单片机原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:机工

作者:曹克澄

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:2005-1-1

价格:20.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111154204

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 原理与应用
• 电子技术
• 微控制器
• C51
• 汇编语言
• 硬件设计
• 实践教程
• 电子工程

嵌入式系统设计与实践：从理论到应用 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索现代嵌入式系统的设计、开发与实现过程。我们聚焦于构建高性能、低功耗且功能丰富的智能设备所需的核心技术栈，避免深入探讨特定微控制器（如单片机）的底层原理和指令集架构，转而强调系统级的抽象、软件架构设计以及关键功能模块的实现策略。 第一部分：嵌入式系统概述与基础架构 本部分首先界定嵌入式系统的概念、分类及其在现代科技中的战略地位。我们将重点讨论嵌入式系统与传统计算系统的本质区别，尤其是在资源受限环境下的设计权衡。 1.1 嵌入式系统的概念演进与应用领域 深入分析从早期简单的控制器到如今复杂的物联网（IoT）终端设备的演变路径。探讨嵌入式系统在工业控制、消费电子、医疗设备、汽车电子等领域的具体应用场景，突出其对实时性、可靠性和能效的严苛要求。 1.2 硬件平台选择与系统级抽象 本章侧重于系统设计初期对硬件选型的考量，而不局限于某一种特定的微处理器。讨论基于不同架构（如CISC、RISC、DSP、FPGA等）的处理器选型原则。重点介绍系统级抽象层（Hardware Abstraction Layer, HAL）的设计理念，强调如何通过定义清晰的接口来隔离硬件差异，提高软件的可移植性。讨论系统总线结构（如I2C, SPI, UART, PCIe, USB）的功能与互联策略，为后续的驱动开发奠定基础。 1.3 内存管理与数据布局 详细解析嵌入式设备中常见的内存层次结构（SRAM、DRAM、非易失性存储器）。探讨如何在有限的内存空间内实现高效的数据存储和访问。内容涵盖静态内存分配、栈与堆的管理，以及现代嵌入式操作系统中虚拟内存（若适用）或内存保护单元（MPU）的基本应用，确保程序在边界条件下的稳定运行。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程 实时性是许多嵌入式应用的核心要求。本部分将完全围绕实时操作系统的核心机制展开，不涉及操作系统的底层调度器源代码实现细节。 2.1 实时性要求与RTOS核心特性 阐述硬实时与软实时的区别，以及确定性（Determinism）在系统设计中的重要性。介绍主流RTOS（如FreeRTOS, Zephyr, VxWorks等）的通用功能集，包括任务管理、调度算法（如固定优先级、抢占式、轮转等）的原理与适用场景分析。 2.2 任务间通信与同步机制 深入讲解实现多任务并发协作的关键技术。详细分析信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）和事件组（Event Group）的适用性、实现机制及其潜在的陷阱（如死锁、优先级反转）。强调正确使用同步原语以保证数据一致性的重要性。 2.3 低延迟中断处理与上下文切换 讨论中断服务程序（ISR）的设计规范，强调ISR应尽可能短小和快速的原则。分析中断处理流程对系统实时性能的影响，以及上下文切换的开销与优化方法。 第三部分：设备驱动程序设计与外设交互 本部分关注如何编写可靠、高效的软件来驱动和控制各种外部硬件设备，侧重于软件设计模式。 3.1 驱动程序的设计范式 介绍现代驱动程序的设计模式，如面向对象的设计思路在驱动层面的应用（尽管底层代码可能是C语言）。讨论驱动程序与上层应用逻辑分离的必要性，以及如何通过标准接口（如Linux内核中的驱动模型或专有嵌入式框架）进行抽象。 3.2 串行与并行数据传输协议的软件实现 重点分析主流通信接口（如SPI, I2C, CAN, Ethernet）的软件协议栈实现思路。不关注具体寄存器操作，而是探讨如何构建发送/接收缓冲区管理、错误校验与重传机制的软件逻辑。例如，如何设计一个可靠的I2C主设备驱动，处理时序和应答错误。 3.3 传感器数据采集与信号调理软件 探讨从模拟信号到数字数据的转换过程中的软件处理。内容包括如何使用软件算法对ADC（模数转换器）采样数据进行滤波（如滑动平均、卡尔曼滤波的软件实现框架）、线性化和校准，以获得高精度、抗噪的物理量读数。 第四部分：系统级优化与可靠性工程 高效的嵌入式系统设计必须考虑能耗和长期稳定性。本部分探讨面向性能和能效的系统级优化策略。 4.1 低功耗模式与电源管理 分析嵌入式设备（特别是电池供电设备）的功耗构成。详细介绍软件如何管理处理器的各种睡眠模式（如时钟门控、深度睡眠、唤醒源配置）。讨论功耗分析工具的使用方法，以及如何设计动态电源管理策略以平衡性能和待机时间。 4.2 固件更新与空中升级（OTA） 在联网设备中，安全可靠的固件升级机制至关重要。本章详细介绍A/B分区机制、回滚保护、加密校验等OTA策略的软件架构设计。讨论如何确保在更新过程中设备不会因为电源丢失而进入不可用状态（Bricking）。 4.3 系统调试、测试与故障诊断 介绍系统级调试技术，如JTAG/SWD的原理及其在复杂系统调试中的应用。重点讨论如何设计健壮的日志系统、Watchdog（看门狗）管理，以及在设备无法启动时进行故障诊断的策略（如Bootloader级别的错误报告机制）。 结语 本书强调系统思维和软件架构的重要性，旨在培养读者设计复杂、可靠且资源受限的嵌入式应用系统的能力，为进入更高层次的嵌入式软件工程领域做好准备。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆