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吴元修 著

图书标签:

• 可编程控制器
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• 系统设计
• 实训
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• 嵌入式系统
• 电气工程
• 控制工程

店铺： 炫丽之舞图书专营店

出版社： 北京师范大学出版社

ISBN：9787303122004

商品编码：29572435483

包装：平装

出版时间：2011-06-01

基本信息

书名：可编程控制系统设计与实训

定价：39.50元

作者：吴元修

出版社：北京师范大学出版社

出版日期：2011-06-01

ISBN：9787303122004

字数：419000

页码：305

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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内容提要

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吴元修等主编的《可编程控制系统设计与实训》以三菱公司的FX2N系列可编程控制器（PLC）为例，以基于工作过程的项目为载体，在相应具体工作任务中介绍了PLC的硬件结构和工作原理；PLC的内部编程软件和指令系统；编程软件的使用和梯形图的设计方法。书中从应用角度出发，基于典型逻辑控制系统、顺序控制系统、位置控制系统（步进电动机的控制）、模拟量闭环控制系统（拌胶机的控制）、变频器控制系统（纺纱卷绕电动机的控制）的设计与安装等工程实例，旨在培养读者PLC技术在生产一线的应用能力，使读者学会PLC控制系统的设计方法，熟悉PLC控制系统施工与质量验收规范，了解外PLC技术发展动向，具有PLC控制系统的安装、接线、调试、维护与维修能力，具有利用PLC完成中等复杂程度机电设备控制系统的改造设计能力。本书可作为高职高专院校电气自动化技术、机电一体化技术、应用电子技术和数控技术等专业的教材使用，也可供企业工程技术人员自学和作为培训教材使用。建议授课时数为72学时。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《数字逻辑电路基础与实践》 内容概述： 本书是一本系统介绍数字逻辑电路基础理论、核心概念、关键技术及实际应用的书籍。内容涵盖了数字逻辑电路的最小单元——门电路，深入剖析了组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计原理与方法，并结合实际项目案例，引导读者掌握数字逻辑电路的设计、仿真、调试和故障排除能力。本书旨在为电子工程、自动化、计算机科学等相关领域的学生、工程师和技术爱好者提供一份全面而实用的学习指南。 第一章 数字逻辑世界初探 本章将带领读者走进数字逻辑的奇妙世界，奠定坚实的理论基础。我们将从最基本的数字信号概念入手，解释模拟信号与数字信号的区别，以及数字信号在现代电子系统中的重要性。随后，将详细介绍数字逻辑中的基本单位——比特（bit）和字节（byte），以及它们如何组合成更复杂的数据表示。 数字信号的本质： 深入理解高电平与低电平的物理意义，以及它们如何代表逻辑“1”和逻辑“0”。探讨数字信号的抗干扰性、精度和传输特性。 二进制数系统： 掌握二进制数的运算规则，包括加法、减法、乘法和除法。学习二进制与十进制、十六进制之间的相互转换，为后续的逻辑运算打下基础。 布尔代数： 介绍布尔代数的基本公理、定理和定律，如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等。讲解如何利用布尔代数对逻辑表达式进行化简和优化，这是数字逻辑设计中的核心技能。 逻辑门电路： 详细介绍最基本的逻辑门电路，包括与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR）的工作原理、逻辑符号和真值表。通过图文并茂的方式，直观展示这些基本门电路的功能。 逻辑门的功能组合： 探索如何将基本逻辑门组合起来实现更复杂的逻辑功能。例如，如何用与非门实现其他各种逻辑门。 第二章 组合逻辑电路的设计与分析 本章将聚焦于组合逻辑电路，这类电路的输出仅取决于当前输入信号的状态，没有记忆功能。我们将学习如何分析已有的组合逻辑电路，并掌握从需求出发设计新的组合逻辑电路的方法。 组合逻辑电路的定义与特性： 明确组合逻辑电路的特点，即“无记忆性”和“同时性”。分析电路的输入、输出关系。 逻辑函数的描述方法： 学习使用真值表、逻辑表达式和卡诺图（Karnaugh Map）等方法来描述和化简逻辑函数。卡诺图作为一种直观的化简工具，将得到重点讲解，并展示其在两位、三位、四位及更高位输入变量下的应用。 常用的组合逻辑电路模块： 编码器（Encoder）： 介绍优先编码器和普通编码器的工作原理，例如将一组输入信号转换为二进制代码。 译码器（Decoder）： 讲解译码器的功能，如何将二进制代码转换为一个特定的输出信号，如BCD码到七段数码管的译码。 数据选择器（Multiplexer, MUX）： 解释数据选择器的原理，如何根据选择信号从多个输入通道中选择一个数据通道输出。 数据分配器（Demultiplexer, DEMUX）： 阐述数据分配器的功能，如何根据选择信号将一个输入数据分配到多个输出通道中的一个。 加法器与减法器： 详细介绍半加器、全加器、串行加法器、并行加法器等算术运算电路的设计。 实际案例分析： 通过分析一些经典的组合逻辑电路应用，如LED闪烁控制器、简单的计算器逻辑等，巩固理论知识，展示组合逻辑电路的实用价值。 第三章 时序逻辑电路的设计与分析 本章将深入探讨时序逻辑电路，这类电路的输出不仅取决于当前输入，还与电路之前的状态有关，即具有“记忆功能”。我们将重点关注触发器和寄存器等核心时序电路。 时序逻辑电路的定义与特性： 理解时序逻辑电路的“时钟信号”作用，以及状态（State）的概念。分析电路的动态行为。 触发器（Flip-Flop）： 基本触发器： 介绍RS触发器（电平触发和边沿触发），SR锁存器。 主从触发器： 讲解JK触发器和T触发器的工作原理，以及它们之间的转换。 D触发器： 详细介绍D触发器，它是构成移位寄存器和计数器的基础。 触发器的时序特性： 讨论建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）、传播延迟（Propagation Delay）等概念，这些对于设计稳定可靠的时序电路至关重要。 寄存器（Register）： 介绍并行输入/并行输出（PIPO）、并行输入/串行输出（PISO）、串行输入/并行输出（SIPO）和串行输入/串行输出（SISO）等不同类型的寄存器，以及它们在数据存储和传输中的应用。 移位寄存器（Shift Register）： 深入研究移位寄存器的功能，例如实现串行数据与并行数据的转换，进行移位运算等。 计数器（Counter）： 异步计数器（Ripple Counter）： 分析异步计数器的工作方式，及其速度限制。 同步计数器（Synchronous Counter）： 讲解同步计数器的设计，包括行波进位计数器和预置计数器。 环形计数器和扭环计数器： 介绍这些特殊的计数器结构及其应用。 状态机（State Machine）： 引入有限状态机（Finite State Machine, FSM）的概念，包括米利型（Mealy Machine）和摩尔型（Moore Machine）状态机的设计方法。讲解如何用状态图和状态表来描述和设计复杂的状态机。 时序逻辑电路的同步与异步问题： 讨论时钟信号在时序逻辑电路中的重要性，以及如何处理信号同步问题，避免亚稳态（Meta-stability）。 第四章 集成电路与逻辑器件 本章将介绍现代电子系统中广泛使用的集成电路（Integrated Circuit, IC）和各种逻辑器件，以及如何选择和应用它们。 集成电路概述： 介绍IC的基本构成，包括数字IC、模拟IC和混合IC。 TTL与CMOS技术： 详细比较TTL（双极型晶体管逻辑）和CMOS（互补金属氧化物半导体）两种主要的数字IC工艺技术，分析它们的优缺点、功耗、速度和驱动能力。 可编程逻辑器件（PLD）： PLA（可编程逻辑阵列）、PAL（可编程阵列逻辑）： 介绍这些早期可编程器件的结构和工作原理。 CPLD（复杂可编程逻辑器件）： 讲解CPLD的宏单元、乘积项阵列和与阵列等结构，以及其逻辑集成度。 FPGA（现场可编程门阵列）： 深入介绍FPGA的核心概念，包括查找表（LUT）、触发器、布线资源和I/O模块。分析FPGA的灵活性、可重构性和广泛的应用领域。 存储器器件： 简要介绍ROM（只读存储器）、RAM（随机存取存储器）等基本存储器的工作原理和应用。 逻辑器件的选择与评估： 提供选择合适逻辑器件的指导原则，考虑功耗、速度、成本、接口兼容性等因素。 第五章 数字逻辑电路的仿真与测试 本章将引导读者学习如何使用仿真工具来验证数字逻辑电路的设计，以及如何进行实际电路的测试和调试。 数字电路仿真基础： 解释仿真在数字逻辑设计流程中的作用，能够提前发现错误，缩短开发周期。 常用的仿真工具： 介绍如Logisim、CircuitVerse、ModelSim、Quartus Prime等仿真软件。 仿真流程： 讲解从编写HDL（硬件描述语言，如Verilog或VHDL）代码，到生成仿真波形，再到分析仿真结果的完整流程。 激励（Testbench）的编写： 学习如何编写有效的激励模块，为被测设计（DUT）提供各种输入信号，以全面测试其功能。 时序仿真： 强调时序仿真的重要性，尤其是在设计高速数字电路时，能够准确模拟电路的实际时序行为。 电路测试与调试： 介绍在实际硬件上进行电路测试的方法，包括逻辑分析仪、示波器等工具的使用。 故障诊断： 学习分析电路故障的常见原因，如连接错误、元件损坏、时序冲突等，并掌握诊断和排除故障的技巧。 第六章 实际项目案例实训 本章将通过一系列具有代表性的实际项目案例，帮助读者将所学理论知识付诸实践，提升动手能力和解决实际问题的能力。 项目一：交通信号灯控制器： 设计一个模拟十字路口交通信号灯的逻辑电路，包括红、黄、绿灯的切换逻辑，以及行人过马路按钮的响应。 项目二：简单的电子密码锁： 利用组合逻辑和时序逻辑设计一个基于数字输入的电子密码锁，实现密码的输入、校验和解锁功能。 项目三：数字秒表/计时器： 基于计数器和显示驱动电路，设计一个具有启动、停止、复位功能的数字秒表。 项目四：流水灯控制器： 利用移位寄存器或计数器，设计不同模式的流水灯效果。 项目五：基于FPGA的LED闪烁与模式控制： （可选，可根据实际教学需求选择）介绍如何使用FPGA开发板，通过HDL语言实现LED的各种闪烁模式和控制功能。 学习目标： 通过学习本书，读者将能够： 深刻理解数字逻辑电路的基本原理和工作方式。 熟练掌握布尔代数的化简技巧，并能运用卡诺图等工具优化逻辑设计。 设计并分析各种组合逻辑电路，如译码器、编码器、数据选择器、加法器等。 理解触发器、寄存器、计数器等时序逻辑电路的核心概念，并能设计简单的时序逻辑系统。 了解不同类型的集成电路（TTL, CMOS, CPLD, FPGA）的特点和应用。 掌握使用数字电路仿真工具进行设计验证和调试的基本方法。 具备分析和解决实际数字逻辑电路设计问题的基本能力。 为进一步学习微处理器、数字信号处理、嵌入式系统等更高级的课程奠定坚实的基础。 本书结构清晰，理论与实践相结合，图文并茂，语言通俗易懂，是学习数字逻辑电路的理想教材和参考书。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种已经有一定PLC基础，但希望提升自身设计能力和解决复杂工程问题的工程师来说，《可编程控制系统设计与实训》提供了非常宝贵的进阶指导。这本书并没有止步于基础的指令应用，而是深入探讨了如何构建更高级的控制策略，例如PID控制器的实现与调优、运动控制系统的设计、安全PLC的应用等。书中通过多个复杂的实际案例，展示了如何运用各种先进的技术和算法，来解决工业生产中遇到的难题。我特别关注了关于伺服驱动器和步进电机控制的部分，书中详细讲解了如何通过PLC对其进行精确的位置、速度和力矩控制，并提供了相应的程序范例和调试技巧。这对我目前正在负责的一个精密机械设备项目来说，具有极高的参考价值。此外，书中关于工业以太网通信和现场总线技术的介绍，也让我对不同通信协议的优劣以及如何在复杂网络环境中进行高效通信有了更深入的理解。它让我意识到，在现代工业自动化中，PLC不仅仅是一个孤立的控制器，更是整个工业网络中的一个重要节点，与其他设备和系统进行协同工作。这本书的实操性非常强，很多案例都包含详细的硬件连接图和程序代码，我可以直接参考并应用到我的实际工作中。

评分☆☆☆☆☆

从一名职业教育的角度来看，《可编程控制系统设计与实训》是一本极具价值的教材。它在内容的组织上，充分考虑了不同层次学习者的需求。对于初学者，它提供了扎实的理论基础和详实的入门指导；对于有一定经验的工程师，它又提供了进阶的设计思路和前沿技术应用。书中“实训”部分的详尽设计，尤其值得称道。它不仅仅是简单的练习题，而是通过一系列循序渐进的项目，让学习者在动手实践中掌握知识，并在解决问题的过程中培养创新能力。我注意到书中针对不同项目，提供了多种实现方案，并鼓励学习者进行对比分析，找出最优解。这种开放式的教学模式，非常有利于培养学生的批判性思维和独立解决问题的能力。此外，书中对工业现场常见的电气安全规范和操作规程的强调，也是非常重要的。它不仅仅教授技术，更注重培养学习者的工程伦理和安全意识。作为一名教育工作者，我将这本书列为首选推荐教材，因为它能够有效地帮助学生建立起系统性的知识体系，并具备将理论知识转化为实际工程能力的素养。这本书的出版，无疑为PLC技术的教育和培训领域注入了新的活力。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我起初对这本书的期望并不高，认为它可能只是市面上众多PLC入门书籍的翻版，但事实证明我错了。《可编程控制系统设计与实训》以一种我未曾预料到的方式，颠覆了我对PLC学习的认知。这本书最大的亮点在于，它将理论知识与前沿技术巧妙地融合在一起，并且在“实训”环节的设计上，展现出了极高的创造性和前瞻性。它不仅仅局限于传统的梯形图和指令表编程，而是大量引入了结构化文本（ST）、功能块图（FBD）等更高级的编程语言，并结合实际项目，展示了如何利用这些语言来构建更具模块化、可重用性的程序。我尤其对书中关于“数字化车间”和“工业4.0”背景下PLC系统设计的部分印象深刻。它不仅仅讲解了如何实现基本的自动化，更引导我思考如何将PLC系统与MES（制造执行系统）、ERP（企业资源计划）等信息系统进行集成，如何通过数据采集和分析来优化生产过程。书中提供的“智能工厂”模拟案例，让我得以在理论层面体验未来工厂的雏形，感受PLC在其中扮演的关键角色。这本书的深度和广度都超出了我的预期，它让我看到了PLC技术发展的无限可能，也激发了我对这个领域更深入的探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大惊喜，在于它对“设计”这一环节的深度挖掘。以往接触到的许多教材，往往侧重于PLC指令和编程技巧的讲解，而《可编程控制系统设计与实训》却将重点放在了如何从宏观层面构建一个完整的、可扩展的、易于维护的控制系统。它详细阐述了系统设计的原则，包括模块化设计、冗余设计、安全性设计等，这些都是在实际工程中至关重要的考量因素。书中提供了一套系统化的设计流程，从项目需求分析、功能划分、硬件选型、网络规划，到软件架构设计、人机界面（HMI）设计，再到最终的集成测试和文档编写，每一个环节都进行了细致的分解和阐述。尤其是关于硬件选型的部分，它不仅列举了市面上主流PLC品牌及其特点，还结合具体的应用场景，给出了如何根据性能、成本、易用性等因素进行权衡的详细建议。我尤其欣赏它在HMI设计部分，强调了用户友好性和信息可视化，提供了很多提升操作体验和故障诊断效率的设计思路。这本书让我意识到，一个优秀的PLC系统，不仅仅是代码的堆砌，更是系统化思维和工程实践经验的结晶。它让我跳出了“敲代码”的局限，开始以一种更加全面的视角去审视和设计自动化系统。

评分☆☆☆☆☆

作为一名初次接触可编程控制系统的工程师，我怀揣着学习和探索的热情，翻开了《可编程控制系统设计与实训》。这本书就像一位循循善诱的导师，用清晰易懂的语言，为我揭开了PLC（可编程逻辑控制器）世界的神秘面纱。我最喜欢的部分是它详实的案例分析，每一个设计步骤都剖析得淋漓尽致，从最初的需求分析到最后的系统调试，都给出了具体的指导。书中列举的多个实际应用场景，例如流水线控制、电机启停控制、液位控制等，都让我对PLC在工业自动化中的应用有了更直观的认识。更重要的是，它不仅仅停留在理论层面，而是强调“实训”，提供了大量可以动手实践的练习题和项目。我按照书中的指导，在模拟平台上搭建了几个简单的控制回路，通过编写梯形图、指令表等程序，亲眼见证了程序的执行效果，这种“学以致用”的成就感是无与伦比的。对于初学者来说，这本书的优点在于它循序渐进，没有一开始就抛出过于复杂的概念，而是从基础知识讲起，逐步深入，让我在学习过程中感到游刃有余。而且，书中对于常见故障的排查方法也给出了非常实用的建议，这对于未来在实际工作中面对问题时，无疑会节省大量的宝贵时间。我强烈推荐给所有希望系统学习PLC技术的朋友。