AVR单片机原理及测控工程应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:刘海成

出品人:

页数:381

译者:

出版时间:2008-3

价格:39.00元

装帧:

isbn号码:9787811242164

丛书系列:

图书标签:

• AVR单片机
• 单片机原理
• 测控工程
• 嵌入式系统
• C语言
• 硬件设计
• 电子工程
• 传感器应用
• 实践教程
• 工程应用

嵌入式系统设计与实践：从理论到应用 本书聚焦于嵌入式系统开发的广阔领域，深入剖析了现代微控制器和相关技术在实际工程中的应用与实现。 旨在为读者构建一个坚实的理论基础，并提供丰富、实用的工程实践案例，从而助力工程师和学生掌握从概念设计到最终产品实现的完整流程。本书内容覆盖了嵌入式系统的核心组成、软件开发流程、关键外设的驱动与控制，以及现代嵌入式系统中不可或缺的通信协议和高级应用。 第一部分：嵌入式系统基础与微控制器架构 本部分将系统地介绍嵌入式系统的基本概念、发展历程以及其在当代工业、消费电子和物联网（IoT）中的战略地位。 1.1 嵌入式系统概论 详细阐述嵌入式系统的定义、特点（如实时性、功耗约束、专用性）及其与通用计算机系统的根本区别。分析嵌入式系统在不同行业（如医疗、汽车电子、智能家居）中的典型应用场景与需求。 1.2 微控制器（MCU）核心架构解析 本书选取当前主流的微控制器系列作为案例，深入剖析其内部结构。重点讲解冯·诺依曼与哈佛架构的差异及其对性能的影响。详细剖析中央处理器（CPU）的工作原理，包括指令集架构（如CISC与RISC的对比）、流水线技术、中断机制与上下文切换。 1.3 存储器系统与内存管理 详尽介绍嵌入式系统中常用的存储器类型，包括易失性存储器（SRAM、DRAM）和非易失性存储器（Flash、EEPROM）的物理特性、读写时序与生命周期管理。讲解程序代码（程序存储区）、数据存储区（RAM）的划分与地址映射机制，以及在资源受限环境下如何进行有效的内存分配与碎片整理。 1.4 时钟系统与电源管理 系统分析微控制器的内部和外部时钟源（如RC振荡器、晶体振荡器），讲解时钟树的配置、分频与倍频策略，以及如何确保系统在不同工作模式下的时序准确性。深入探讨低功耗设计原理，包括睡眠模式（Sleep Mode）、深度睡眠（Deep Sleep）的选择与唤醒机制，这对电池供电设备至关重要。 第二部分：嵌入式软件开发与调试技术 本部分侧重于嵌入式软件的开发流程、工具链的使用以及确保代码质量和系统稳定性的关键技术。 2.1 嵌入式C语言编程精要 回顾并深化嵌入式C语言的关键特性，如位操作、volatile关键字的应用、指针运算的精确控制。讲解结构体与联合体的内存对齐问题，以及如何编写高效、可移植的底层驱动代码。 2.2 汇编语言在嵌入式开发中的作用 虽然高级语言是主流，但理解汇编语言对于理解底层硬件操作至关重要。本章介绍特定指令集的汇编语法基础，重点讲解如何使用汇编实现关键的初始化代码（如启动文件）、高效的循环和中断服务程序（ISR）的编写，以优化性能瓶颈。 2.3 编译、链接与加载过程 详细解析从源代码到可执行文件的完整过程。重点剖析链接脚本（Linker Script）的作用，讲解如何定义程序在目标硬件上的内存布局，以及重定位（Relocation）的概念。介绍调试信息（DWARF）的生成与解析。 2.4 嵌入式系统的调试与仿真 介绍硬件调试工具（如JTAG/SWD接口）的工作原理与配置。讲解如何使用调试器进行断点设置、单步执行、寄存器和内存查看。探讨软件仿真（Simulation）与硬件在环（HIL）测试方法的应用，确保代码的健壮性。 第三部分：核心外设的接口与驱动开发 本部分是本书的实践核心，详细介绍微控制器上常用关键外设的硬件原理、寄存器级编程方法及驱动库的构建。 3.1 通用输入/输出（GPIO）与中断系统 深入讲解GPIO端口的配置，包括推挽（Push-Pull）、开漏（Open-Drain）模式的选择与上拉/下拉电阻的配置。详尽阐述外部中断（EXTI）的工作机制，包括中断的触发条件、去抖动处理与中断优先级管理。 3.2 定时器/计数器模块详解 全面解析定时器的功能，包括定时模式、脉冲测量模式和PWM（脉冲宽度调制）生成。重点讲解如何利用定时器实现精确的延时、波形发生以及软件分频，并结合实例演示其在电机控制和信号生成中的应用。 3.3 模/数转换器（ADC）与数/模转换器（DAC） 分析ADC的采样定理、分辨率、量化误差。详细介绍单次转换、连续转换、扫描模式等工作方式。讲解DAC在生成模拟信号、波形合成中的应用。强调噪声抑制和基准电压源选择的重要性。 3.4 串行通信接口（UART/USART） 深入讲解通用异步收发传输器的工作原理，包括波特率计算、数据帧格式、校验位设置。提供可靠的异步通信协议栈设计思路，用于设备间的可靠数据交换。 第四部分：高级通信协议与网络集成 本部分扩展到现代嵌入式系统必须掌握的通信标准，涵盖设备间通信和网络接入技术。 4.1 同步串行通信：SPI与I2C SPI (Serial Peripheral Interface)：讲解主从模式、时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）的配置，适用于高速数据传输，如SD卡接口和显示屏驱动。 I2C (Inter-Integrated Circuit)：解析其两线总线机制、地址寻址、仲裁机制，适用于低速多节点设备连接，如传感器和EEPROM的访问。 4.2 现场总线技术：CAN (Controller Area Network) 系统介绍CAN协议的帧格式（标准帧与扩展帧）、位填充、错误检测与容错机制。重点分析CAN在分布式控制系统，特别是汽车电子和工业自动化中的核心作用，并提供报文过滤器的配置指南。 4.3 嵌入式网络接入基础 介绍如何将微控制器连接到更广阔的网络环境。初步探讨TCP/IP协议栈的基础概念，并针对资源受限设备，介绍轻量级的通信协议，如MQTT、CoAP在嵌入式设备上的实现框架与安全机制。 第五部分：实时操作系统（RTOS）与任务管理 为应对复杂系统的并发处理需求，本部分转向嵌入式实时操作系统的原理和应用。 5.1 RTOS内核架构与任务调度 介绍RTOS的核心概念，如任务（Task）、就绪列表、阻塞状态。深入分析常见的调度算法，如固定优先级抢占式调度、轮转调度，并讨论如何选择合适的调度策略以满足系统的实时性要求。 5.2 任务间同步与通信机制 详细讲解信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）用于资源互斥访问的机制与潜在的死锁问题。阐述消息队列（Message Queue）、事件标志组（Event Flags）在任务间数据传递和事件通知中的应用，强调如何正确使用这些同步原语来避免竞态条件。 5.3 内存管理在RTOS中的挑战 讨论RTOS环境下的动态内存分配（如堆管理器）的特点与风险，分析内存池（Memory Pool）和静态分配策略在嵌入式系统中的优势与适用场景。 5.4 案例分析：基于RTOS的复杂系统设计 通过一个综合案例，展示如何使用RTOS将一个大型控制系统分解为多个独立、可维护的任务，并利用其提供的机制实现高效的并发控制和资源共享。 本书的特点在于其理论深度与工程实践的紧密结合。每章的理论讲解后，均附有详尽的硬件寄存器级操作示例，辅以工程设计中常见的陷阱分析与规避方法，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”。 最终目标是培养读者构建高可靠性、高性能嵌入式应用系统的能力。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆