本書論述了機電一體化技術的基本原理、機電一體化系統的構成以及電路設計。全書共7章。內容包括：機電一體化技術的基本概念，機電一體化系統中的機械系統、檢測系統、執行系統、計算機控制控制系統的設計等。本書注重理論與實際的結合，重視解決工程實際問題，并力求做到突出重點，層次分明，語言易懂，便于讀者自學。
機電一體化是多學科領域綜合交叉的技術密集型系統工程。它是融合檢測傳感技術、信息處理技術、自動控制技術、伺服驅動技術、精密機械技術、計算機技術和系統總體技術等多種技術于一體的新興綜合性學科。隨著機電一體化技術的產生與發展，在世界范圍內掀起了機電一體化熱潮，它使機械產品向著高技術密集的方向發展。當前，以柔性自動化為主要特征的機電一體化技術發展迅速，水平越來越高。任何一個國家、地區、企業若不擁有這方面的人才、技術和生產手段，就不具備國際、國內競爭所必需的基礎。要徹底改變目前我國機械工業面貌，縮小與國外先進國家的差距，必須走發展機電一體化技術之路，這也是當代機械工業發展的必然趨勢。
機電一體化的優勢在于從系統、整體的角度出發，將各相關技術協調綜合運用而取得整體優化效果，因此在機電一體化系統設計開發的過程中，特別強調技術融合和學科交叉的作用。面對機械工業向機電一體化方向快速發展，作為培養這方面高級技術人才的高等院校就不應僅限于向學生分離地介紹機械技術、微電子技術、計算機技術等機電一體化共性基礎知識，還應在此基礎上從系統設計的角度出發，通過“機電一體化系統設計”專業課教學及相應實踐教學環節，使學生真正了解和掌握機電一體化的實質及其系統設計的理論和方法。只有這樣，才能使學生真正靈活地運用相關技術進行機電一體化產品的分析、設計與開發，達到知識、能力的統一。
本書是為了適應高校機械類各專業及其他相近專業的“機電一體化系統設計”教學要求而編寫的。作為教材，編者在文字敘述上力求深入淺出、循序漸進；在內容安排上既注意了基礎理論、基本概念的系統性闡述，同時也考慮到工程設計人員的實際需要，在介紹各種設計方法時盡可能具體實用，書中給出的具體電路圖都是實驗驗證可行的。本書共7章，主要內容包括：概論、機械系統部件及其設計、檢測傳感器及其接口電路、執行元件及控制、單片機及接口電路設計、機電一體化系統的抗干擾設計、機電一體化系統設計實例。
本書由俞竹青、朱目成擔任主編。常州大學俞竹青編寫第1、3、6章，西南科技大學朱目成編寫第7章，常州工學院金衛東編寫第2章，江蘇技術師范學院李尚榮編寫第5章，常州工學院何亞峰編寫第4章。全書由俞竹青、朱目成承擔統稿工作。
由于編者水平和經驗有限，加之時間倉促，書中難免存在錯誤疏漏之處，敬請讀者批評指正。
作者
2016年5月
第1章 概論 （1）
1．1 機電一體化概念 （1）
1．2 機電一體化系統的構成 （1）
1．3 機電一體化關鍵技術 （2）
復習思考題 （3）
第2章 機械系統部件及其設計 （4）
2．1 概述 （4）
2．1．1 機電一體化產品對機械系統部件的基本要求 （4）
2．1．2 機電一體化產品機械系統的基本組成及其功能 （5）
2．2 機械傳動機構 （5）
2．2．1 齒輪傳動機構及其設計 （6）
2．2．2 絲杠螺母機構及其選用 （15）
2．2．3 同步帶傳動 （30）
2．3 導向與支承機構 （37）
2．3．1 回轉運動支承 （37）
2．3．2 直線運動支承 （42）
2．3．3 框架類支承構件 （55）
2．4 機械執行機構 （60）
2．4．1 機械執行機構的功能 （60）
2．4．2 機械執行機構的分類 （62）
2．4．3 機械執行機構設計的要求 （63）
2．4．4 機械執行機構設計的步驟 （64）
復習思考題 （65）
第3章 檢測傳感器及其接口電路 （66）
3．1 溫度傳感器 （66）
3．2 力傳感器 （69）
3．2．1 金屬電阻應變片式力傳感器 （69）
3．2．2 半導體應變式力傳感器 （71）
3．3 位移測量傳感器 （71）
3．3．1 電容位移傳感器 （71）
3．3．2 氣隙電感位移傳感器 （72）
3．3．3 差動變壓器結構電感式位移傳感器 （73）
3．3．4 渦流電感式位移傳感器 （75）
3．4 光電傳感器 （75）
3．5 光電編碼器 （79）
3．5．1 增量式光電編碼器構成及原理 （79）
3．5．2 絕對式光電編碼器構成及原理 （81）
3．5．3 增量式光電編碼器計數電路 （81）
3．6 差分信號傳輸 （83）
3．7 電流環信號傳輸 （85）
3．8 運算放大器的基本電路 （86）
復習思考題 （87）
第4章 執行元件及控制 （89）
4．1 執行元件的分類 （90）
4．1．1 電動執行元件 （90）
4．1．2 氣動執行元件 （91）
4．1．3 液壓執行元件 （91）
4．2 直流電動機的基本工作原理 （92）
4．3 三相異步電動機的旋轉磁場 （93）
4．4 步進電動機 （94）
4．5 直線電動機 （96）
4．5．1 直線感應電動機 （97）
4．5．2 直線直流電動機 （99）
4．5．3 直線步進電動機 （100）
4．6 直流電動機的驅動控制 （102）
4．6．1 開關型功率接口電路 （102）
4．6．2 直流電動機PWM驅動方式 （106）
4．6．3 IR2130三相驅動控制集成芯片 （109）
4．7 交流伺服電動機控制 （111）
4．8 電-氣比例閥、伺服閥 （113）
4．8．1 比例電磁鐵 （113）
4．8．2 滑閥式電氣方向比例閥 （115）
4．8．3 動圈式二級方向伺服閥 （116）
4．8．4 動圈式壓力伺服閥 （117）
4．8．5 脈寬調制伺服閥 （118）
4．8．6 電-氣比例伺服系統的應用實例（柔性定位伺服汽缸） （120）
4．9 電-液比例閥、伺服閥 （121）
4．9．1 電-液伺服閥 （121）
4．9．2 電-液比例閥 （124）
復習思考題 （125）
第5章 單片機及接口電路設計 （127）
5．1 MCS-51單片機 （127）
5．1．1 MCS-51單片機的引腳描述及片外總線結構 （127）
5．1．2 MCS-51單片機片內總體結構 （129）
5．1．3 MCS-51單片機基本外圍電路 （130）
5．1．4 MCS-51單片機看門狗電路（MAX6814） （132）
5．2 A/D轉換及與單片機接口電路設計 （133）
5．3 多路模擬開關 （135）
5．4 AVR單片機簡介 （137）
5．4．1 ATmega128的結構和主要特點 （137）
5．4．2 ATmega128的封裝和引腳 （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的時鐘系統 （146）
5．5 AVR單片機開發工具（ATmega128） （147）
5．5．1 ICCAVR集成開發環境 （147）
5．5．2 ICCAVR介紹 （148）
5．5．3 ICCAVR導游 （153）
5．5．4 ICCAVR C庫函數與啟動文件 （155）
5．5．5 訪問AVR硬件的編程 （156）
5．6 ATmega128基礎實例 （157）
5．6．1 發光二極管應用實驗 （157）
5．6．2 鍵盤電路應用實例 （160）
復習思考題 （162）
第6章 機電一體化系統的抗干擾設計 （163）
6．1 電磁干擾形成的條件 （163）
6．2 干擾源 （164）
6．2．1 供電干擾 （164）
6．2．2 過程通道干擾 （164）
6．2．3 場干擾 （165）
6．3 提高系統抗電源干擾能力的方法 （165）
6．3．1 配電方案中的抗干擾措施 （165）
6．3．2 利用電源監視電路抗電源干擾 （166）
6．3．3 用Watchdog抗電源干擾 （166）
6．4 電場與磁場干擾耦合的抑制 （167）
6．4．1 電場與磁場干擾耦合的特點 （167）
6．4．2 電場與磁場干擾耦合的抑制 （168）
6．5 幾種接地技術 （172）
6．5．1 單點接地 （172）
6．5．2 多點接地 （172）
6．5．3 混合單點接地 （173）
6．5．4 混合多點接地 （173）
6．5．5 接地的一般性原則 （174）
6．6 過程通道抗干擾措施 （175）
6．7 模擬信號的線性光耦隔離 （177）
6．7．1 HCNR200基本工作原理 （178）
6．7．2 HCNR200的基本工作電路 （178）
6．7．3 HCNR200應用電路設計 （179）
6．8 空間干擾的抑制 （180）
6．9 軟件抗干擾技術 （180）
6．9．1 實施軟件抗干擾的必要條件 （181）
6．9．2 數據采樣的干擾抑制 （181）
6．9．3 程序運行失常的軟件抗干擾措施 （182）
6．10 鐵氧體插損器 （182）
6．10．1 鐵磁性材料（鐵氧體）特性 （182）
6．10．2 磁導率對電磁干擾的影響 （183）
6．10．3 鐵氧體的特性阻抗 （184）
6．10．4 鐵氧體插損器件及應用 （186）
復習思考題 （191）
第7章 機電一體化系統設計實例 （192）
7．1 RC伺服電動機控制 （192）
7．1．1 RC伺服電動機簡介 （192）
7．1．2 RC伺服電動機的內部組成 （192）
7．1．3 RC伺服電動機的控制 （193）
7．1．4 硬件電路圖 （194）
7．1．5 RC伺服電動機的正向旋轉和逆向旋轉控制實驗 （194）
7．1．6 RC伺服電動機旋轉相應角度實驗 （195）
7．1．7 RC伺服電動機速度控制實驗 （196）
7．2 步進電動機應用軟/硬件設計實例 （198）
7．2．1 步進電動機概述 （198）
7．2．2 步進電動機的分類與結構 （198）
7．2．3 步進電動機的基本參數 （198）
7．2．4 步進電動機的特性 （200）
7．2．5 反應式步進電動機的結構 （200）
7．2．6 反應式步進電動機的工作原理 （202）
7．2．7 步進電動機的失步、振蕩及解決方法 （204）
7．2．8 步進電動機的控制 （206）
7．2．9 步進電動機的應用設計 （208）
7．3 小型打印機系統 （210）
7．3．1 硬件電路設計 （210）
7．3．2 典型器件選型及介紹 （214）
7．3．3 硬件電路 （215）
7．3．4 軟件設計 （217）
7．3．5 經驗總結 （221）
7．4 直流電動機的控制實例 （222）
7．4．1 硬件電路設計 （222）
7．4．2 典型器件選型及介紹 （223）
7．4．3 硬件電路 （226）
7．4．4 軟件設計 （229）
復習思考題 （236）
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