随着劳动力成本的提高，机器人领域已经成为我国最具发展潜力的行业之一。与该行业相关的国家或行业政策越来越多，例如国家战略新兴产业的高端装备制造“机器换人”政策等。国家每年都有相关的基金支持这方面的科学研究工作，例如863计划和国家自然科学基金等。《机器人产业“十三五”发展规划》和“中国制造2025”描绘了中国机器人产业的发展蓝图，因此迫切需要这方面的教材，以培养相关的技术人才。
在“NSFC-广东联合基金（U1401240）”的支持下，结合广大读者对机电控制技术的需求，作者在多年教学科研工作的基础上编著了本书。《机电控制技术导论》面向机械自动化领域，是机械电子行业培养专业技术人才的参考书。
本书涵盖了国际工业界最新的PCC（Programmable Computer Controller，即可编程计算机控制器）控制技术；涵盖了工业以太网POWERLINK、EtherCAT等实时网络通信技术；给出了机器人定位系统实例；给出了TMS320LF2812 DSP的软硬件设计方法和实例；介绍了ARM和FGPA的机电控制设计方法和实例；介绍了国际最新的Xilinx Zynq嵌入式SoC设计工具，介绍了Zynq开发套件；结合作者的研究背景，编著了履带式移动机器人、麦克纳姆轮全方位移动平台和物联网的机电系统设计实例等。
本书可作为机电工程学院、电气工程及自动化学院或能源科学与工程学院的机械电子工程、机械设计制造及其自动化、电气自动化等专业专科生、本科生或研究生的教材（包括机械工程大平台和动力工程大平台下的所有专业的本科生），例如针对上海交通大学机械与动力工程学院来说，具体的课程包括：“单片机系统设计”“机电系统设计与实践”“机械电子学”
等。本书的编写深入浅出，用简单的语言把复杂的问题阐述清楚，以适合研究生、本科生、专科生等不同层次的读者。现阶段国内机器人技术人才短缺，而《机电控制技术导论》恰恰是机器人技术人才培养的重要教材之一，几乎全国所有的大专院校都有这方面的需求。除了专业的理论知识外，本书每章还有部分习题，用于巩固学习的知识，增强学习的效果。教材加入了许多现代机电控制知识，一定也会得到行业内广大读者群的关注。
付庄撰写了第1、3、4、5、6、10章，付庄、张波共同撰写了第2、7、8章，付庄、贡亮共同撰写了第9章，实验室的研究生对本书的部分章节进行了整理和校对工作，在此表示真挚的感谢。在本书的撰写过程中，参考了众多专家学者的专著或论文，特别是引用了王显正、黎明柱、刘利等老师编写的《机电控制技术》教材的部分内容，对本书的成稿起了非常重要的作用，在此对这些专家学者和老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。感谢唐静君等老师在课程实验上给予的贡献，对于其他所有相关的老师在此一并表示衷心的感谢。
由于水平有限，本书难免会有错误或不足之处，衷心希望广大读者能将问题及时反馈给我们，我们将在后续的版本中进行改进和完善。
编著者
前 言
第1 章 绪论 1
1.1 背景简介 1
1.2 什么是机电控制技术 2
1.3 机电系统设计流程 4
1.4 机电系统设计举例 5
1.5 机电系统所涵盖的技术 5
1.6 本书目的 6
1.7 本章小结 7
参考文献 7
习题 7
第2 章 继电器接触器电路 8
2.1 常用低压电器 8
2.1.1 开关保护电器 8
2.1.2 主令电器 9
2.2 电气原理图的绘制 18
2.2.1 电气控制系统图中的图形符号和文字符号 18
2.2.2 电气原理图 19
2.2.3 电气元件布置图 20
2.2.4 电气安装接线图 21
2.3 继电器接触器基本控制电路 22
2.3.1 起动、自锁与停止控制电路 22
2.3.2 连续工作与点动控制 22
2.3.3 多点控制 23
2.3.4 联锁控制 23
2.3.5 顺序起动控制 24
2.4 异步电动机的控制 25
2.4.1 三相异步电动机工作原理 25
2.4.2 异步电动机的起动电路 25
2.4.3 异步电动机的正反转控制电路 27
2.4.4 异步电动机的制动电路 29
2.4.5 双速异步电动机的调速控制 31
2.5 交流电动机的调速 33
2.5.1 异步电动机的调速 33
2.5.2 同步电动机的调速 36
2.6 继电器接触器控制电路的设计 38
2.6.1 设计方法和步骤 38
2.6.2 执行机构的选择 38
2.6.3 电气原理图设计的注意事项 39
2.6.4 设计举例 40
2.7 本章小结 40
参考文献 40
习题 41
第3 章 可编程序控制器 43
3.1 PLC 简介 43
3.2 PLC 的结构和工作原理 43
3.2.1 基本结构 43
3.2.2 各组成部分的功能 44
3.2.3 可编程序控制器的基本工作原理 49
3.2.4 可编程序控制器的分类 52
3.2.5 PLC 与继电器接触器控制系统及计算机的区别 53
3.2.6 可编程序控制器FX与S7-200 概述 54
3.3 FX系列编程元件及基本编程语言 54
3.3.1 F 系列PLC 中常用的编程器件与编程语言 54
3.3.2 基本逻辑指令 60
3.3.3 梯形图绘制的基本规则 62
3.3.4 顺序步进指令和编程 63
3.3.5 PLC 控制系统设计方法 65
3.4 S7-200编程元件及基本编程指令 66
3.4.1 S7-200 的编程元件 66
3.4.2 S7-200 的基本编程指令 70
3.4.3 程序举例 73
3.4.4 SIMATIC 工业软件 77
3.5 LM系列PLC 78
3.5.1 LM系列PLC 概述 78
3.5.2 硬件扩展 78
3.5.3 通信功能 78
3.5.4 编程软件介绍 79
3.6 可编程计算机控制器 79
3.6.1 PCC特点及其优势 79
3.6.2 Automation Studio 编程软件应用实例 81
V I
3.7 PLC 系统网络与通信 88
3.7.1 PROFIBUS-FMS 89
3.7.2 PROFIBUS-DP 89
3.7.3 PROFIBUS-PA 90
3.8 本章小结 90
参考文献 90
习题 91
第4 章 计算机数字系统 93
4.1 数字编码系统 93
4.1.1 数制与编码 93
4.1.2 二进制运算 94
4.1.3 浮点数 96
4.1.4 格雷码 97
4.2 布尔代数 97
4.3 触发器 98
4.3.1 RS触发器 98
4.3.2 D 触发器 98
4.3.3 JK 触发器 99
4.3.4 T 触发器 99
4.4 寄存器 99
4.4.1 基本寄存器 100
4.4.2 移位寄存器 100
4.4.3 计数器 101
4.4.4 三态门（三态缓冲器） 102
4.5 常用数据锁存/缓冲/驱动器 102
4.5.1 锁存器 103
4.5.2 同相三态数据缓冲/驱动器 104
4.5.3 8 总线接收/发送器 105
4.6 存储器概述 105
4.6.1 存储器的分类 106
4.6.2 半导体存储器的分类 106
4.6.3 存储单元和存储单元地址 107
4.6.4 存储器的主要指标 108
4.6.5 存储器的寻址原理 108
4.7 隔离与驱动 109
4.7.1 数字隔离 109
4.7.2 继电器驱动控制110
4.8 本章小结 111
参考文献 111
习题 112
第5 章 单片机原理及应用 113
5.1 认识单片机 113
5.1.1 什么是单片机113
5.1.2 MCS-51 单片机的内部硬件结构及引脚114
5.1.3 MCS-51 单片机的内部硬件的主要功能117
5.2 MCS-51 单片机指令系统及汇编语言程序设计 120
5.2.1 MCS-51 单片机指令格式 121
5.2.2 MCS-51 单片机指令系统 123
5.2.3 单片机寻址方式 129
5.2.4 汇编语言程序设计步骤 131
5.3 单片机C 语言程序设计 133
5.3.1 C 语言与MCS-51 133
5.3.2 C51 的数据类型 135
5.3.3 C51 的运算符和表达式 135
5.3.4 C51 的程序结构 138
5.3.5 函数 142
5.3.6 程序开发 143
5.3.7 单片机C51 与汇编语言混合编程 144
5.3.8 PWM 与占空比 145
5.3.9 直流电动机控制例程 146
5.4 数据通信 151
5.4.1 数据通信的概念 151
5.4.2 串行通信 151
5.4.3 并行通信 158
5.4.4 并行I/O 口的应用举例 160
5.5 中断系统 161
5.6 定时器/计数器 164
5.6.1 定时器/计数器的基本结构 164
5.6.2 定时器/计数器的工作方式 165
5.6.3 定时器/计数器的应用举例 167
5.7 A.D转换电路和D.A转换电路 168
5.7.1 ADC0809 转换芯片 169
5.7.2 ADC0809 应用举例 172
5.7.3 DAC0832 转换芯片 174
5.7.4 DAC0832 应用举例 175
5.8 人机交互接口 177
5.8.1 键盘接口 177
5.8.2 显示 181
V III
5.9 设计与开发工具 183
5.9.1 单片机应用系统的设计方法和步骤 183
5.9.2 Keil C51 开发工具软件 184
5.10 本章小结 184
参考文献 184
习题 185
第6 章 机电控制系统设计 187
6.1 单轴机器人定位系统实例描述 187
6.2 方案设计 187
6.2.1 丝杠及齿轮选型 187
6.2.2 转速和功率估算 188
6.2.3 运行总时间计算 1
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