单片机模糊控制系统设计与应用实例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:谢宋和 甘勇 等

出品人:

页数:294

译者:

出版时间:1999-7

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787505354524

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 模糊控制
• 系统设计
• 应用实例
• 嵌入式系统
• 控制工程
• 自动化
• 电机控制
• 智能控制
• 实践教程

深度解析现代嵌入式系统设计与高级算法实现 本书聚焦于当前快速发展的嵌入式系统领域，深入探讨了从底层硬件交互到复杂软件算法实现的完整流程。它旨在为电子工程、计算机科学以及自动化控制等相关专业的学生和工程师提供一套全面、实用的技术指南和前沿方法论。 --- 第一部分：嵌入式系统基础架构与高效编程范式 本部分内容着重于奠定坚实的嵌入式系统设计基础，强调如何在资源受限的环境下实现稳定、高效的软件运行。 第一章：微控制器选型与硬件平台构建 本章详细对比了主流微控制器（MCU）系列的架构特点、性能指标及适用场景，包括高性能的ARM Cortex-M系列（如STM32、Kinetis）和低功耗的AVR/PIC系列。内容涵盖： 1. 内核架构与存储器映射： 深入剖析 RISC 与 CISC 架构在嵌入式应用中的优劣，以及 Flash、SRAM、EEPROM 的组织方式与高效访问策略。 2. 关键外设接口的底层驱动开发： 针对 GPIO、定时器/计数器、中断系统（NVIC 配置）的编程实现，讲解如何编写高效、可移植的寄存器级驱动代码。 3. 电源管理与低功耗设计： 介绍休眠模式（Sleep, Stop, Standby）的激活条件、唤醒源配置，以及通过时钟门控和电压调节实现系统级功耗优化。 4. PCB设计基础对嵌入式系统的影响： 讨论信号完整性（SI）、电源完整性（PI）在高速数据传输和抗干扰设计中的重要性，以及如何进行合理的布局布线。 第二章：实时操作系统（RTOS）原理与实践 本部分全面覆盖了嵌入式实时操作系统的核心概念、内核机制以及实际应用中的调度策略优化。 1. RTOS 核心机制剖析： 深入解析任务调度算法（如固定优先级、轮转、优先级继承），上下文切换的流程与开销分析。 2. 任务间通信与同步机制： 详细阐述信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）和事件标志组的正确使用场景与陷阱规避，特别是死锁问题的预防。 3. 内存管理在 RTOS 中的应用： 探讨静态分配与动态内存分配（如堆管理）的策略，以及如何避免内存碎片化对系统稳定性的影响。 4. 基于 FreeRTOS/RT-Thread 的项目实战： 通过实际案例演示如何构建一个多任务、高并发的嵌入式应用框架，并进行系统级性能分析。 第三章：嵌入式软件工程与调试技术 强调软件的质量保障和高效的调试流程，这是确保产品可靠性的关键。 1. 版本控制与代码规范： 介绍 Git 在嵌入式项目中的高级用法（如 Submodule、Cherry-pick），并推行 MISRA C/C++ 等工业级编码标准。 2. 静态分析与代码度量： 使用 PC-Lint、Coverity 等工具进行代码静态检查，关注循环复杂度、代码覆盖率和潜在的缓冲区溢出问题。 3. 高级调试技术： 讲解使用 JTAG/SWD 接口下的断点设置、观察点（Watchpoint）、内存查看与修改，以及硬件逻辑分析仪在捕获瞬时错误中的应用。 4. 系统级日志与故障恢复机制： 设计健壮的错误处理流程，包括看门狗（WDT）的配置、异常向量捕获与系统重启策略。 --- 第二部分：高级算法在嵌入式环境中的移植与优化 本部分超越基础的“点灯”和“数据采集”，深入探讨如何将复杂的现代计算算法高效地嵌入到资源受限的微控制器中运行。 第四章：数字信号处理（DSP）基础与硬件加速 本章侧重于在 MCU 上实现高效的数字信号处理算法，并利用其内置的 DSP 指令集（如 MAC 单元）。 1. 离散时间信号处理： 复习 Z 变换、快速傅里叶变换（FFT）的基本原理，并讨论定点运算对浮点运算替代的精度影响。 2. 滤波器设计与实现： 详细介绍 FIR 和 IIR 滤波器的设计流程（如窗函数法、双线性变换），重点讲解系数的定点化处理和溢出保护。 3. MCU 内核的 DSP 指令集应用： 演示如何通过汇编优化或特定编译器指令，加速乘累加（MAC）运算，以提高音频处理或传感器数据预处理的速度。 4. 数据采集系统的噪声抑制： 结合 ADC 采样特性，设计多级滤波策略，确保数据质量。 第五章：数据驱动的系统建模与预测控制 本章引入现代控制理论和机器学习的思想，用于增强嵌入式系统的自主决策能力。 1. 系统辨识与状态空间模型： 介绍如何通过实验数据对未知物理系统（如电机、加热器）进行辨识，建立线性或非线性状态空间模型。 2. 模型预测控制（MPC）的简化实现： 探讨将复杂的优化问题在嵌入式平台上进行实时求解的简化方法（如滚动时域分解），用于高阶系统的性能提升。 3. 基于梯度的系统自适应调整： 讲解如何使用简单的梯度下降法，让系统参数（如PID增益）根据环境变化进行微小的在线修正，实现系统自适应性。 4. 轻量级机器学习模型部署（TinyML）： 介绍 TensorFlow Lite Micro 等框架，演示如何将训练好的分类、回归模型（如基于传感器数据的心率识别）量化并部署到低功耗 MCU 上进行实时推理。 第六章：通信协议栈与网络集成 重点关注嵌入式设备如何与外部世界安全、可靠地交互，无论是现场总线还是物联网连接。 1. 工业现场总线协议深度解析： 详细剖析 CAN/CANopen、EtherCAT 等协议的帧结构、错误管理和时间同步机制，并提供基于中断或 DMA 的高效驱动实现。 2. TCP/IP 协议栈与嵌入式 Web 服务器： 讲解 LwIP 协议栈的裁剪与优化，以及如何在资源有限的 MCU 上构建轻量级的 HTTP/MQTT 服务器，用于远程监控和OTA（空中下载）更新。 3. 安全通信机制（Security in Embedded）： 讨论 TLS/DTLS 协议栈在嵌入式环境下的移植挑战，以及如何利用硬件加密加速器（如 TRNG/Crypto Engine）来保护数据传输和设备身份验证。 4. 低功耗广域网（LPWAN）技术选型： 对比 LoRaWAN、NB-IoT 等技术在功耗、覆盖范围和数据速率上的权衡，并指导如何集成相应的通信模组。 --- 结语 本书通过理论推导、大量代码示例和实际工程案例的结合，旨在培养读者将先进算法思想转化为高效、可靠的嵌入式产品代码的能力。它不仅是学习单一微控制器的参考手册，更是一部关于如何构建下一代智能、互联嵌入式解决方案的综合指南。

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