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第1章 概论1

1.1 机电一体化概念1

1.2 机电一体化系统的构成1

1.3 机电一体化关键技术2

复习思考题3

第2章 机械系统部件及其设计4

2.1 概述4

2.1.1 机电一体化产品对机械系统部件的基本要求4

2.1.2 机电一体化产品机械系统的基本组成及其功能5

2.2 机械传动机构5

2.2.1 齿轮传动机构及其设计6

2.2.2 丝杠螺母机构及其选用15

2.2.3 同步带传动30

2.3 导向与支承机构37

2.3.1 回转运动支承37

2.3.2 直线运动支承42

2.3.3 框架类支承构件55

2.4 机械执行机构60

2.4.1 机械执行机构的功能60

2.4.2 机械执行机构的分类62

2.4.3 机械执行机构设计的要求63

2.4.4 机械执行机构设计的步骤64

复习思考题65

第3章 检测传感器及其接口电路66

3.1 温度传感器66

3.2 力传感器69

3.2.1 金属电阻应变片式力传感器69

3.2.2 半导体应变式力传感器71

3.3 位移测量传感器71

3.3.1 电容位移传感器71

3.3.2 气隙电感位移传感器72

3.3.3 差动变压器结构电感式位移传感器73

3.3.4 涡流电感式位移传感器75

3.4 光电传感器75

3.5 光电编码器79

3.5.1 增量式光电编码器构成及原理79

3.5.2 绝对式光电编码器构成及原理81

3.5.3 增量式光电编码器计数电路81

3.6 差分信号传输83

3.7 电流环信号传输85

3.8 运算放大器的基本电路86

复习思考题87

第4章 执行元件及控制89

4.1 执行元件的分类90

4.1.1 电动执行元件90

4.1.2 气动执行元件91

4.1.3 液压执行元件91

4.2 直流电动机的基本工作原理92

4.3 三相异步电动机的旋转磁场93

4.4 步进电动机94

4.5 直线电动机96

4.5.1 直线感应电动机97

4.5.2 直线直流电动机99

4.5.3 直线步进电动机100

4.6 直流电动机的驱动控制102

4.6.1 开关型功率接口电路102

4.6.2 直流电动机PWM驱动方式106

4.6.3 IR2130三相驱动控制集成芯片109

4.7 交流伺服电动机控制111

4.8 电-气比例阀、伺服阀113

4.8.1 比例电磁铁113

4.8.2 滑阀式电气方向比例阀115

4.8.3 动圈式二级方向伺服阀116

4.8.4 动圈式压力伺服阀117

4.8.5 脉宽调制伺服阀118

4.8.6 电-气比例伺服系统的应用实例（柔性定位伺服汽缸）120

4.9 电-液比例阀、伺服阀121

4.9.1 电-液伺服阀121

4.9.2 电-液比例阀124

复习思考题125

第5章 单片机及接口电路设计127

5.1 MCS-51单片机127

5.1.1 MCS-51单片机的引脚描述及片外总线结构127

5.1.2 MCS-51单片机片内总体结构129

5.1.3 MCS-51单片机基本外围电路130

5.1.4 MCS-51单片机看门狗电路（MAX6814）132

5.2 A/D转换及与单片机接口电路设计133

5.3 多路模拟开关135

5.4 AVR单片机简介137

5.4.1 ATmega128的结构和主要特点137

5.4.2 ATmega128的封装和引脚138

5.4.3 ATmega128的I/O端口描述140

5.4.4 ATmega128端口的第2功能141

5.4.5 ATmega128的时钟系统146

5.5 AVR单片机开发工具（ATmega128）147

5.5.1 ICCAVR集成开发环境147

5.5.2 ICCAVR介绍148

5.5.3 ICCAVR导游153

5.5.4 ICCAVR C库函数与启动文件155

5.5.5 访问AVR硬件的编程156

5.6 ATmega128基础实例157

5.6.1 发光二极管应用实验157

5.6.2 键盘电路应用实例160

复习思考题162

第6章 机电一体化系统的抗干扰设计163

6.1 电磁干扰形成的条件163

6.2 干扰源164

6.2.1 供电干扰164

6.2.2 过程通道干扰164

6.2.3 场干扰165

6.3 提高系统抗电源干扰能力的方法165

6.3.1 配电方案中的抗干扰措施165

6.3.2 利用电源监视电路抗电源干扰166

6.3.3 用Watchdog抗电源干扰166

6.4 电场与磁场干扰耦合的抑制167

6.4.1 电场与磁场干扰耦合的特点167

6.4.2 电场与磁场干扰耦合的抑制168

6.5 几种接地技术172

6.5.1 单点接地172

6.5.2 多点接地172

6.5.3 混合单点接地173

6.5.4 混合多点接地173

6.5.5 接地的一般性原则174

6.6 过程通道抗干扰措施175

6.7 模拟信号的线性光耦隔离177

6.7.1 HCNR200基本工作原理178

6.7.2 HCNR200的基本工作电路178

6.7.3 HCNR200应用电路设计179

6.8 空间干扰的抑制180

6.9 软件抗干扰技术180

6.9.1 实施软件抗干扰的必要条件181

6.9.2 数据采样的干扰抑制181

6.9.3 程序运行失常的软件抗干扰措施182

6.10 铁氧体插损器182

6.10.1 铁磁性材料（铁氧体）特性182

6.10.2 磁导率对电磁干扰的影响183

6.10.3 铁氧体的特性阻抗184

6.10.4 铁氧体插损器件及应用186

复习思考题191

第7章 机电一体化系统设计实例192

7.1 RC伺服电动机控制192

7.1.1 RC伺服电动机简介192

7.1.2 RC伺服电动机的内部组成192

7.1.3 RC伺服电动机的控制193

7.1.4 硬件电路图194

7.1.5 RC伺服电动机的正向旋转和逆向旋转控制实验194

7.1.6 RC伺服电动机旋转相应角度实验195

7.1.7 RC伺服电动机速度控制实验196

7.2 步进电动机应用软／硬件设计实例198

7.2.1 步进电动机概述198

7.2.2 步进电动机的分类与结构198

7.2.3 步进电动机的基本参数198

7.2.4 步进电动机的特性200

7.2.5 反应式步进电动机的结构200

7.2.6 反应式步进电动机的工作原理202

7.2.7 步进电动机的失步、振荡及解决方法204

7.2.8 步进电动机的控制206

7.2.9 步进电动机的应用设计208

7.3 小型打印机系统210

7.3.1 硬件电路设计210

7.3.2 典型器件选型及介绍214

7.3.3 硬件电路215

7.3.4 软件设计217

7.3.5 经验总结221

7.4 直流电动机的控制实例222

7.4.1 硬件电路设计222

7.4.2 典型器件选型及介绍223

7.4.3 硬件电路226

7.4.4 软件设计229

复习思考题236