具体描述
本教材以培养学生应用能力为宗旨，突出基础知识的掌握和实践技能的训练，注重新技术的运用，充分体现高职高专教育的特点。全书共分8章，第1章对目前比较常用的单片机实验系统及开发系统进行了简单介绍；第2章介绍MCS-51系列单片机的内部结构；第3章讲述汇编语言程序设计；第4章介绍输入输出与中断；第5章介绍接口技术；第6章介绍其他实验设备应用；第7章介绍单片机的抗干扰设计；第8章是应用实例综合实训。全书共安排21个实训。
本书可作为高职高专机电一体化、计算机技术、工业控制、电气及自动化等专业教材或职业技能培训的教材，也可供有关工程技术人员参考。
《嵌入式系统设计与实践：从理论到项目实现》 图书简介 一、 本书定位与目标读者 本书旨在为电子工程、计算机科学、自动化控制等相关专业的学生、工程师以及对嵌入式系统开发抱有浓厚兴趣的自学者，提供一套全面、深入且高度实用的嵌入式系统设计与实践指导。我们深知现代电子系统对实时性、低功耗、高集成度的严苛要求，因此本书聚焦于前沿的嵌入式技术栈，力求打破理论与工程实践之间的壁垒。 本书并非对特定微控制器（如8051或PIC系列）的简单指令集复述，而是将视角提升至更具通用性和工业应用价值的 32位ARM Cortex-M系列微控制器（以STM32系列为例进行深入讲解）以及 嵌入式Linux系统 两个核心领域。我们致力于培养读者构建复杂、可靠、高效嵌入式应用系统的核心能力，而非仅仅停留在单一芯片的“点对点”操作层面。 二、 核心内容模块与技术深度解析 本书结构严谨，内容涵盖从底层硬件交互到上层应用软件开发的完整生命周期，共分为五大部分： 第一部分：嵌入式系统基础与微控制器架构（理论基石） 本部分首先建立了坚实的理论基础，重点剖析现代32位微处理器的核心架构。 1. Cortex-M内核详解： 深入解析Cortex-M3/M4内核的流水线设计、特权级别（Privilege Levels）、内存保护单元（MPU）的工作原理。强调中断响应机制（NVIC）的向量表结构、优先级配置与嵌套行为，这是理解实时性的关键。 2. 内存映射与总线结构： 详细阐述AHB/APB总线矩阵的仲裁机制，区分SRAM、Flash和外设寄存器的内存映射关系。讲解如何高效地访问不同类型的存储器，避免总线冲突与等待周期。 3. 系统初始化： 不仅仅是配置时钟树，更侧重于系统启动序列（Boot Process）、复位源分析以及低功耗模式（如Stop/Standby）的精确控制与唤醒源配置。 第二部分：底层驱动与外设编程实践（硬件交互） 本部分强调通过直接寄存器操作和HAL库的对比学习，掌握驱动开发的精髓。 1. 中断与定时器高级应用： 深入探讨通用定时器（TIM）的高级功能，如输入捕获（Input Capture）、输出比较（Output Compare）、PWM的互补输出与死区插入（Dead Time Insertion），并结合实际工业控制场景（如电机调速）进行建模与实现。 2. 通信接口的深度剖析： UART/USART： 讲解波特率的精确计算、异步与同步模式的切换，并实现基于DMA的数据高速传输，避免CPU在大量数据收发时的阻塞。 SPI/I2C协议栈实现： 侧重于多主机/多从机架构下的仲裁机制、时序图的精确控制，以及如何设计可靠的错误检测与重传机制。 CAN总线应用： 详述CAN协议帧结构、报文过滤器的配置，并构建一个简单的分布式数据采集网络实例。 3. 模数/数模转换（ADC/DAC）： 重点讲解多通道扫描模式、规则组与注入组的配合使用、过采样技术在提高有效位数（ENOB）中的作用，以及如何利用DMA高效地将转换结果导入内存。 第三部分：实时操作系统（RTOS）与并发管理 本部分是实现复杂应用的核心，我们选择FreeRTOS作为主要的教学平台。 1. RTOS内核机制： 详细解析任务（Task）的生命周期、状态切换、调度算法（如优先级抢占、时间片轮转）的内部实现。 2. 任务间通信与同步： 深入讲解信号量（Semaphore，包括二值和计数）、互斥锁（Mutex）的正确使用场景与优先级反转问题的规避方法。队列（Queue）的阻塞与非阻塞发送接收机制的差异化应用。 3. 内存管理与资源共享： 探讨RTOS中的堆管理策略（如Heap_4），以及如何使用消息队列安全地在不同任务间传递复杂数据结构。 第四部分：嵌入式Linux基础与应用开发 本部分将读者的视野扩展到更强大的计算平台，以树莓派（或其他主流ARM开发板）为载体。 1. Linux内核与文件系统： 介绍嵌入式Linux的启动流程（Bootloader-Kernel-RootFS），理解设备树（Device Tree）在硬件描述中的核心作用。 2. 驱动程序框架： 讲解Linux驱动模块的加载、初始化与退出流程，重点剖析字符设备驱动的骨架搭建，包括`open/read/write/ioctl`等标准文件操作函数的实现原理。 3. 用户空间编程： 使用C/C++结合POSIX API，演示如何通过系统调用访问底层硬件资源，实现进程间通信（IPC）机制，例如管道（Pipe）和共享内存。 第五部分：系统集成、调试与工程化 本部分关注如何将各个模块整合成一个稳定可靠的产品。 1. 调试技术： 侧重于使用J-Link/ST-Link进行代码级调试，包括断点设置、寄存器观察、存储器查看。针对RTOS，介绍使用Percepio Trace Recorder等工具进行时序分析和死锁排查。 2. 固件升级（OTA）： 探讨Bootloader在实现安全、可靠的空中固件升级（Firmware Over-The-Air）中的关键技术，包括双备份分区（A/B Slot）策略和CRC校验。 3. 能效管理： 针对电池供电应用，详细讲解如何通过精细控制时钟门控、低功耗模式切换，以及优化中断处理时间，实现系统级的功耗优化。 三、 本书的特色与优势 实践驱动： 书中所有理论讲解均配有详尽的、可直接编译运行的代码示例，并附带原理图和电路连接说明，确保读者能够立即动手验证所学知识。 分层设计理念： 不仅教授如何使用现成的库函数，更深入剖析库函数背后的寄存器操作，使用户在遇到非标准需求时，能够快速脱离框架限制进行定制化开发。 面向工业界挑战： 强调实时性、可靠性和可维护性，关注错误处理、看门狗应用、电源管理等，这些是学生项目与实际产品开发之间最大的鸿沟。 本书是通往专业嵌入式系统工程师的坚实阶梯，它提供的不是知识的罗列，而是解决复杂工程问题的思维框架与实战技能。
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