表示式 165

6.8　时序逻辑 167

6.9　触发器 168

6.9.1　触发器的触发 169

6.9.2 异步输入 171

6.9.3 D触发器 171

6.9.4 JK触发器 172

6.10 触发器的应用 174

6.10.1 开关去颤动 174

6.10.2 数据寄存器 175

6.10.3 二进制计数器和分频器 176

6.10.4 串行接口和并行接口 176

6.11 TTL和CMOS集成电路 178

6.11.1 利用制造厂商的集成电路数据图表资料 180

6.11.2 数字集成电路的输出配置 184

6.11.3 TTL和CMOS器件的连接 185

6.12 专用数字集成电路 187

6.12.1 十进制计数器 187

6.12.2 施密特触发器 190

6.12.3 555定时器 190

6.13 集成电路系统设计 193

6.13.1 IEEE标准数字符号 196

习题 197

参考文献 203

第7章 微控制器编程和连接 205

7.1 微处理器和微型计算机 206

7.2 微控制器 208

7.3 P1C16F84微控制器 211

7.4 对PIC编程 214

7.5 PicBasicPro 220

7.5.1 PicBasic Pro编程基础知识 220

7.5.2 PicBasic Pro编程实例 228

7.6 中断的利用 241

7.7 连接公共PIC外围设备 244

7.7.1 数字键盘 245

7.7.2 LCD显示器 247

7.8 与P1C的连接 249

7.8.1 PIC的数字输入 252

7.8.2 PIC的数字输出 252

7.9 设计一个基于微控制器系统的方法 253

习题 260

参考文献 261

第8章 数据采集 263

8.1 概述 264

8.2 量化理沦 267

8.3 模数转换 268

8.3.1 概述 268

8.3.2 模数转换器 271

8.4 数模转换 274

习题 277

参考文献 278

第9章 传感器 279

9.2.1 接近传感器和开关 280

9.1 概述 280

9.2 位置和速度测量 280

9.2.2 电位器 282

9.2.3 线性可变差接变压器 282

9.2.4 数字光电编码器 285

9.3 应力和应变测量 291

9.3.1 电阻应变片 291

9.3.2 用惠斯登电桥测量电阻变化 295

9.3.3 用应变片测量不同的应力状态 298

9.3.4　用负荷传感器测量力 303

9.4　温度测量 305

9.4.1　液体温度计 305

9.4.3　电阻式温度计 306

9.4.2　双金属片 306

9.4.4　热电偶 307

9.5　振动和加速度测量 312

9.5.1　压电加速度计 317

9.6　压力和流量测量 319

9.7　半导体传感器和微机电器件 320

习题 321

参考文献 323

第10章　执行器 325

10.1　概述 326

10.2　电磁原理 326

10.3 电磁线圈和继电器 327

10.4　电动机 328

10.5　直流电动机 334

10.5.1 直流电动机的电气方程 336

10.5.2　永磁直流电动机的动态方程 337

10.5.3　永磁直流电动机的电子控制 338

10.6　步进电动机 342

10.6.1　 步进电动机的驱动电路 346

10.7　选择电动机 348

10.8　液压传动装置 351

10.8.1 液压阀 354

10.8.2　液压执行器 357

10.9　气动系统 358

习题 359

参考文献 361

第11章 机电一体化系统——控制体系结构和典型实例研究 362

11.2　控制体系结构 363

11.2.1　模拟电路 363

11.2.2　数字电路 363

11.1　概述 363

11.2.3　可编程逻辑控制器 364

11.2.4　微控制器 364

11.2.5　单板计算机 364

11.2.6　个人计算机 364

11.3　典型实例研究1——硬币计数器的机电一体化设计 365

11.4 典型实例研究2——机器人步行机构的机电一体化设计 373

11.5　各种机电一体化系统概况 377

习题 378

A.1 单位制 379

附录A　测量的基础知识 379

A.1.1 SI单位的三种类型 381

A.1.2　换算因数 382

A.2　有效数字 383

A.3　统计学 386

A.4　误差分析 388

A.4.1　估计误差的原则 389

习题 390

参考文献 391

附录B　物理原理 392

附录C　材料力学 396

应力和应变之间的关系 396

参考文献 399