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出版者:华中科技大学出版社（原华中理工）

作者:蔡明文

出品人:

页数:182

译者:

出版时间:2007-3

价格:19.80元

装帧:

isbn号码:9787560939599

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 课程设计
• 嵌入式系统
• 电子工程
• C语言
• Proteus
• Keil
• 实验指导
• 教学
• DIY

《嵌入式系统设计与开发实践》 本书深入探讨嵌入式系统的核心原理、设计方法与实际开发流程。它旨在为读者提供一个全面而系统的知识框架，帮助理解并掌握如何从硬件选型、系统架构设计到软件开发、调试优化，最终完成一个完整的嵌入式产品。 第一部分：嵌入式系统基础 嵌入式系统概述 什么是嵌入式系统？其定义、特征、发展历程以及在现代社会中的广泛应用（如物联网、工业自动化、消费电子、医疗设备等）。 嵌入式系统与通用计算机系统的区别与联系。 嵌入式系统的组成部分：微处理器/微控制器、存储器、输入/输出接口、传感器、执行器、通信模块等。 嵌入式系统的关键技术挑战：实时性、可靠性、功耗、成本、体积、安全性等。 微控制器（MCU）与微处理器（MPU） MCU和MPU的结构、工作原理、性能指标及应用场景对比。 常见的MCU架构（如ARM Cortex-M系列、RISC-V等）及其特点。 CPU核心、内存管理单元（MMU）、中断控制器、时钟系统、总线结构等核心概念。 指令集架构（ISA）对嵌入式开发的影响。 嵌入式硬件接口与通信 通用输入/输出（GPIO）：配置、控制、驱动原理、常用操作（读取、写入、中断）。 串行通信接口： UART/USART：异步串行通信原理、波特率、数据格式、错误校验，常用通信场景。 SPI（Serial Peripheral Interface）：同步串行通信原理、主从模式、时钟同步、数据传输，适合高速外设通信。 I2C（Inter-Integrated Circuit）：两线串行通信原理、总线仲裁、设备寻址，适合连接多个低速外设。 并行通信接口：如并行数据总线，其特点与局限性。 模拟信号处理： ADC（Analog-to-Digital Converter）：模数转换原理、采样率、分辨率、量化误差，如何读取传感器模拟值。 DAC（Digital-to-Analog Converter）：数模转换原理，如何输出模拟信号。 定时器与计数器：工作模式、脉冲宽度调制（PWM）生成、时间测量、周期事件触发。 中断系统：中断原理、中断向量表、中断优先级、中断服务程序（ISR）编写与管理，提高系统响应效率。 存储器接口：Flash存储器、RAM、EEPROM等，内存映射、访问时序。 其他常用接口：USB、Ethernet、CAN、I2S等（根据具体系统需求选择性深入）。 第二部分：嵌入式软件开发 开发环境搭建 交叉编译工具链（Cross-Compilation Toolchain）的原理与使用。 集成开发环境（IDE）的选择与配置（如Keil MDK, IAR Embedded Workbench, VS Code + PlatformIO, STM32CubeIDE等）。 编译器、汇编器、链接器的工作流程。 仿真器（Simulator）与调试器（Debugger）的使用。 嵌入式C语言编程 C语言在嵌入式系统中的特性：位操作、指针、内存管理、硬件寄存器访问。 优化C语言代码以适应嵌入式系统资源限制：代码效率、内存占用。 常用的嵌入式C语言技巧和模式。 嵌入式操作系统（RTOS） RTOS的概念、作用与优势：任务调度、资源管理、通信机制、同步互斥。 常见的RTOS（如FreeRTOS, RT-Thread, Zephyr, uCOS等）及其核心概念： 任务（Task）/线程（Thread）：创建、删除、状态转换（就绪、运行、阻塞、挂起）。 任务调度：抢占式调度、协作式调度、优先级调度算法（如固定优先级、动态优先级）。 任务间通信（IPC）：消息队列（Message Queue）、信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、事件标志组（Event Flags）。 内存管理：静态内存分配、动态内存分配、内存池。 时钟与延时：系统时钟、延时函数、定时器管理。 如何选择适合项目的RTOS。 RTOS在复杂嵌入式系统中的应用。 设备驱动程序开发 设备驱动程序的概念、作用与设计原则。 如何根据硬件手册编写驱动程序。 通用驱动程序框架与模块化设计。 中断驱动和轮询驱动的实现。 嵌入式软件调试与优化 调试技术：断点、单步执行、观察变量、内存查看、逻辑分析仪、示波器。 常见的软件缺陷与调试方法：死锁、竞态条件、栈溢出、内存泄漏。 性能优化：代码优化、算法优化、内存优化、功耗优化。 单元测试与集成测试在嵌入式开发中的重要性。 第三部分：嵌入式系统设计实例与进阶 系统设计流程 需求分析与系统规格定义。 硬件选型与评估。 系统架构设计：模块划分、接口定义。 软件设计：高层设计、模块设计、详细设计。 原型开发与测试。 集成测试与系统验证。 部署与维护。 常见嵌入式应用案例分析 数据采集系统：传感器数据读取、处理、存储与传输。 控制系统：PID控制、电机控制、开关量控制。 通信网关：协议转换、数据转发。 用户接口设计：LED指示、按键输入、LCD/OLED显示、触摸屏交互。 进阶主题（根据读者基础和兴趣选择性介绍） 嵌入式Linux开发：Linux内核、设备树、用户空间应用程序、嵌入式文件系统。 网络通信：TCP/IP协议栈、HTTP、MQTT、CoAP等物联网通信协议。 嵌入式安全：安全启动、加密解密、访问控制、固件更新安全。 嵌入式GUI设计：嵌入式图形库（如LVGL, TouchGFX）的应用。 传感器网络与物联网（IoT）：低功耗通信、数据上云、边缘计算。 本书通过详细的原理讲解、清晰的流程阐述和丰富的实践案例，旨在帮助读者建立扎实的嵌入式系统开发能力，能够独立完成从概念到实现的嵌入式项目。无论您是初学者还是希望深化技能的开发者，本书都将是您宝贵的参考资源。

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这本书的配图质量简直是我近期阅读所有技术书籍中的翘楚。它不仅仅是放了几张冷冰冰的元件照片，而是大量的原创、高质量的系统架构图和时序图。例如，在讲解外部中断触发机制时，作者绘制了一张极其精细的状态转移图，清晰地展示了从引脚电平变化到CPU响应中断服务程序的整个时间轴上的关键节点。这些图表的设计充分考虑到了读者的认知负荷，色彩运用克制而有效，重点突出，绝不喧宾夺主。我发现，很多我过去需要反复查阅芯片数据手册才能搞懂的概念，仅通过对照这本书中的几张图示，就能瞬间豁然开朗。这说明作者在内容组织时，绝对是站在一个“已经彻底弄懂”的基础上，再去思考如何用最简洁、最直观的方式将知识传递给一个“正在学习”的人，这种同理心在技术写作中是极其宝贵的。

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这本书的封面设计真是让人眼前一亮，那种沉稳又不失科技感的蓝色调，一下子就抓住了我的注意力。我本来对这个领域只是抱着“了解一下”的心态，毕竟市面上那些技术书籍动辄上百页，看着就让人头大。但拿到这本，感觉就像是收到了一份精心准备的礼物。内页的排版清晰得令人感动，字号和行距的把握简直是教科书级别的，即便是像我这种需要戴着老花镜才能看清细节的“老读者”，阅读起来也毫无压力。更值得称赞的是，它在内容引入上做得非常巧妙，没有直接抛出晦涩难懂的电路图和寄存器定义，而是先用非常生动的语言勾勒出单片机在现代生活中的应用场景，比如智能家居的某个小功能是如何实现的，或者一个简单的电子时钟背后蕴含的逻辑。这种由宏观到微观的引导方式，极大地降低了初学者的心理门槛，让人感觉学习过程是循序渐进、充满乐趣的，而不是枯燥的填鸭式灌输。我花了一个下午的时间粗略翻阅，发现作者在概念的解释上用了大量的类比，比如把CPU比作“大脑”，把内存比作“工作台”，这些形象的比喻，让原本抽象的电子元件一下子“活”了起来，极大地提升了阅读的沉浸感和理解效率。

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作为一名多年接触过一些编程语言，但对底层硬件驱动感到畏惧的IT从业者，我最欣赏这本书的一点是它对“底层代码”的处理方式。许多技术书籍在讲解寄存器操作时，往往会直接给出十六进制的数值设定，让初学者感到茫然，仿佛在跟一串无意义的数字搏斗。然而，这本书却花费了相当的篇幅去解释这些数字背后的“意义”——它们是如何对应到芯片手册中的某个具体位域的。作者似乎深知，只有理解了“为什么是这个值”，而不是仅仅记住了“这个值是什么”，才能真正掌握单片机的精髓。我尤其喜欢其中关于“位操作”的那一节，作者用一种近乎诗意的语言描述了如何通过逻辑运算来优雅地控制硬件，而不是粗暴地赋值，这让原本枯燥的编程过程增添了一层艺术感。读完那部分，我甚至有种错觉，好像自己不是在写代码，而是在跟芯片进行一场心领神会的对话。

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阅读这本书的过程中，我时不时会停下来，拿出自己手边的实验板，对照着书中的步骤进行验证，惊喜地发现，书中所述的每一个实验例程，无论其复杂度如何，都展现出了惊人的“可复现性”和“鲁棒性”。很多书籍的例子只在作者的特定开发环境或特定版本的编译器下才能通过，稍微修改一下参数就满盘皆输，让人心灰意冷。但这本不同，它似乎在编写每一个代码段时都进行了极其严苛的边界条件测试。我甚至故意引入了一些小的干扰，比如改变了上电顺序，或者稍微修改了晶振频率，结果发现程序依然能稳定运行，只是在预期的参数范围内有微小的偏差。这种对实践细节的关注，体现了作者深厚的工程经验。它不是一本停留在理论说教的书，而是一本真正意义上的“实战手册”，它教会我的不仅是知识点，更是如何像一个合格的工程师那样去思考和调试。

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这本书的装帧质量出乎意料地扎实，拿在手里有那种沉甸甸的“干货”感。我特别留意了纸张的质地，那种略带哑光的米白色纸张，不仅保护了视力，也让那些黑白印刷的电路图和波形图显得格外锐利清晰，没有丝毫的墨迹扩散或模糊不清的问题。这一点对于需要对照实体硬件进行学习的读者来说至关重要，试想一下，如果电路图印得模糊不清，那简直是灾难性的。再说到内容结构，它的章节划分逻辑性极强，似乎是按照一个真实的项目开发流程来组织的。从最基础的I/O口配置开始，逐步深入到定时器中断、串口通信，最后才是复杂的A/D转换和显示驱动。这种结构的好处在于，你每学完一个模块，都能立刻感受到自己“解锁”了一个新的能力，这种即时的成就感是推动我继续钻研下去的强大动力。它不像有些教材那样，把所有知识点一股脑地堆在一起，让人不知从何下手，而是像一个经验丰富的导师，牵着你的手，一步步带你走过所有关键的里程碑。

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