单片机及应用系统设计原理与实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:刘海成

出品人:

页数:587

译者:

出版时间:2009-8

价格:59.00元

装帧:

isbn号码:9787811248630

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 系统设计
• 实践
• 原理
• 电子工程
• 微控制器
• 应用开发
• C语言
• 硬件设计

《嵌入式系统开发实战指南》 内容梗概 《嵌入式系统开发实战指南》是一本面向初学者和有一定基础的嵌入式开发工程师的书籍。全书围绕嵌入式系统的硬件平台构建、软件开发流程、关键技术解析以及实际应用案例展开，旨在帮助读者掌握从零开始构建一个完整嵌入式系统的能力。本书强调理论与实践的结合，通过大量的实例和代码演示，让读者深入理解嵌入式系统设计的核心概念和开发技巧。 第一部分：嵌入式系统基础 本部分将详细介绍嵌入式系统的基本概念、发展历程和应用领域，为读者建立起对嵌入式系统的宏观认识。 1. 嵌入式系统概述 什么是嵌入式系统？ 详细解释嵌入式系统的定义，强调其“嵌入”于其他设备中，为特定功能服务的特点。区分嵌入式系统与通用计算机系统的区别。 嵌入式系统的组成 深入剖析嵌入式系统的三大组成部分：硬件系统（微处理器、存储器、输入输出接口等）、软件系统（嵌入式操作系统、驱动程序、应用程序）以及应用领域。 嵌入式系统的发展历程 回顾嵌入式系统从早期简单的微控制器到如今复杂多核处理器的发展脉络，探讨技术演进的关键节点。 嵌入式系统的应用领域 列举嵌入式系统在消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备、通信网络、智能家居等领域的广泛应用，通过生动的案例说明其重要性。 2. 嵌入式微处理器与微控制器选型 微处理器（MPU）与微控制器（MCU）的区别 详细阐述两者在架构、集成度、应用场景和性能上的差异，帮助读者理解何时选择MPU，何时选择MCU。 主流嵌入式处理器架构简介 介绍ARM、MIPS、RISC-V等主流嵌入式处理器架构的特点、指令集、优势和应用范围。 选择嵌入式处理器的关键因素 详细分析在项目设计中选择处理器时需要考虑的指标，包括CPU主频、功耗、内存接口、外设接口（GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC等）、价格、生态支持（开发工具、社区资源）等。 典型嵌入式芯片介绍 简要介绍一些市面上常见的嵌入式芯片型号，如STM32系列、ESP32系列、Raspberry Pi Pico等，并说明它们的特点和适用场景。 3. 嵌入式存储器技术 存储器的分类 介绍嵌入式系统中常用的存储器类型，包括RAM（SRAM、DRAM）、ROM（Flash ROM、EEPROM）、以及外部存储器（SD卡、NAND Flash）等。 RAM详解 深入讲解SRAM和DRAM的工作原理、特点、读写速度、功耗以及在嵌入式系统中的作用。 ROM/Flash ROM详解 介绍ROM的特点，重点讲解Flash ROM（NOR Flash、NAND Flash）的工作原理、擦写机制、容量、速度、耐久性以及在存储程序代码和数据方面的应用。 存储器接口与连接 介绍CPU如何通过总线与各种存储器进行数据交换，讲解地址总线、数据总线和控制总线的概念。 4. 嵌入式输入输出（I/O）接口设计 通用输入输出（GPIO） 详细讲解GPIO的工作模式（输入、输出、上拉、下拉、开漏等），演示如何通过GPIO控制LED、读取按键状态等。 串行通信接口 UART（通用异步收发传输器） 讲解UART的工作原理、通信协议（波特率、数据位、停止位、校验位）、RS232、RS485等标准，演示串口通信的应用，如与PC进行数据交互。 SPI（串行外设接口） 介绍SPI的3线或4线接口、主从模式、通信时序、时钟极性与相位，演示SPI在驱动SPI Flash、LCD、传感器等设备中的应用。 I2C（集成电路总线） 讲解I2C的总线结构（SDA、SCL）、设备地址、读写操作、ACK/NACK机制，演示I2C在连接各种传感器（温度、湿度、气压等）、EEPROM等设备中的应用。 并行通信接口 简要介绍并行通信的特点，如早期的数据总线。 其他常用接口 介绍ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）的工作原理和在采集模拟信号、输出模拟信号方面的应用。 第二部分：嵌入式软件开发 本部分将聚焦嵌入式系统的软件开发流程，从裸机开发到操作系统的应用，以及调试和优化技巧。 1. 裸机编程入门 裸机开发的定义与特点 解释裸机开发是指在没有操作系统支持的情况下，直接在硬件上编写代码，强调其对硬件的直接控制和资源利用率高的特点。 汇编语言与C语言在裸机开发中的应用 介绍汇编语言在底层硬件初始化、中断处理等关键部分的必要性，以及C语言在实现应用逻辑和提高开发效率方面的优势。 嵌入式开发环境搭建 指导读者搭建常用的嵌入式开发环境，包括集成开发环境（IDE，如Keil MDK, IAR Embedded Workbench, STM32CubeIDE等）、交叉编译工具链、调试器（J-Link, ST-Link等）的安装和配置。 第一个嵌入式程序：点亮LED 通过详细的步骤和代码示例，演示如何在目标硬件上编写、编译、下载并运行一个最简单的“Hello World”程序——点亮LED，理解硬件抽象层（HAL）和寄存器操作。 中断机制与处理 深入讲解中断的概念、中断向量表、中断服务程序（ISR）的编写、中断优先级、中断嵌套等，演示如何响应外部事件（如按键按下）。 2. 嵌入式操作系统（RTOS） 为什么需要RTOS？ 解释在复杂嵌入式系统中，裸机编程的局限性，以及RTOS如何解决任务调度、资源管理、进程间通信等问题，提高系统的实时性和可维护性。 RTOS核心概念 详细介绍RTOS的核心概念，包括任务（Task）、任务状态（就绪、运行、阻塞、挂起）、任务调度（优先级调度、时间片轮转）、信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）、事件标志组（Event Flags）等。 FreeRTOS实战 以FreeRTOS为例，详细介绍FreeRTOS的创建、删除任务、任务间通信（消息队列、信号量）、临界区保护、定时器等功能的应用。 UCOS/II, RT-Thread等其他RTOS简介 简要介绍其他流行的RTOS，说明它们的特点和适用场景。 3. 嵌入式驱动程序开发 驱动程序的概念与作用 解释驱动程序是连接操作系统/应用程序和硬件的桥梁，是实现硬件功能所必需的软件模块。 掌握外设驱动开发 LED驱动 再次回顾LED驱动，但从更抽象的层面讲解。 按键驱动 讲解如何使用GPIO读取按键状态，并进行消抖处理。 串口驱动 讲解如何配置和使用UART进行数据发送和接收，实现异步通信。 LCD驱动 介绍LCD显示原理，讲解如何编写驱动程序来控制LCD显示文字、图形。 传感器驱动 演示如何根据传感器的数据手册，编写相应的驱动程序来采集传感器数据（如温湿度传感器、光敏传感器等）。 中断驱动与轮询驱动 讲解两种不同的驱动开发模式，分析它们的优缺点和适用场景。 设备模型与接口（如有） （可选，视RTOS支持情况）简要介绍Linux设备模型或RT-Thread的设备模型，让读者了解更高级的驱动开发框架。 4. 嵌入式系统调试与测试 硬件调试技术 介绍使用调试器（如J-Link, ST-Link）连接目标板，进行断点设置、单步执行、变量查看、内存查看、寄存器查看等调试操作。 软件调试技巧 讲解printf调试法、逻辑分析仪、示波器等辅助调试工具的使用。 故障排除策略 提供一套系统性的故障排除思路和方法，帮助读者快速定位和解决问题。 单元测试与集成测试 介绍嵌入式系统中的测试方法，包括代码级的单元测试和系统级的集成测试。 代码优化 讲解提高代码效率和减小代码体积的常用技巧，如算法优化、位操作、内联函数、寄存器使用等。 第三部分：嵌入式系统高级主题与应用 本部分将深入探讨一些更高级的嵌入式系统设计话题，并结合实际项目案例进行讲解。 1. 嵌入式通信协议 TCP/IP协议栈 详细介绍TCP/IP协议族的基本概念，包括IP地址、端口、TCP、UDP等，演示如何在嵌入式设备上实现网络通信，如与服务器进行数据交换。 MQTT协议 介绍MQTT协议在物联网（IoT）领域的应用，讲解其发布/订阅模型，演示如何在嵌入式设备上实现MQTT客户端，与MQTT Broker进行通信。 HTTP协议 讲解HTTP协议在Web服务器和客户端通信中的作用，演示如何在嵌入式设备上实现简单的HTTP服务器或客户端。 BLE（低功耗蓝牙） 介绍BLE协议的特点和优势，演示如何在支持BLE的嵌入式设备上实现设备配对、数据传输等功能。 2. 嵌入式Linux系统开发（概述） 为什么选择嵌入式Linux？ 介绍嵌入式Linux的优势，如开源、强大的功能、丰富的驱动支持、成熟的生态系统等。 嵌入式Linux开发流程 简要介绍嵌入式Linux的构建系统（如Buildroot, Yocto Project），交叉编译工具链的配置，Bootloader、Kernel、Root File System的生成。 嵌入式Linux应用开发 介绍在嵌入式Linux环境下进行应用程序开发的常用方法，如使用GCC、GDB，以及Linux系统的API。 设备驱动开发（Linux） 简要介绍Linux设备驱动的框架，如字符设备、块设备、网络设备驱动的编写。 3. 嵌入式系统安全 嵌入式安全的重要性 强调嵌入式系统在关键基础设施、物联网设备中的应用，以及安全漏洞带来的风险。 常见的安全威胁 分析常见的嵌入式系统安全威胁，如物理攻击、网络攻击、软件漏洞等。 安全设计原则 介绍嵌入式系统安全设计的一些基本原则，如最小权限原则、安全通信、数据加密、固件更新安全等。 4. 嵌入式项目实战案例 智能家居控制系统 系统架构设计 规划智能家居控制系统的整体硬件和软件架构，包括主控单元、传感器节点、执行器节点。 硬件选型与搭建 选择合适的微控制器、无线通信模块、传感器和执行器，并进行硬件连接。 软件开发 编写设备端固件（如通过Wi-Fi或BLE连接），实现传感器数据采集、指令接收与执行。 网络通信实现 使用MQTT或HTTP协议实现设备与云端平台的通信。 云端平台与APP交互 介绍如何与云端平台对接，以及如何开发移动端APP进行远程控制和状态监控。 工业数据采集与监控系统 系统需求分析 明确工业现场的数据采集需求，如采集温度、压力、电流等参数。 硬件接口设计 选择合适的传感器和数据转换器，设计数据采集模块。 通信方式选择 确定现场设备之间的通信方式（如RS485, Ethernet）以及与上位机或云端的通信方式。 软件开发 编写数据采集、处理、存储和传输的嵌入式程序。 数据显示与报警 演示如何将采集到的数据发送到上位机或云端进行实时显示和异常报警。 （其他案例，如：智能穿戴设备、车载信息娱乐系统等） 本书特点 循序渐进的讲解方式：从基础概念入手，逐步深入到高级主题。 理论与实践紧密结合：每一章节都配有丰富的代码示例和实际操作指导。 丰富的图示与表格：清晰地展示硬件连接、系统架构和软件流程。 强调动手能力：鼓励读者亲手实践，通过解决实际问题来巩固所学知识。 覆盖主流技术：介绍当前嵌入式开发领域最常用的处理器、操作系统、通信协议等。 案例丰富且贴近实际：选取的案例涵盖了当前流行的应用领域，能够帮助读者更好地理解嵌入式系统的应用价值。 《嵌入式系统开发实战指南》将陪伴您踏上精彩的嵌入式开发之旅，助您掌握核心技能，自信地设计和实现各类嵌入式系统。

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