机电一体化与测量系统基础教程(第2版)(英文影印版)
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基本信息
- 原书名:Introduction to Mechatronics and Measurement Systems
- 原出版社: McGraw-Hill
内容简介
本书对涉及机电一体化各个领域的基础知识作了精辟,全面的介绍。全书共11章,系统论述了有关电路和电元件、半导体电子学、模拟信号处理、数字电路、微控制器编程、数据采集、传感器、执行器以及机电一体化系统的控制体系等方面的问题,其中特别着重介绍了传感器、微控制器编程和执行器。书中每章都引入了课堂了讨论题目和设计实例,十分有利于读者对内容的深入思考和掌握运用。
本书可作为高等院校现代仪器和测量、电气和机械工程以及机电一体化等相关专业的教材和教学参考书,同时也可供从事相关专业技术工作的广大工程技术人员阅读参考。
目录
前言 xix.
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 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 10
2.2.2 电容器 13
2.2.3 电感器 14
2.3 基尔霍夫定律 16
2.3.1 串联电阻电路 18
2.3.2 并联电阻电路 20
2.4 电压源、电流源和测量仪表 23
2.5 戴维南和诺顿等效电路 29
2.6 交流电路分析 30
2.7 电路中的功率 36
2.8 变压器 38
2.9 阻抗匹配 39
2.10 接地和电干扰 41
2.10.1 用电安全性 44
第3章 半导体电子学 53
3.1 概述 54
3.2 作为理解电子器件基础的半导体物理学 54
3.3 面结型二极管 56
3.3.1 齐纳二极管 60
3.3.2 稳压器 65
3.3.3 光电二极管 66
3.3.4 二极管电路分析 67
3.4 双极结型晶体管 70
3.4.1 双极型晶体管的基本原理 70
3.4.2 共发射晶体管电路 72
3.4.3 双极型晶体管开关 74
3.4.4 双极型晶体管的封装 77
3.4.5 达林顿晶体管 77
3.4.6 光电晶体管和光隔离器 78
3.5 场效应晶体管 80
3.5.1 场效应晶体管的性能 81
3.5.2 表示场效应晶体管的符号 83
3.5.3 MOSFET的应用 84
第4章 系统响应 96
4.1 系统响应 97
4.2 幅度线性 98
4.3 信号的博里叶级数表示 99
4.4 带宽和频率响应 102
4.5 相位线性 108
4.6 信号的失真 109
4.7 系统的动态特性 110
4.8 零阶系统 111
4.9 一阶系统 112
4.9.1 一阶系统的实验测试 114
4.10 二阶系统 115
4.10.1 二阶系统的阶跃响应 119
4.10.2 系统的频率响应 121
4.11 系统模拟和类比 130
第5章 利用运算放大器的模拟信号处理 141
5.1 概述 142
5.2 放大器 142
5.3 运算放大器 144
5.4 运算放大器的理想模型 144
5.5 倒相放大器 147
5.6 同相放大器 150
5.7 加法器 152
5.8 差分放大器 152
5.9 仪表放大器 155
5.10 积分器 157
5.11 微分器 158
5.12 取样和保持电路 159
5.13 比较器 160
5.14 真实运算放大器 161
5.14.1 取自运算放大器数据表的重要参数 163
第6章 数字电路 178
6.1 概述 179
6.2 数字表示法 180
6.3 组合逻辑和逻辑分类 183
6.4 时序图 186
6.5 布尔代数 187
6.6 逻辑网络的设计 189
6.6.1 用文字表述具体问题 189
6.6.2 编写准逻辑语句 190
6.6.3 写出布尔表示式 190
6.6.4 “与”实现 191
6.6.5 绘出电路图 191
6.7 求解给出真值表的布尔表示式 192..
6.8 时序逻辑 194
6.9 触发器 195
6.9.1 触发器的触发 196
6.9.2 异步输入 198
6.9.3 D触发器 199
6.9.4 JK触发器 200
6.10 触发器的应用 203
6.10.1 开关去颤动 203
6.10.2 数据寄存器 204
6.10.3 二进制计数器和分频器 205
6.10.4 串行接口和并行接口 205
6.11 TTL和CMOS集成电路 207
6.11.1 利用制造厂商的集成电路数据图表资料 209
6.11.2 数字集成电路的输出配置 213
6.11.3 TTL和CMOS器件的连接 215
6.12 专用数字集成电路 217
6.12.1 十进制计数器 217
6.12.2 施密特触发器 220
6.12.3 555定时器 220
6.13 集成电路系统设计 224
6.13.1 IEEE标准数字符号 227
第7章 微控制器编程和连接 238
7.1 微处理器和微型计算机 239
7.2 微控制器 242
7.3 PIC16F84微控制器 244
7.4 对PIC编程 248
7.5 PicBasic Pro 254
7.5.1 PicBasic Pro编程基础知识 254
7.5.2 PicBasic Pro编程实例 262
7.6 中断的利用 274
7.7 连接公共PIC外围设备 277
7.7.1 数字键盘 278
7.7.2 LCD显示器 280
7.8 与PIC的连接 282
7.8.1 PIC的数字输入 284
7.8.2 PIC的数字输出 287
7.9 设计一个基于微控制器系统的方法 287
第8章 数据采集 297
8.1 概述 298
8.2 量化理论 302
8.3 模数转换 303
8.3.1 概述 303
8.3.2 模数转换器 307
8.4 数模转换 310
第9章 传感器 315
9.1 概述 316
9.2 位置和速度测量 316
9.2.1 接近传感器和开关 317
9.2.2 电位器 318
9.2.3 线性可变差接变压器 319
9.2.4 数字光电编码器 322
9.3 应力和应变测量 330
9.3.1 电阻应变片 330
9.3.2 用惠斯登电桥测量电阻变化 335
9.3.3 用应变片测量不同的应力状态 339
9.3.4 用负荷传感器测力 345
9.4 温度测量 347
9.4.1 液体温度计 348
9.4.2 双金属片 348
9.4.3 电阻式温度计 349
9.4.4 热电偶 349
9.5 振动和加速度测量 357
9.5.1 压电加速度计 362
9.6 压力和流量测量 366
9.7 半导体传感器和微机电器件 366
第10章 执行器 372
10.1 概述 373
10.2 电磁原理 373
10.3 电磁线圈和继电器 374
10.4 电动机 376
10.5 直流电动机 383
10.5.1 直流电动机的电气方程 386
10.5.2 永磁直流电动机的动态方程 386
10.5.3 永磁直流电动机的电气控制 389
10.6 步进电动机 393
10.6.1 步进电动机的驱动电路 397
10.7 选择电动机 400
10.8 液压传动装置 404
10.8.1 液压阀 406
10.8.2 液压执行器 410
10.9 气动系统 411
第11章 机电一体化系统——控制体系结构和典型实例研究 416
11.1 概述 417
11.2 控制体系结构 417
11.2.1 模拟电路 417
11.2.2 数字电路 418
11.2.3 可编程逻辑控制器 418
11.2.4 微控制器 418
11.2.5 单板计算机 418
11.2.6 个人计算机 419
11.3 典型实例研究1——硬币计数器的机电一体化设计 419
11.4 典型实例研究2——机器人步行机构的机电一体化设计 429
11.5 各种机电一体化系统概况 435
附录A 测量的基础知识 437
A.1 单位制 437
A.1.1 SI单位的三种类型 439
A.1.2 换算因数 441
A.2 有效数字 442
A.3 统计学 444
A.4 误差分析 447
A.4.1 估计误差的原则 448
附录B 物理原理 451
附录C 材料力学 456
C.1 应力和应变之间的关系 456
索引 461...
序言
Mechatronics(机电一体化或机械电子学)是机械学科与信息学科结合的一门交叉学科。相应的名词还有机械电子工程,它不仅包括机械和电子技术,而且与控制技术和计算机技术结合。不少学校设立了机械电子工程课程和专业,拓宽了原来的机类或电类专业。国内外有专门的机械电子学学术会议,会议文章涉及机电(机光电、机电液等)技术一体化、微机电系统集成等内容。这些反映了技术发展和对人才需求的一种趋势,是现代工程技术综合发展的一个重要特征。.
本书是一本美国的大学教材,作者在前言中说明本书用于:(1)现代仪器和测量课程;(2)电子和机械工程的一门跨学科课程,可以替代传统的电路和仪器课程;(3)独立的机械电子学课程;(4)机械电子学系列中的初期课程。它的内容包括:机电一体化和测量系统的名词术语、电路基础和电路分析、半导体电子学、机械电子和测量系统的响应、模拟信号处理和运算放大器、数字器件和集成电路、微控制器编程和接口、数据采集和计算机测量系统、传感器、执行器、机械电子系统的控制体系结构。本书未涉及控制理论。..
本书的特点是:(1)注重对基本概念和基本知识的阐述,理论联系实际,并附有参考书目,便于阅读;(2)每章有联系实际的课堂讨论题目,每节有大量的例题,习题和思考题,有利于学生深入思考,学习分析和解决问题。培养这些能力十分重要,本书在这方面的努力是值得提倡的。(3)本书综合选择了电路、电子、计算机接口和测试技术的相关内容,这是一种方案。由于机械电子工程专业、机或电类专业设置的课程数量增加,必然要优化教学课程设置和减少课程学时。但根据不同专业的要求,对本课程的内容会有不同考虑的,在宽与深、各模块与体系结构的关系会有不同的选择。
本书的内容结构和我国高校的课程体系虽然有些差别,但仍是一本很好的参考书和英文教材。本书可作为机、电、仪等相关专业的学生、教师和工程技术人员的参考教材或参考书。...
周兆英 教授
清华大学精密仪器与机械学系
2004年4月28日