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出版者:华中理工大学出版社

作者:肖来胜

出品人:

页数:291

译者:

出版时间:2004-10

价格:28.80元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560932835

丛书系列:

图书标签:

• 电子
• 单片机
• 嵌入式系统
• C51
• 汇编语言
• 电子技术
• 硬件开发
• 实践教程
• STC
• Arduino
• 传感器

《嵌入式系统硬件设计与开发实战》 本书旨在为读者提供一个全面深入的嵌入式系统硬件设计与开发实践指导。内容涵盖了从基础的数字电路原理到复杂的嵌入式硬件平台构建，再到高效的软件协同开发，力求帮助读者掌握嵌入式系统开发的完整流程和核心技术。 第一部分：嵌入式系统硬件基础 本部分将从最基本的电子元器件入手，讲解它们在嵌入式系统中的应用。包括但不限于： 晶体管、二极管、电阻、电容等无源和有源器件的工作原理及其在电路中的作用。 重点阐述如何根据具体应用选择合适的器件参数和型号。 逻辑门电路、组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计与分析。 读者将学习如何利用逻辑门构建复杂的数字电路，理解触发器、计数器、移位寄存器等基本时序元件的功能，并掌握状态机的设计方法。 数模/模数转换器的原理与应用。 深入讲解ADC和DAC的工作机制，包括采样率、分辨率、量化误差等关键参数，以及在传感器数据采集和信号输出中的应用场景。 常用接口技术详解。 详细介绍UART、SPI、I2C、USB、Ethernet等主流通信接口的工作原理、时序特性、协议规范和硬件实现细节。通过实例，指导读者如何正确连接和配置这些接口，实现设备间的高效通信。 电源管理和低功耗设计。 讲解稳压器、低压差线性稳压器（LDO）、开关电源（DC-DC）的工作原理，以及如何在硬件层面实现低功耗设计，如时钟门控、电源域划分、休眠模式等。 第二部分：嵌入式硬件平台构建 本部分将引导读者动手实践，构建实际的嵌入式硬件系统。 微处理器/微控制器选型与评估。 分析不同架构（如ARM Cortex-M/A系列、RISC-V等）的特点，介绍CPU核心、内存、外设资源、功耗、成本等选型因素，帮助读者根据项目需求选择最合适的芯片。 最小系统设计与原理图绘制。 讲解如何根据选定的芯片，设计最小系统，包括复位电路、时钟电路、电源电路、JTAG/SWD调试接口等。重点介绍原理图设计工具（如Altium Designer, KiCad）的使用方法，以及绘制规范和注意事项。 PCB布局布线与工艺。 深入讲解PCB设计流程，包括元器件布局、走线策略、电源/地平面处理、信号完整性、电磁兼容性（EMC）考虑。介绍不同PCB工艺（如单层、双层、多层板）的特点和选择。 射频（RF）硬件设计基础（可选）。 对于需要无线通信功能的项目，本部分将简要介绍RF链路设计、天线选择与布局、阻抗匹配等基本概念。 硬件调试与测试。 讲解使用万用表、示波器、逻辑分析仪等常用测试仪器进行硬件调试的方法，如何定位和解决硬件故障。 第三部分：嵌入式软件与硬件协同开发 硬件的实现离不开软件的支持，本部分将聚焦于软件与硬件的紧密结合。 汇编语言与底层驱动开发。 讲解特定CPU架构的汇编语言基础，以及如何编写底层驱动程序，直接控制硬件寄存器，实现对GPIO、定时器、中断等核心外设的访问。 C语言在嵌入式开发中的高级应用。 深入讲解指针、位操作、内存管理、中断处理函数（ISR）等在嵌入式C语言编程中的重要性，以及如何编写高效、可靠的嵌入式C代码。 实时操作系统（RTOS）的移植与应用。 介绍FreeRTOS, Zephyr等主流RTOS的核心概念，如任务调度、信号量、互斥锁、消息队列等。指导读者如何将RTOS移植到目标硬件平台，并利用RTOS进行多任务并发开发。 嵌入式Linux系统开发入门（可选）。 对于需要更高性能和丰富外设的系统，本部分将介绍嵌入式Linux系统的架构，交叉编译环境的搭建，以及如何在嵌入式Linux下进行驱动开发和应用开发。 固件升级（OTA）和配置管理。 讲解在嵌入式设备上实现固件远程升级的策略和技术，以及如何设计有效的配置管理方案，保证设备的长期稳定运行。 版本控制与协同开发。 介绍Git等版本控制工具在嵌入式项目中的应用，以及如何实现团队间的代码协同开发。 第四部分：案例分析与项目实践 本部分将通过一系列精心设计的案例，将前面所学的理论知识转化为实际的开发经验。 智能家居传感器节点设计。 结合低功耗设计和无线通信技术，实现一个集成了温度、湿度、光照等传感器的节点。 小型数据采集与传输模块。 利用ADC和UART/SPI接口，设计一个能够采集模拟信号并传输到上位机的模块。 基于RTOS的电机控制系统。 使用RTOS实现对直流电机或步进电机的精确控制，并具备一定的实时响应能力。 简易人机交互界面开发。 结合LCD显示和按键输入，开发一个简单的用户交互界面。 通过对以上内容的学习和实践，读者将能够独立完成嵌入式系统的硬件设计、软件开发、调试测试等全过程，为深入理解和掌握更复杂的嵌入式系统技术打下坚实的基础。本书注重理论与实践相结合，通过大量的实例和图示，力求让读者在轻松愉快的氛围中掌握嵌入式系统开发的核心技能。

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坦率地说，作为一名有一定经验的工程师，我阅读这本书的初衷是想找一本能快速回顾和查阅特定模块配置的参考书，但我的预期被这本书的内容深度和广度所超越了。这本书在系统架构和底层寄存器操作的阐述上，展现出了扎实的功底。它不仅仅停留在应用层库函数的调用，而是深入到了硬件与软件交互的最核心部分。例如，在讲解定时器/计数器的不同工作模式时，作者不仅清晰地描绘了硬件电路连接的逻辑，更重要的是，它详细解析了在不同模式下，特定寄存器位翻转所带来的精确时间控制效果。这种对硬件特性的深刻理解，是很多市面上只注重快速上手的教程所缺乏的。对于需要进行高性能实时控制或者资源受限设备开发的专业人士来说，这种对底层细节的掌控能力至关重要。书中的代码示例非常精炼，注释到位，完全可以作为高质量的参考模板直接复用到实际工程中，大大节省了我在项目初期搭建基础框架的时间。

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作为一名业余的创客和爱好者，我追求的是快速实现创意，而不是成为一个底层驱动专家。这本书在满足我这种需求的方面做得非常出色。它不像某些专业书籍那样，把大量的篇幅花在对不同型号芯片之间细微差异的对比上，而是集中火力讲解一套核心、通用的开发理念和方法论。当我需要做一个基于单片机的智能家居原型时，这本书提供的模块化编程思路极大地帮助了我。它展示了如何将硬件抽象成易于调用的软件模块，使得我能够把更多的精力放在应用逻辑的构建上，而不是纠结于寄存器的值。比如，在讲解EEPROM读写操作时，它提供的代码示例简洁高效，直接移植到我的项目中，节省了数个小时的调试时间。这本书的实用性体现在它能让我更快地将脑海中的想法变成现实中的可运行原型，这对于创客文化来说，是非常宝贵的财富。

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这本关于单片机技术的教程，从我一个电子爱好者和初学者的角度来看，简直是一盏明灯。我之前对着那些晦涩难懂的芯片手册和理论书籍望而生畏，总觉得单片机离我很遥远。但是，这本书的叙述方式非常贴合实际操作的需求，它不像某些教材那样堆砌复杂的公式和深奥的理论，而是用一种非常平易近人的语言，一步一步地引导读者进入单片机的世界。我特别欣赏它在讲解基础概念时所采用的类比和实例，比如将程序流程比作日常生活的逻辑判断，这让我瞬间就理解了那些看似抽象的编程结构。书中对开发环境的配置和常用工具的使用讲解得极为细致，即便是像我这样对嵌入式系统一窍不通的新手，也能快速上手，编译出第一个“点亮LED”的程序。这种“即学即用”的体验，极大地增强了我学习的信心。更重要的是，它没有停留在理论层面，而是大量的篇幅都用来介绍如何将理论转化为实际可操作的项目，每一个小实验都设计得恰到好处，既能巩固知识点，又不会让人感到枯燥。这本书真正做到了“实用”二字，让我感受到了自己动手创造的乐趣。

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我是在大学期间接触到这本教材的，那时候对电子工程的课程压力非常大，各种理论知识和实验要求让人应接不暇。这本书对于我们学生群体来说，简直是救星般的存在。它的章节安排逻辑性极强，知识点的递进关系处理得非常流畅。从最基础的I/O口操作，到复杂的外部中断处理，再到通信协议如UART和SPI的实现，每一步都像是精心铺设的阶梯，确保读者不会在任何一个知识点上“掉队”。我尤其喜欢它在讲解中断服务程序（ISR）时所强调的快速退出原则和变量保护机制，这在编写复杂的、多任务并发的系统中是至关重要的安全准则。而且，书中提供的配套实验指导书，内容详实，步骤清晰，哪怕是课堂上没有完全理解的实验点，通过书上的指导也能独立完成并顺利通过测试。它培养的不仅是编程能力，更是严谨的工程思维。

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这本书最大的亮点在于其对高级主题的处理方式——它成功地在保持技术准确性的同时，极大地降低了学习门槛。许多单片机教程在涉及到模数转换（ADC）或脉冲宽度调制（PWM）这些涉及到模拟与数字混合信号控制的部分时，往往会变得晦涩难懂，充斥着大量需要手动计算的参数。然而，这本书在介绍ADC时，不仅讲解了采样定理和分辨率的概念，更重要的是，它提供了一个清晰的流程图来指导读者如何根据实际需求（如采样率和精度）来设定合适的转换时钟和通道配置。对于那些需要将单片机应用于电机控制或传感器数据采集的读者来说，这种“理论指导实践”的模式非常有效。它教会我的不是‘如何使用’某个功能，而是‘为什么’要这样配置，这种内在的理解比死记硬背函数调用要深刻得多，也更具迁移性。

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