单片机控制电子产品项目开发 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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牛俊英编

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出版社：电子工业出版社

ISBN：9787121307676

版次：1

商品编码：12115746

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-01-01

用纸：胶版纸

页数：160

字数：256000

正文语种：中文

具体描述

内容简介

本书以智能电子产品控制器软件开发的岗位要求和职业能力为导向，以高职高专院校单片机控制系统开发课程的教学要求为依据，进行教学内容的编写。全文共分为两个部分：模块一和模块二。模块一为单片机控制电子产品开发基础，包括6个任务；模块二为单片机控制电子产品开发实战，包括智能闹钟程序、电风扇控制器程序、智能小车程序的开发与测试3个任务及其子任务。

作者简介

牛俊英，女，顺德职业技术学院电信学院专职教师，副教授，长期从事电子产品，特别是家用电子产品的设计与开发，长期从事高等职业教育单片机类课程的教学，具有丰富的实践和教学经验。

前言/序言

　　单片机控制电子产品项目开发
　　前言
　　本教材针对一门省级资源精品共享课，邀请企业开发部部长共同编写。依据电子产品控制器开发与设计岗位的职业要求，根据工程师在实际工作中对单片机应用的要求，以典型智能电子产品及白色家电为载体，以电控器开发任务中单片机的使用为中心，设计学习性的常见处理任务，精选教材内容。在教材编写过程中，贯彻了以下原则：
　　1.以典型的智能电子产品为载体，依照由浅入深、能力逐步提升的原则组织，涉及了产品软件开发的全过程，层次递进地完成了从基础职业能力的培养到创新与可持续发展能力的提升。
　　2.注重实际工作任务的设计，按功能说明书的编制、程序设计、程序开发、功能测试等步骤编写教材，贴近企业真实情况。
　　3.重视职业能力的培养和提升，以完成完整的商业级程序为目标，除了基本的单片机及编程知识，教材更注重介绍真实产品程序设计的思路和方法，落脚于提升学生的职业能力。
　　本书由牛俊英负责编制提纲和统稿工作，并编写模块一的前4个任务和模块二的任务2，宋玉宏编写模块二的任务1，陈瑾彬开发了模块一的学习板并编写了导言和模块一的后两个任务，李景照编写模块二的任务3，杨德青负责了模块二涉及的控制器的硬件设计及制作。同时陈瑾彬对全文提出修改意见。
　　本书教学参考学时为80学时，模块1建议学时为40学时，模块2的任务1和任务2各为20学时，模块2的任务3建议在课外开展。教学过程中建议采用理论教学一体化教学法，实施过程性考核。
　　由于编者水平有限，加之时间仓促，本书难免会有疏漏和不妥之处，恳请广大读者批评指正。
　　编者
　　2016年11月

《嵌入式系统硬件设计与实践》一、本书内容概要本书是一本面向电子工程、自动化、计算机科学及相关专业的学生和工程师的进阶教材，深入剖析了嵌入式系统硬件设计的核心原理、关键技术和实际应用。全书围绕“从理论到实践，从基础到进阶”的逻辑展开，旨在帮助读者构建扎实的硬件设计基础，掌握现代嵌入式系统设计的流程和方法，并能够独立完成具有挑战性的嵌入式项目。本书共分为十六章，内容涵盖了从基本的数字电路理论到复杂的SoC（System on Chip）设计，从低功耗设计到高可靠性设计，从接口电路设计到嵌入式操作系统硬件支持等多个维度。我们力求理论讲解透彻，结合丰富的实例，让读者在理解原理的同时，也能掌握实际操作技巧。二、详细内容介绍第一部分：嵌入式系统硬件设计基础第一章：数字逻辑基础与时序分析本章将回顾并深化数字逻辑的基本概念，包括布尔代数、逻辑门、组合逻辑电路（如译码器、多路选择器、加法器）和时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器）。重点将放在时序分析上，讲解建立时间和保持时间的概念，时钟信号的作用，以及如何分析和避免竞争冒险和亚稳态问题。介绍常用的数字逻辑设计工具，如VHDL/Verilog HDL语言的基础语法及其在FPGA/ASIC设计中的初步应用。通过简单的时序逻辑电路设计实例，让读者理解时序控制在嵌入式系统中的重要性。第二章：存储器接口与访问机制深入分析各种类型的存储器，包括SRAM、DRAM、Flash Memory（NOR/NAND）、EEPROM等，讲解它们的内部结构、读写时序和电气特性。详细介绍存储器与CPU的接口电路设计，包括地址总线、数据总线和控制信号的设计与匹配。讲解存储器映射（Memory Mapping）的概念，以及CPU如何通过地址解码来访问不同的存储器区域。介绍缓存（Cache）的工作原理和对系统性能的影响，以及如何设计高效的存储器访问控制器。通过实际存储器接入电路的设计示例，引导读者理解如何根据系统需求选择合适的存储器类型和设计接口。第三章：输入/输出（I/O）接口电路设计本章将聚焦于嵌入式系统中常见的I/O接口电路设计，包括GPIO（General Purpose Input/Output）、中断控制器、DMA（Direct Memory Access）控制器等。详细讲解GPIO的配置、工作模式（如推挽输出、开漏输出、输入上拉/下拉）以及如何通过GPIO实现简单的输入检测和输出控制。深入剖析中断机制，讲解中断的产生、响应、优先级管理和中断向量表的作用，以及如何设计高效的中断处理硬件。详细介绍DMA的工作原理，包括DMA请求、传输模式（如单次传输、周期传输、块传输）以及如何配置DMA控制器以减轻CPU的负担，提升数据传输效率。通过设计基于GPIO的LED指示灯和按键输入电路，以及基于中断的外部事件响应系统，让读者掌握I/O接口电路的基本设计。第四章：时钟与复位电路设计本章是理解嵌入式系统稳定运行的关键。我们将深入讲解各种时钟源，包括晶振、RC振荡器、PLL（Phase-Locked Loop）等，以及它们的选型和特性。详细阐述时钟信号的分配、缓冲和分频，以及如何设计低抖动、高稳定性的时钟树。重点讲解复位电路的设计，包括上电复位、外部复位和看门狗复位，以及如何确保系统在异常情况下能够可靠地恢复。介绍时钟和复位信号的时序要求，以及如何避免时钟和复位信号的冲突。通过设计一个包含晶振、时钟发生器和基本复位逻辑的电路，让读者理解时钟和复位电路的设计要点。第五章：电源管理与低功耗设计随着便携式设备和物联网设备的兴起，低功耗设计已成为嵌入式系统硬件设计的重中之重。本章将系统介绍电源管理的基本概念和技术。讲解不同类型的电源转换器，包括LDO（Low Dropout Regulator）、DC-DC开关电源，以及它们的效率、纹波和噪声特性。深入探讨低功耗设计策略，包括动态电压调整（DVS）、动态频率调整（DFS）、时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）等。介绍嵌入式系统中的低功耗模式，如休眠模式、待机模式等，以及如何通过硬件设计来支持这些模式的快速切换。通过分析一个低功耗嵌入式设备的功耗构成，并提出相应的优化方案，让读者掌握低功耗设计的实际方法。第二部分：嵌入式系统硬件关键模块设计第六章：ADC与DAC接口设计本章将详细介绍模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的工作原理、关键参数（如分辨率、采样率、线性度、转换时间）及其选型。深入讲解ADC/DAC与微控制器的接口电路设计，包括模拟信号的调理（如放大、滤波）、参考电压的生成和数字接口（如SPI、I2C）的配置。讨论采样定理、混叠效应以及抗混叠滤波器的设计。通过设计一个采集模拟传感器信号并输出控制信号的系统，让读者理解ADC/DAC在数据采集和控制中的应用。第七章：通信接口电路设计（UART, SPI, I2C）本章重点介绍嵌入式系统中常用的串行通信接口：UART（通用异步收发传输器）、SPI（Serial Peripheral Interface）和I2C（Inter-Integrated Circuit）。详细讲解每种接口的工作原理、通信协议、信号时序和电气特性。介绍这些接口在连接传感器、外部存储器、显示器等设备时的实际应用。讲解如何设计和配置相应的硬件接口电路，以及如何进行通信参数的设置（如波特率、时钟频率、地址）。通过实例演示，如使用UART与PC进行通信，使用SPI驱动SPI Flash，使用I2C读取温度传感器数据。第八章：通信接口电路设计（USB, Ethernet, CAN）在上一章的基础上，本章将进一步深入探讨更复杂的通信接口，包括USB（Universal Serial Bus）、Ethernet（以太网）和CAN（Controller Area Network）。详细介绍USB协议的层次结构、总线拓扑、设备类型（如HID、CDC）以及主机和设备端接口电路的设计。讲解以太网接口的工作原理、MAC层和PHY层，以及如何连接以太网控制器和物理接口。深入分析CAN总线的工作原理、帧格式、冲突检测和仲裁机制，以及在汽车电子、工业控制等领域中的应用。通过设计一个简单的USB设备接口或CAN通信节点，让读者了解这些高级接口的设计要点。第九章：显示驱动与人机交互接口本章将聚焦于嵌入式系统中常见的显示技术和人机交互方式。详细介绍LCD（Liquid Crystal Display）和OLED（Organic Light-Emitting Diode）显示屏的工作原理、驱动接口（如RGB、MIPI DSI）和时序控制。讲解触摸屏（电阻式、电容式）的原理、接口（如SPI、I2C）及其与主控芯片的连接。介绍其他常见的人机交互设备，如按键、编码器、指示灯等，以及如何设计相应的接口电路。通过驱动一个简单的LCD显示屏并响应触摸输入，让读者掌握显示和交互接口的设计。第十章：传感器信号处理与采集传感器是嵌入式系统感知外部世界的“眼睛”和“耳朵”。本章将深入探讨各种传感器的接口和信号处理技术。介绍常见传感器类型，如温度、湿度、压力、加速度、光照等，以及它们的测量原理和输出信号类型（模拟/数字）。详细讲解传感器与微控制器接口的连接方式，包括直接连接、通过ADC/DAC转换、或通过专用传感器接口（如I2C, SPI）。讨论信号调理技术，如放大、滤波、偏置补偿等，以提高测量精度和抗干扰能力。介绍传感器数据融合和校准技术，以及如何提高整体测量系统的性能。通过设计一个多传感器数据采集系统，让读者掌握传感器接口设计和信号处理的实践技巧。第三部分：嵌入式系统高级设计与应用第十一章：FPGA在嵌入式系统中的应用本章将介绍FPGA（Field Programmable Gate Array）作为嵌入式系统硬件加速和定制化功能实现的重要平台。讲解FPGA的基本结构、逻辑单元、布线资源和配置方式。重点介绍使用VHDL/Verilog HDL进行硬件描述语言（HDL）编程，设计数字逻辑电路，并将其映射到FPGA上。讨论FPGA在嵌入式系统中实现高性能数据处理、定制化接口、硬件加速器等方面的优势。通过设计一个简单的FPGA模块，例如一个数据处理单元或一个高速接口控制器，来演示其应用。第十二章：SoC（System on Chip）架构与设计本章将深入探讨现代嵌入式系统中普遍采用的SoC架构。讲解SoC的核心组成部分，包括CPU核、GPU、DSP、存储控制器、通信接口、外围设备等，以及它们之间的互连方式（如AMBA总线）。讨论SoC的设计流程，包括IP核选型、系统集成、验证和物理实现。介绍SoC在功耗、性能和成本方面的权衡。通过分析一个典型SoC的框图，让读者理解SoC设计的复杂性和关键技术。第十三章：嵌入式系统中的总线与互连技术本章将系统介绍嵌入式系统中常用的总线和互连技术。详细讲解片内总线，如AHB（Advanced High-performance Bus）、APB（Advanced Peripheral Bus）等，以及它们在SoC内部通信中的作用。介绍片外总线，如DDR、PCIe、QSPI等，以及它们在扩展系统功能、连接外部设备中的重要性。讨论总线的仲裁机制、数据传输协议和性能优化。通过对比不同总线的特性和应用场景，帮助读者选择合适的技术。第十四章：硬件调试与测试方法成功的嵌入式项目离不开有效的硬件调试和测试。本章将介绍相关的技术和方法。讲解常用的调试工具，如逻辑分析仪、示波器、JTAG/SWD调试器，以及它们在信号测量、时序分析和故障诊断中的应用。介绍硬件仿真的概念和常用仿真工具。讨论单元测试、集成测试和系统测试的策略和流程。讲解如何设计测试电路和测试用例，以确保硬件设计的正确性和可靠性。通过一个实际的硬件调试案例，演示如何定位和解决硬件问题。第十五章：嵌入式系统中的安全性设计随着网络攻击的增加，嵌入式系统的安全性设计变得越来越重要。本章将探讨相关的硬件层面安全技术。介绍常见的安全威胁，如侧信道攻击、固件篡改、非法访问等。讲解硬件安全模块（HSM）的作用，包括加密加速、安全启动、密钥管理等。讨论安全启动（Secure Boot）机制，防止未经授权的固件运行。介绍安全存储（Secure Storage）技术，保护敏感数据。通过分析一个安全加固的嵌入式设备设计，让读者理解硬件安全设计的重要性。第十六章：嵌入式系统硬件设计的未来趋势本章将展望嵌入式系统硬件设计的未来发展方向。讨论低功耗、高性能、高集成度等持续性的设计目标。探讨人工智能（AI）和机器学习（ML）在硬件设计中的应用，例如AI加速器、智能优化工具等。介绍RISC-V等开放指令集架构（ISA）的兴起及其对嵌入式硬件生态的影响。展望物联网（IoT）、5G、边缘计算等新兴技术对嵌入式硬件提出的新挑战和机遇。鼓励读者持续学习和探索，跟上技术发展的步伐。三、本书特点理论与实践相结合：本书不仅深入浅出地讲解嵌入式系统硬件设计的理论基础，更注重通过丰富的实例和工程实践来巩固和提升读者的动手能力。内容全面且深入：覆盖了嵌入式系统硬件设计的各个关键环节，从基础数字电路到SoC架构，从通信接口到安全性设计，内容广博且不乏深度。面向实际应用：强调实际工程中的设计思路、方法和技巧，帮助读者解决实际开发中遇到的问题。循序渐进的组织结构：全书内容按照由浅入深、由易到难的逻辑顺序组织，便于不同层次的读者进行学习。前沿技术展望：最后一章对未来嵌入式硬件设计趋势的探讨，为读者指明了学习和研究的方向。四、目标读者高等院校电子工程、自动化、计算机科学、通信工程等专业的本科生和研究生。从事嵌入式系统硬件设计、开发和测试的工程师。对嵌入式系统硬件感兴趣的爱好者和项目开发者。五、学习本书的收获通过学习本书，读者将能够：深刻理解嵌入式系统硬件设计的核心原理和关键技术。掌握多种常用接口电路的设计和实现方法。具备分析和解决嵌入式系统硬件问题的能力。能够独立完成中小型嵌入式硬件项目的开发。为进一步学习嵌入式软件开发或更高级的硬件设计奠定坚实基础。了解嵌入式系统硬件设计的最新发展动态和未来趋势。本书致力于成为您在嵌入式系统硬件设计领域探索的有力伙伴，引导您从理论走向实践，从入门走向精通。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

坦白说，《单片机控制电子产品项目开发》这本书，在内容更新和技术前沿性方面，似乎没有跟上行业发展的步伐。单片机技术更新迭代非常快，新的芯片型号、新的开发工具、新的通信协议层出不穷。我在这本书中看到的很多技术点和开发方式，感觉还停留在几年前甚至更早的阶段。例如，书中对某一款经典单片机的讲解，虽然详细，但对于市面上已经广泛应用的 Cortex-M 系列，或者一些新兴的低功耗单片机，却提及甚少。同样，在软件开发方面，对于一些主流的RTOS（实时操作系统），比如FreeRTOS，书中似乎也只是简单带过，缺乏对其深入的剖析和应用指导。我希望一本关于项目开发的图书，能够体现出当前行业的发展趋势，帮助读者了解最新的技术动态，并掌握一些前沿的开发技巧，这样才能真正指导读者进行更具竞争力的新产品开发。

评分☆☆☆☆☆

《单片机控制电子产品项目开发》这本书，我最近刚入手，还没来得及深入研读，但粗略翻阅后，我个人感觉它在理论知识的深度和广度上，似乎略显不足。尤其是对于那些已经有一定单片机基础，希望进一步提升技术水平，或者想深入了解某一特定领域，比如高级嵌入式操作系统、复杂通信协议、或者实时性要求极高的驱动开发等方面的读者来说，这本书可能提供的“干货”不够多。书中对基础概念的讲解虽然清晰，但感觉更适合初学者建立起对单片机的基本认知，对于如何将这些基础知识融会贯通，解决实际项目中遇到的棘手难题，则着墨不多。例如，在项目开发的流程介绍中，我期待能看到更多关于代码优化、功耗管理、嵌入式安全、或者硬件调试技巧的深入探讨，而不仅仅是泛泛而谈的概括。总的来说，它更像是一本入门级的参考书，能够帮助读者快速上手，但要达到精通的程度，可能还需要配合其他更专业的书籍或实践经验。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一印象是，它的章节组织结构和内容安排，显得有些过于“理论化”，缺乏足够的实践指导性。在阅读过程中，我时常会想，书中提出的某个概念或技术，在实际的项目开发中，到底是如何应用的？有没有更具体的代码示例，能够清晰地展示其实现过程？书中虽然提及了一些“项目”，但感觉更像是对技术点的简单罗列，而不是一个完整、真实的从需求分析到最终产品实现的完整案例。我期望这本书能提供一些贴近工业界实际应用的项目，比如智能家居的某个模块，或者一个小型仪器仪表的设计，并详细阐述其中的难点和解决方案。目前书中给出的案例，虽然可以理解其原理，但总觉得不够“落地”，距离我实际工作中的需求还有一定的距离。希望作者在后续的版本中，能加强这方面的补充，增加更多具有参考价值的实战案例。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一个让我觉得有些遗憾的地方，在于它对“项目开发”这个主题的理解，似乎过于局限于“硬件控制”层面。虽然单片机确实是电子产品控制的核心，但一个完整的项目开发，远不止于此。在实际的产品开发过程中，软件架构设计、人机交互界面（GUI）的开发、嵌入式Linux的移植和应用、甚至云计算和物联网连接的集成，都是非常重要的组成部分。这本书在这方面的内容，显得有些单薄，例如，它很少涉及如何进行高效的软件模块化设计，如何实现用户友好的操作界面，或者如何将单片机与更复杂的系统进行整合。我期望这本书能够提供更全面、更系统化的项目开发思路，帮助读者理解，如何将单片机技术融入到整个产品生态链中，而不是仅仅停留在对单片机本身的控制能力进行挖掘。

评分☆☆☆☆☆

从阅读的体验感来说，《单片机控制电子产品项目开发》这本书，在语言风格和叙事方式上，略显枯燥乏味，不容易引起读者的持续兴趣。虽然作为一本技术类书籍，严谨和准确是必要的，但过于“一本正经”的描述，很容易让读者在阅读过程中感到疲惫。我更喜欢那种能够将复杂技术概念，用生动形象的比喻或者案例来解释的书籍。书中很多地方，只是简单地陈述事实，缺乏一种“讲故事”的引人入胜感。例如，在讲解某个控制算法时，如果能结合一个生活中的例子，或者一个有趣的实验，会比单纯的公式推导和代码展示更容易理解和记忆。这种阅读上的“门槛”，可能会让一些初学者望而却步，或者在阅读过程中失去耐心，从而影响到学习的效果。