单片机原理及接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业

作者:赵佩华

出品人:

页数:359

译者:

出版时间:2008-3

价格:33.00元

装帧:

isbn号码:9787111231394

丛书系列:

图书标签:

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

《现代嵌入式系统设计与实践》 内容简介 本书深入探讨了现代嵌入式系统的设计哲学、核心技术以及工程实践，旨在为读者提供一个从理论到应用的全景式知识图谱。全书结构严谨，内容兼顾前沿性和实用性，力求培养读者解决复杂嵌入式系统问题的能力。 第一部分：嵌入式系统基础理论与架构 本部分着重于奠定坚实的理论基础，剖析当代嵌入式系统的基本构成要素和设计范式。 第一章：嵌入式系统概述与发展趋势 本章首先界定嵌入式系统的内涵、外延及其在信息技术生态中的核心地位。我们将详细分析嵌入式系统的分类标准（如实时性要求、功耗约束、计算能力等），并通过对工业控制、物联网（IoT）、可穿戴设备等关键应用领域的考察，阐明嵌入式系统技术当前的演进方向，特别是与人工智能、边缘计算的深度融合。章节末尾将对嵌入式系统设计中面临的主要挑战，如安全性、可靠性和互操作性，进行初步探讨。 第二章：嵌入式微处理器体系结构精讲 本章聚焦于支撑现代嵌入式系统的核心处理器。不同于传统的通用CPU设计思路，本章将重点剖析面向特定任务的微处理器架构特点。我们将深入研究精简指令集计算机（RISC）与复杂指令集计算机（CISC）在嵌入式环境下的适用性对比，尤其对ARM Cortex-M/A系列以及特定领域的DSP核进行详尽的体系结构剖析。内容涵盖流水线技术、缓存一致性管理、特权等级（如安全态与非安全态）的设置，以及如何利用内存保护单元（MPU）和内存管理单元（MMU）构建安全、高效的执行环境。 第三章：实时操作系统（RTOS）原理与选型 实时性是许多嵌入式应用的核心指标。本章全面解析实时操作系统的核心机制。我们将从任务调度算法（如固定优先级、轮转、最早截止时间优先EDF等）入手，阐述内核如何管理上下文切换、中断延迟和系统抖动。此外，信号量、互斥锁、消息队列、事件标志组等同步与互通机制的实现原理与正确使用范式将得到深入讲解。同时，本章会提供一套系统的RTOS选型方法论，帮助工程师根据项目需求（如资源占用、确定性要求、许可证模式）选择合适的RTOS（如FreeRTOS, Zephyr, 或VxWorks等）。 第二部分：硬件接口、驱动与低功耗设计 本部分将理论知识转化为可操作的硬件交互层面，强调系统级集成与优化。 第四章：嵌入式系统总线与通信协议 现代嵌入式系统是异构组件的集成体。本章将详细介绍系统内部和外部的主要通信总线技术。内部总线如AHB/APB，以及高速片上总线（SoC Bus）的仲裁机制和数据传输效率优化。在外部接口方面，本书将系统地阐述I2C、SPI、UART等经典接口的电气特性、时序要求和驱动实现。特别地，针对高速数据传输需求，我们将深入分析PCIe和USB 3.0/Type-C在嵌入式平台上的集成与配置要点。 第五章：传感器接口、数据采集与信号调理 本章关注系统与物理世界的接口——传感器。内容包括各类常用传感器（如MEMS加速计、温湿度传感器、光学传感器）的工作原理。重点在于信号调理电路的设计，如抗混叠滤波器的设计、放大电路的选择以及模数转换器（ADC）的精度与速度的权衡。我们将演示如何编写高效的硬件抽象层（HAL）驱动程序，实现精准、低噪声的数据采集流程。 第六章：嵌入式系统低功耗设计技术 功耗管理是移动和便携式嵌入式设备设计的生命线。本章系统地梳理了从硬件层到软件层的各种低功耗技术。硬件层面涉及时钟门控、电源域划分、电压频率调节（DVFS）的应用。软件层面则深入探讨了睡眠模式（如空闲态、深度睡眠、待机态）的切换策略、唤醒源管理，以及如何利用操作系统自身的电源管理框架（如Linux PM QoS）来确保系统在满足性能需求的同时实现最优的能耗比。 第三部分：软件开发、调试与系统级工程 本部分侧重于软件工程的实践，涵盖开发流程、调试技术及系统集成。 第七章：嵌入式C/C++编程的高级技巧与代码优化 本章超越基础语法，探讨在资源受限环境中高效使用C/C++的艺术。内容包括：对易失性（volatile）关键字的精确理解与应用、位操作的优化技巧、内存布局的控制（栈、堆、静态存储区）、编译器优化等级的选择对运行时性能和代码体积的影响。此外，本章还将引入现代C++在嵌入式开发中的应用，如模板元编程在编译期代码生成中的作用，以及如何使用RAII原则来管理嵌入式资源。 第八章：系统调试、故障定位与边界扫描 有效的调试是项目成功的关键。本章介绍一系列专业的嵌入式调试工具和技术。我们将详述JTAG/SWD接口的原理及其在固件烧录、硬件断点设置中的应用。对于复杂的系统级问题，我们将讲解逻辑分析仪、示波器在捕获时序逻辑错误和信号完整性问题中的实战技巧。此外，系统崩溃的分析（如看门狗复位、硬错误堆栈回溯）和内核级调试方法也将被详细阐述。 第九章：嵌入式系统安全基础与固件更新机制 随着连接性增强，安全性成为不可或缺的一部分。本章介绍嵌入式设备面临的主要威胁，包括代码篡改、物理侧信道攻击和远程漏洞利用。我们将深入分析安全启动（Secure Boot）的流程，如何利用硬件信任根（RoT）来验证固件的完整性与真实性。同时，安全可靠的空中下载（OTA）更新机制的设计，包括加密传输、A/B分区冗余备份和回滚策略，将作为系统维护的重要环节被详细介绍。 附录：嵌入式系统常用工具链与工具集 本附录提供了一个实用的工具集清单，包括交叉编译工具链的搭建、构建系统（如CMake, Yocto Project）的基础配置，以及版本控制工具（Git）在嵌入式团队协作中的最佳实践。 本书适合于计算机科学、电子工程、自动化专业的本科生、研究生，以及致力于嵌入式系统、物联网设备、工业控制和消费电子产品研发的工程师阅读与参考。通过系统学习，读者将能够独立完成从硬件选型、驱动开发到操作系统移植和应用软件实现的完整嵌入式项目。

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