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工业和信息化部人才交流中心 著

图书标签:

• 嵌入式系统
• 微控制器
• 固件开发
• C语言
• 单片机
• ARM
• STM32
• 应用开发
• 嵌入式编程
• 硬件驱动

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121340499

版次：1

商品编码：12362975

包装：平装

丛书名： 物联网与人工智能应用开发丛书

开本：16开

出版时间：2018-05-01

用纸：胶版纸

页数：440

字数：405000

正文语种：中文

内容简介

本书围绕SDK的开发展开，通过分析MCU内核与外设工作原理，结合API介绍各个外设的编程和应用。希望通过本书，使传统单片机工程师面向寄存器的开发思维得到一些转变，能够尝试运用成熟的软件框架来高效地完成应用开发。本书可供具有一定C语言知识和硬件基础的嵌入式系统工程师使用，同时也可以作为高等院校电子信息工程相关专业的教学参考书。

作者简介

工业和信息化部人才交流中心（以下简称中心）创建于1985年1月，1992年10月成为独立事业法人单位，工业和信息化部所属的党政机关一类事业单位(正局级)，是经中央机构编制委员会办公室批准，国家事业单位登记管理局注册登记，是工业和信息化部在人才培养、人才交流、智力引进、国际交流、会议展览等方面的支撑机构；也是人力资源和社会保障部、工业和信息化部“全国信息专业技术人才知识更新工程”及“信息化工程师”项目实施承办单位。

目录

目录
第1章 微控制器开发基础 001
1．1 微控制器的发展与趋势 002
1．2 ARM Cortex-M微控制器内核 006
1．2．1 ARM与Cortex处理器的发展 006
1．2．2 Cortex-M家族成员 007
1．2．3 Cortex-M内核技术特点与优势 010
1．3 CMSIS微控制器外设库 014
1．4 Cortex-M集成开发环境和调试工具 018
1．4．1 集成开发环境 018
1．4．2 调试工具 019
1．5 恩智浦LPC5411X系列低功耗通用微控制器 021
1．5．1 家族成员与功能概要 021
1．5．2 系统框图与内存映射 023
1．5．3 评估板与扩展板介绍 024
1．6 小结 025
第2章 MCUXpresso软件与工具开发套件 027
2．1 MCUXpresso IDE集成开发环境 028
2．1．1 MCUXpresso IDE的主要特性 029
2．1．2 安装MCUXpresso IDE 029
2．1．3 初识MCUXpresso IDE 031
2．2 MCUXpresso Config Tools配置工具 033
2．2．1 SDK生成器工具 033
2．2．2 Pins Tool引脚分配工具 036
2．2．3 Clocks Tool时钟配置工具 037
2．3 MCUXpresso SDK软件开发套件 038
2．3．1 架构分析 038
2．3．2 文件目录 040
2．3．3 外设驱动命名与依赖 041
2．3．4 外设驱动API 043
2．4 实例：Hello world 052
2．5 小结 058
第3章 微控制器的启动过程 059
3．1 上电启动后硬件自动执行的操作序列 061
3．2 从复位中断向量进入C程序的世界 062
3．2．1 复位中断函数概述 062
3．2．2 详解LPC54114的启动代码 064
3．3 LPC54114的BootLoader 075
3．3．1 BootLoader概述 075
3．3．2 BootLoader在LPC54114上的应用 076
3．4 小结 081
第4章 时钟子系统与管理 083
4．1 LPC54114的片上时钟系统 084
4．1．1 时钟源 085
4．1．2 上电后默认情况下的时钟系统 086
4．1．3 使用PLL获取更高频率的时钟信号 087
4．2 MCUXpresso SDK时钟管理API 090
4．2．1 常用时钟管理API 090
4．2．2 MCUXpresso SDK应用程序中配置时钟的典型框架 094
4．3 MCUXpresso时钟配置工具Clock Tool简介 095
4．3．1 概述 095
4．3．2 在Clock Tool中创建LPC54114Xpresso板配置工程 097
4．4 实例：使用PLL倍频输出产生系统时钟 102
4．5 小结 106
第5章 IO子系统与中断 107
5．1 IO子系统的相关硬件模块 108
5．1．1 IOCON IO引脚配置模块 108
5．1．2 GPIO通用输入/输出模块 109
5．1．3 PINT 引脚中断模块 110
5．1．4 INPUT MUX 输入复用器 110
5．2 MCUXpresso SDK中的GPIO与PINT驱动 111
5．2．1 GPIO驱动API 112
5．2．2 PINT驱动API 113
5．3 MCUXpresso时钟配置工具Pin Tool应用 116
5．3．1 概述 116
5．3．2 在MCUXpresso SDK工程中用Pin Tool分配引脚功能 117
5．4 实例：通过按键控制LED 121
5．5 小结 125
第6章 DMA原理与应用 127
6．1 DMA控制器概述 128
6．2 DMA特性和内部框图 128
6．2．1 LPC5411x DMA特性 128
6．2．2 DMA内部框图 129
6．3 DMA 外部引脚描述 130
6．4 DMA的几个概念和功能说明 131
6．4．1 DMA的工作原理 131
6．4．2 DMA请求和触发 131
6．4．3 DMA传输描述符 134
6．4．4 DMA传输模式 136
6．4．5 DMA低功耗模式 139
6．5 DMA模块的SDK驱动介绍 140
6．6 实例：从DMA Memory到Memory的数据传输 144
6．6．1 环境准备 145
6．6．2 代码分析 145
6．6．3 实验现象 148
6．7 小结 149
第7章 ADC数模转换器原理与应用 151
7．1 逐次逼近型ADC工作原理和过程 153
7．2 ADC数模转换器常用性能指标 154
7．3 ADC特性和内部框图 155
7．3．1 ADC特性 155
7．3．2 ADC内部框图 156
7．4 ADC外部引脚描述 156
7．5 ADC功能说明 157
7．5．1 ADC时钟 157
7．5．2 转换序列 158
7．5．3 触发转换 159
7．5．4 转换模式 159
7．5．5 转换输出 160
7．5．6 偏移误差校准 161
7．6 ADC模块的SDK驱动介绍 161
7．7 实例：使用ADC测量内部温度 164
7．7．1 环境准备 164
7．7．2 代码分析 165
7．7．3 现象描述 170
7．8 小结 171
第8章 USART异步串行通信接口原理与应用 173
8．1 USART控制器概述 174
8．2 USART模块特性和内部框图 175
8．2．1 LPC5411x USART特性 175
8．2．2 LPC5411x USART内部框图 176
8．3 Flexcomm接口概述 176
8．3．1 Flexcomm功能说明 177
8．3．2 Flexcomm内部框图 177
8．4 USART外部引脚描述 178
8．4．1 USART模块引脚功能定义 178
8．4．2 USART引脚配置说明 179
8．5 USART基本功能说明 179
8．5．1 USART模块初始化 180
8．5．2 USART的时钟源与波特率配置 180
8．5．3 收发控制 182
8．5．4 低功耗模式下USART的唤醒 182
8．6 USART模块的SDK驱动介绍 183
8．7 USART数据收发 189
8．7．1 环境准备 190
8．7．2 代码分析 191
8．7．3 现象描述 195
8．8 小结 195
第9章 SPI同步串行通信接口原理与应用 197
9．1 SPI控制器概述 198
9．2 SPI特性和内部框图 198
9．2．1 LPC5411x SPI特性 198
9．2．2 SPI内部框图 199
9．3 SPI 外部引脚描述 200
9．4 SPI功能说明 201
9．4．1 SPI工作模式 201
9．4．2 SPI时钟源和数据传输速率 203
9．4．3 超出16位的数据传输 204
9．4．4 低功耗模式下SPI唤醒 205
9．4．5 SPI数据帧延迟 205
9．5 SPI模块的SDK驱动介绍 208
9．6 实例：SPI读/写外部Flash 214
9．6．1 实验目的和环境准备 215
9．6．2 代码分析 216
9．6．3 实验现象 224
9．7 小结 225
第10章 I2C总线接口与应用 227
10．1 I2C控制器概述 228
10．2 I2C特性和内部框图 229
10．2．1 LPC5411x I2C特性 229
10．2．2 I2C内部框图 229
10．3 I2C外部引脚描述 230
10．4 I2C功能说明 232
10．4．1 I2C协议简介 232
10．4．2 I2C总线速率和时钟延伸 233
10．4．3 I2C的寻址方式和低功耗唤醒 235
10．4．4 I2C的死锁和超时机制 238
10．5 I2C模块的SDK驱动 241
10．6 实例：I2C中断方式实现数据收发 249
10．6．1 实验目的和硬件电路设计 249
10．6．2 实例软件设计 250
10．6．3 main文件 251
10．6．4 现象描述 255
10．7 小结 255
第11章 I2S总线协议与应用 257
11．1 I2S总线协议简介 258
11．2 I2S特性和内部框图 260
11．2．1 I2S特性 260
11．2．2 I2S内部框图 261
11．3 I2S外部引脚描述 262
11．4 I2S功能说明 262
11．4．1 I2S时钟 263
11．4．2 数据速率 263
11．4．3 数据帧格式和模式 264
11．4．4 FIFO缓冲区的使用方法 266
11．5 I2S模块的SDK驱动介绍 267
11．6 实例：使用I2S中断方式传输播放音频 271
11．6．1 环境准备 271
11．6．2 代码分析 272
11．6．3 现象描述 276
11．7 小结 277
第12章 FlashlAP在应用编程模块的应用 279
12．1 IAP在应用编程的通用基础知识 280
12．2 IAP命令执行详解 280
12．3 IAP模块的SDK驱动介绍 283
12．4 使用IAP驱动读/写内部Flash 284
12．4．1 环境准备 284
12．4．2 代码分析 284
12．4．3 现象描述 287
12．5 小结 287
第13章 FreeRTOS实时多任务操作系统原理与应用 289
13．1 嵌入式操作系统综述 290
13．1．1 裸跑与使用操作系统的对比 290
13．1．2 嵌入式操作系统基本概念 291
13．2 FreeRTOS实时多任务操作系统介绍 294
13．2．1 FreeRTOS实时多任务操作系统特色 294
13．2．2 FreeRTOS基本功能解读 295
13．2．3 FreeRTOS的软件授权 298
13．3 FreeRTOS的底层结构与ARM平台的移植 298
13．3．1 FreeRTOS源码结构分析 299
13．3．2 内核配置头文件 301
13．3．3 移植宏定义文件 302
13．3．4 ARM平台的移植实现 304
13．3．5 tick定时器――fsl_tickless相关内容说明 308
13．3．6 portasm．s汇编 310
13．4 MCUXpresso SDK中基于FreeRTOS的外设驱动 310
13．4．1 具有操作系统功能的驱动介绍 310
13．4．2 FreeRTOS下的USART发送与接收 312
13．5 LPC5411x SDK中的FreeRTOS例程分析 315
13．5．1 环境准备 315
13．5．2 Main函数分析 315
13．5．3 FreeRTOS的多任务代码分析 317
13．5．4 操作系统环境的调试与实验说明 320
13．6 小结 321
第14章 异构双核处理器框架与应用 323
14．1 多处理器计算 324
14．2 异构双核 325
14．2．1 双核总线架构 325
14．2．2 内核管理 326
14．2．3 内核间通信 327
14．2．4 双核程序布局 327
14．3 双核应用分析 329
14．3．1 基于双核的安全启动 329
14．3．2 运用双核进行显示后处理 330
14．4 多处理器系统服务框架 331
14．4．1 多核管理模块（mcmgr） 331
14．4．2 轻型远端处理器通信框架（RPMsg-Lite） 335
14．4．3 嵌入式远程过程调用（eRPC） 337
14．5 双核应用开发 339
14．5．1 工程配置 339
14．5．2 预定义宏 340
14．5．3 双核启动 341
14．6 实例：双核远程过程调用 346
14．6．1 环境准备 346
14．6．2 代码分析 347
14．6．3 实验结果 349
14．7 小结 351
第15章 微控制器低功耗设计 353
15．1 系统能耗分析 355
15．1．1 动态功耗分析 356
15．1．2 动态功耗指标 357
15．1．3 静态功耗分析 360
15．1．4 静态功耗指标 362
15．1．5 休眠和唤醒 363
15．1．6 系统能耗估算 363
15．2 微控制器低功耗特性 365
15．2．1 系统模块电压调节 365
15．2．2 数字外设时钟控制 366
15．3 微控制器低功耗应用设计方法 366
15．3．1 硬件设计 366
15．3．2 软件设计 367
15．4 MCUXPRESSO SDK功耗管理库 374
15．5 小结 376
第16章 基于LPC54114和SDK的可穿戴设备原型设计 379
16．1 硬件介绍 380
16．1．1 硬件框图 381
16．1．2 主要元器件 381
16．2 固件与应用设计 383
16．2．1 软件架构 383
16．2．2 主流程 384
16．2．3 传感器模块 387
16．2．4 人机交互模块 391
16．2．5 用户输入模块 400
16．3 功能演示 402
16．4 小结 404

前言/序言

序一

中国经济已经由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期。习近平总书记在党的十九大报告中明确指出，要坚持新发展理念，主动参与和推动经济全球化进程，发展更高层次的开放型经济，不断壮大我国的经济实力和综合国力。

对于我国的集成电路产业来说，当前正是一个实现产业跨越式发展的重要战略机遇期，前景十分光明，挑战也十分严峻。在政策层面，2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》发布，提出到2030年产业链主要环节达到国际先进水平，实现跨越发展的发展目标；2015年，国务院提出“中国制造2025”，将集成电路产业列为重点领域突破发展首位；2016年，国务院颁布《“十三五”国家信息化规划》，提出构建现代信息技术和产业生态体系，推进核心技术超越工程，其中集成电路被放在了首位。在技术层面，目前全球集成电路产业已进入重大调整变革期，中国集成电路技术创新能力和中高端芯片供给水平正在提升，中国企业设计、封测水平正在加快迈向第一阵营。在应用层面，5G移动通信、物联网、人工智能等技术逐步成熟，各类智能终端、物联网、汽车电子及工业控制领域的需求将推动集成电路的稳步增长，因此集成电路产业将成为这些产品创新发展的战略制高点。

展望“十三五”，中国集成电路产业必将迎来重大发展，特别是党的十九大提出要加快建设制造强国，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合等新的要求，给集成电路发展开拓了新的发展空间，使得集成电路产业由技术驱动模式转化为需求和效率优先模式。在这样的大背景下，通过高层次的全球合作来促进我国国内集成电路产业的崛起，将成为我们发展集成电路的一个重要抓手。

在推进集成电路产业发展的过程中，建立创新体系、构建产业竞争力，最终都要落实在人才上。人才培养是集成电路产业发展的一个核心组成部分，我们的政府、企业、科研和出版单位对此都承担着重要的责任和义务。所以我们非常支持工业和信息化部人才交流中心、恩智浦（中国）管理有限公司、电子工业出版社共同组织出版这套“物联网与人工智能应用开发丛书”。这套丛书集中了众多一线工程师和技术人员的集体智慧和经验，并且经过了行业专家学者的反复论证。我希望广大读者可以将这套丛书作为日常工作中的一套工具书，指导应用开发工作，还能够以这套丛书为基础，从应用角度对我们未来产业的发展进行探索，并与中国的发展特色紧密结合，服务中国集成电路产业的转型升级。

刁石京 工业和信息化部电子信息司司长

2018年1月

序二

随着摩尔定律逐步逼近极限，以及云计算、大数据、物联网、人工智能、5G等新兴应用领域的兴起，细分领域竞争格局加快重塑，围绕资金、技术、产品、人才等全方位的竞争加剧，当前全球集成电路产业进入了发展的重大转型期和变革期。

自2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》发布以来，随着“中国制造2025”“互联网+”、大数据等国家战略的深入推进，国内集成电路市场需求规模进一步扩大，产业发展空间进一步增大，发展环境进一步优化。在市场需求拉动和国家相关政策的支持下，我国集成电路产业继续保持平稳快速、稳中有进的发展态势，产业规模稳步增长，技术水平持续提升，资本运作渐趋活跃，国际合作层次不断提升。

集成电路产业是一个高度全球化的产业，发展集成电路需要强调自主创新，也要强调开放与国际合作，中国不可能关起门来发展集成电路。

集成电路产业的发展需要知识的不断更新。这一点随着云计算、大数据、物联网、人工智能、5G等新业务、新平台的不断出现，已经显得越来越重要、越来越迫切。由工业和信息化部人才交流中心、恩智浦（中国）管理有限公司与电子工业出版社共同组织编写的“物联网与人工智能应用开发丛书”，是我们产业开展国际知识交流与合作的一次有益尝试。我们希望看到更多国内外企业持续为我国集成电路产业的人才培养和知识更新提供有效的支撑，通过各方的共同努力，真正实现中国集成电路产业的跨越式发展。

丁文武

2018年1月

序三

尽管有些人认为全球集成电路产业已经迈入成熟期，但随着新兴产业的崛起，集成电路技术还将继续演进，并长期扮演核心关键角色。事实上，到现在为止还没有出现集成电路的替代技术。

中国已经成为全球最大的集成电路市场，产业布局基本合理，各领域进步明显。2016年，中国集成电路产业出现了三个里程碑事件：第一，中国集成电路产业第一次出现制造、设计、封测三个领域销售规模均超过1000亿元，改变了多年来始终封测领头，设计和制造跟随的局面；第二，设计业超过封测业成为集成电路产业最大的组成部分，这是中国集成电路产业向好发展的重要信号；第三，中国集成电路制造业增速首次超过设计业和封测业，达到最快。随着中国经济的增长，中国集成电路产业的发展也将继续保持良好态势。未来中国将保持世界电子产品生产大国的地位，对集成电路的需求还会维持在高位。与此同时，我们也必须认识到，国内集成电路的自给率不高，在很长一段时间内对外依存度会停留在较高水平。

我们要充分利用当前物联网、人工智能、大数据、云计算加速发展的契机，实现我国集成电路产业的跨越式发展，一是要对自己的发展有清醒的认识；二是要保持足够的定力，不忘初心、下定决心；三是要紧紧围绕产品，以产品为中心，高端通用芯片必须面向主战场。

产业要发展，人才是决定性因素。目前我国集成电路产业的人才情况不容乐观，人才缺口很大，人才数量和质量均需大幅度提升。与市场、资本相比，人才的缺失是中国集成电路产业面临的最大变量。人才的成长来自知识的更新和经验的积累。我国一直强调产学研结合、全价值链推动产业发展，加强企业、研究机构、学校之间的交流合作，对于集成电路产业的人才培养和知识更新有非常正面的促进作用。由工业和信息化部人才交流中心、恩智浦（中国）管理有限公司与电子工业出版社共同组织编写的这套“物联网与人工智能应用开发丛书”，内容涉及安全应用与微控制器固件开发、电机控制与USB技术应用、车联网与电动汽车电池管理、汽车控制技术应用等物联网与人工智能应用开发的多个方面，对于专业技术人员的实际工作具有很强的指导价值。我对参与丛书编写的专家、学者和工程师们表示感谢，并衷心希望能够有越来越多的国际优秀企业参与到我国集成电路产业发展的大潮中来，实现全球技术与经验和中国市场需求的融合，支持我国产业的长期可持续发展。

魏少军 教授

清华大学微电子所所长

2018年1月

序四

千里之行 始于足下

人工智能与物联网、大数据的完美结合，正在成为未来十年新一轮科技与产业革命的主旋律。随之而来的各个行业对计算、控制、连接、存储及安全功能的强劲需求，也再次把半导体集成电路产业推向了中国乃至全球经济的风口浪尖。

历次产业革命所带来的冲击往往是颠覆性的改变。当我们正为目不暇接的电子信息技术创新的风起云涌而喝彩，为庞大的产业资金在政府和金融机构的热推下，正以前所未有的规模和速度投入集成电路行业而惊叹的同时，不少业界有识之士已经敏锐地意识到，构成并驱动即将到来的智能化社会的每一个电子系统、功能模块、底层软件乃至检测技术都面临着巨大的量变与质变。毫无疑问，一个以集成电路和相应软件为核心的电子信息系统的深度而全面的更新换代浪潮正在向我们走来。

如此的产业巨变不仅引发了人工智能在不远的将来是否会取代人类工作的思考，更加现实而且紧迫的问题在于，我们每一个人的知识结构和理解能力能否跟得上这一轮技术革新的发展步伐？内容及架构更新相对缓慢的传统教材以及漫无边际的网络资料，是否足以为我们及时勾勒出物联网与人工智能应用的重点要素？在如今仅凭独到的商业模式和靠免费获取的流量，就可以瞬间增加企业市值的IT盛宴里，我们的工程师们需要静下心来思考在哪些方面练好基本功，才能在未来翻天覆地般的技术变革时代立于不败之地。

带着这些问题，我们在政府和国内众多知名院校的热心支持与合作下，精心选题，推敲琢磨，策划了这一套以物联网与人工智能的开发实践为主线，以集成电路核心器件及相应软件开发的最新应用为基础的科技系列丛书，以期对在人工智能新时代所面对的一些重要技术课题提出抛砖引玉式的线索和思路。

本套丛书的准备工作始终得到了工业和信息化部电子信息司刁石京司长，国家集成电路产业投资基金股份有限公司丁文武总裁，清华大学微电子所所长魏少军教授，工业和信息化部人才交流中心王希征主任、李宁副主任，电子工业出版社党委书记、社长王传臣的肯定与支持，恩智浦半导体的任霞女士、张伊雯女士、陈劼女士，以及恩智浦半导体各个产品技术部门的技术专家们为丛书的编写组织工作付出了大量的心血，电子工业出版社的董亚峰先生、徐蔷薇女士为丛书的编辑出版做了精心的规划。著书育人，功在后世，借此机会表示衷心的感谢。

未来已来，新一代产业革命的大趋势把我们推上了又一程充满精彩和想象空间的科技之旅。在憧憬人工智能和物联网即将给整个人类社会带来的无限机遇和美好前景的同时，打好基础，不忘初心，用知识充实脚下的每一步，又何尝不是一个主动迎接未来的良好途径？

郑力

写于2018年拉斯维加斯CES科技展会现场

深入探秘：现代生活背后的智能核心 你是否曾好奇过，每天陪伴我们的智能手机、便捷的智能家居设备，甚至是驱动汽车安全行驶的关键系统，其背后都隐藏着怎样的“大脑”？这些“大脑”并非虚无缥缈，而是由一群沉默而强大的“微控制器”在默默工作。它们小巧的身躯里蕴含着惊人的计算能力，通过精密的“固件”指令，将冰冷的电子元件赋予生命，实现各种令人惊叹的功能。 本书将带领你走进一个充满智慧与创新的数字世界，聚焦于那些被广泛应用于我们日常生活的“嵌入式微控制器”。我们将深入剖析这些微型计算单元的内部构造、工作原理，以及如何通过精心编写的“固件”代码，将其打造成驱动各种智能设备的“心脏”。这是一次关于微观世界掌控宏观功能的探索之旅，一次关于如何将创意转化为实际应用的实践演示。 第一部分：揭开微控制器神秘面纱——架构与基础 在正式踏上固件开发之旅前，我们首先需要建立坚实的基础。这一部分将如同剥洋葱般，层层深入，为你揭示微控制器的核心奥秘。 微控制器的“身份证”：类型与家族 我们不会泛泛而谈，而是会聚焦于当前市场上最具代表性、最活跃的几大微控制器家族。从经典的ARM Cortex-M系列，到专为特定应用优化的RISC-V架构，再到在物联网领域日益普及的ESP32等，我们将为你梳理它们各自的家族谱系、核心优势以及典型应用场景。你会了解到，选择合适的微控制器平台，是项目成功的首要一步。我们将通过实例，对比不同架构在性能、功耗、成本和生态系统上的差异，帮助你做出明智的决策。 微控制器的“骨骼与血肉”：核心架构解析 每个微控制器都拥有其独特的“大脑”——中央处理单元（CPU）。我们将详细解析几种主流CPU架构的设计理念，包括指令集（RISC vs CISC）、流水线技术、缓存机制以及中断处理单元。理解这些底层原理，能够让你更深刻地理解固件代码如何被执行，以及如何通过优化代码来提升性能。同时，我们还将深入讲解微控制器的存储器体系，包括Flash存储器（用于存放固件代码）、SRAM（用于临时数据存储）以及EEPROM（用于非易失性数据存储）的工作原理和特性。 微控制器的“感官与行动”：外设接口的奥秘 微控制器之所以能够与外界互动，离不开各种精密的“感官”和“行动”器官——外设接口。我们将逐一剖析最常用的外设，例如： 通用输入/输出 (GPIO)： 这是最基本也是最重要的接口，用于连接LED、按钮、传感器等，实现数字信号的输入与输出。我们会讲解如何配置GPIO的输入/输出模式、上拉/下拉电阻，以及实现简单的GPIO控制。 串行通信接口： 从简单的UART（通用异步收发传输器），到同步的SPI（串行外设接口）和I2C（集成电路总线），这些接口是微控制器与其他设备（如传感器、显示屏、其他芯片）进行数据交换的“语言”。我们将详细介绍它们的通信协议、时序图，并通过实例展示如何进行配置和数据读写。 模数转换器 (ADC) 与数模转换器 (DAC)： 现实世界中的许多信息是模拟信号（如温度、光照强度），微控制器需要通过ADC将其转换为数字信号进行处理。反之，DAC则可以将数字信号转换为模拟信号，驱动扬声器或控制电机转速。我们会讲解ADC和DAC的采样率、分辨率等关键参数，以及如何使用它们读取模拟传感器数据或输出模拟信号。 定时器与计数器： 定时器是微控制器实现精确时间控制的“心脏”。无论是产生PWM（脉冲宽度调制）信号来控制LED亮度或电机速度，还是实现周期性定时中断，都离不开定时器的身影。我们将深入讲解不同定时器的工作模式，以及如何利用它们实现精确的延时和周期性任务。 中断系统： 中断是微控制器应对突发事件的“预警系统”。当外部事件发生时（如按键按下、通信数据到达），微控制器能够暂停当前任务，优先处理中断事件，然后再回到原任务。我们将详细讲解中断向量、中断优先级以及中断服务程序的编写，这是实现高效、响应式固件的关键。 第二部分：固件开发的核心流程——从代码到现实 理解了微控制器的硬件基础后，我们将进入固件开发的实战环节。这一部分将带领你一步步构建、调试和优化你的固件程序。 固件开发环境的搭建：你的“工作室” 一个高效的开发环境是固件开发的基石。我们将为你详细介绍主流的集成开发环境（IDE），如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、PlatformIO等。我们会从安装、配置到使用，手把手教你如何设置项目，选择目标芯片，并集成常用的调试工具。你还将了解到编译器、汇编器、链接器在固件生成过程中的作用，以及如何理解和处理编译链接过程中可能出现的错误。 编程语言的选择与精通：C/C++的魔力 在嵌入式领域，C语言依然是固件开发的主流语言，其高效、底层控制能力深受青睐。我们将深入讲解C语言在嵌入式开发中的特有技巧，例如位操作、指针的使用、内存管理以及对硬件寄存器的直接访问。同时，我们也会介绍C++在嵌入式领域日益增长的应用，包括面向对象的设计理念如何帮助我们构建更清晰、可维护的固件。通过大量的代码示例，你将掌握如何用C/C++编写出高效、可靠的固件代码。 驱动程序的编写：连接硬件的桥梁 固件的核心工作之一就是编写驱动程序，让微控制器能够“指挥”各种外设。我们将以实际的传感器和模块为例，演示如何编写高质量的驱动程序。例如，如何编写一个读取DHT11温湿度传感器的驱动，如何控制OLED显示屏输出文字和图像，如何实现SD卡的文件读写等。我们会强调驱动程序的可移植性、复用性和鲁棒性，让你能够构建出易于扩展和维护的驱动库。 实时操作系统 (RTOS) 的应用：让系统井然有序 对于复杂的嵌入式系统，仅仅依靠简单的循环和中断已无法满足需求。实时操作系统（RTOS）就像一个经验丰富的“调度员”，能够帮助我们管理多个任务、保证任务的实时性、并协调资源。我们将重点介绍RTOS的基本概念，如任务、调度器、信号量、消息队列、事件标志等。你将学会如何在RTOS环境下创建和管理任务，实现任务间的通信与同步，并利用RTOS的特性来构建复杂的并发系统。我们将以FreeRTOS为例，进行详细的讲解和实践。 调试的艺术：定位问题的“侦探” 固件开发过程中，调试是必不可少的一环。我们将介绍各种有效的调试技巧和工具。从简单的打印输出（printf调试），到使用JTAG/SWD调试器进行单步执行、断点设置、查看寄存器值，再到利用逻辑分析仪、示波器等硬件工具进行信号级的调试，你将掌握一套完整的调试流程，能够快速定位和解决固件中的bug。 第三部分：进阶应用与实践——解锁更多可能 掌握了固件开发的基础与流程后，我们将进一步探索更高级的主题，并展示固件开发的广泛应用。 嵌入式通信协议的深入：构建互联互通的世界 在物联网时代，设备间的通信至关重要。我们将深入探讨各种重要的嵌入式通信协议，包括： TCP/IP协议栈： 如何在微控制器上实现TCP/IP协议栈，实现网络通信，连接互联网。 MQTT协议： 轻量级的发布/订阅消息协议，在物联网领域得到广泛应用。 CoAP协议： 专为受限环境设计的RESTful协议。 低功耗蓝牙 (BLE)： 在智能穿戴设备、智能家居等领域的广泛应用。 我们将通过实例，演示如何在微控制器上实现这些协议，构建设备间的通信网络。 传感器数据采集与处理：洞察世界的“眼睛” 微控制器常常需要采集各种传感器数据，例如加速度计、陀螺仪、GPS模块、环境传感器等。我们将讲解如何高效地读取这些传感器数据，并进行必要的滤波、校准和数据融合，以便从中提取有用的信息。你将学习如何利用这些数据来实现智能设备的功能，如姿态识别、运动检测、环境监测等。 人机交互界面的设计：让设备更友好 无论是通过按键、旋钮，还是触摸屏、LCD显示，良好的人机交互是提升用户体验的关键。我们将介绍如何设计和实现嵌入式系统的用户界面，包括如何响应用户输入，如何在显示屏上清晰地展示信息，以及如何设计直观的菜单和操作流程。 嵌入式系统中的电源管理：延长续航的智慧 在许多嵌入式应用中，低功耗和长续航是至关重要的。我们将探讨各种电源管理技术，包括低功耗模式的使用、时钟门控、以及如何通过优化的算法来降低功耗。你将学习如何设计出更加节能的固件，延长设备的电池寿命。 实际案例分析与项目实战：从理论到应用 理论知识最终需要通过实践来巩固。本书将提供一系列精心设计的实战项目，涵盖了从简单的LED闪烁到复杂的物联网节点设计。每个项目都将包含详细的步骤、完整的代码示例、以及必要的硬件说明。你将有机会亲手搭建一个智能家居控制器，一个数据采集终端，或是一个简单的机器人。通过这些项目，你将真正体会到固件开发带来的成就感，并将所学知识融会贯通。 结语：开启你的智能创造之旅 本书不仅仅是一本技术手册，更是一扇通往无限可能的智慧之门。通过深入了解嵌入式微控制器及其固件开发，你将获得一项能够将创意变为现实的关键技能。无论你是怀揣梦想的在校学生，希望掌握未来科技的开发者，还是对智能硬件充满好奇的爱好者，本书都将是你不可或缺的学习伙伴。让我们一起，用代码点亮智能，用智慧创造未来！

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我眼前一亮，我之前一直对嵌入式开发有点摸不着头脑，感觉技术名词多得像天书，代码也看得云里雾里。但这本书完全颠覆了我的看法。它不仅仅是罗列枯燥的技术概念，而是像一位经验丰富的导师，循序渐进地引导我走进嵌入式微控制器这个奇妙的世界。从最基础的硬件平台介绍，到各种调试技巧的讲解，再到实际案例的分析，每一步都讲解得非常透彻。我尤其喜欢它在讲解一个新概念时，会立刻给出一个简单易懂的小例子，让我能够立刻动手实践，加深理解。不像我之前看过的其他资料，要么过于理论化，要么案例太复杂，让我望而却步。这本书的语言风格也特别友好，没有太多晦涩难懂的专业术语，即使是初学者也能轻松读懂。我感觉自己不再是被动地接受知识，而是真正地参与到学习过程中，这种成就感让我对嵌入式开发充满了信心。现在，我甚至开始跃跃欲试，想要自己设计一个小项目了！

评分☆☆☆☆☆

我是一名工作多年的嵌入式工程师，一直在某个领域深耕，但总觉得技术更新迭代太快，想要拓宽自己的知识面，了解一些新的技术和应用。抱着试试看的心态，我翻开了这本书。让我惊喜的是，它并没有停留在基础的MCU原理层面，而是深入探讨了许多实际工程中遇到的问题和解决方案。比如，关于实时操作系统（RTOS）的深入剖析，以及如何有效地利用中断来优化系统性能，这些内容对我来说非常有启发。书中还提到了一些关于功耗优化和安全性设计方面的考量，这些都是我们在日常开发中常常需要面对的挑战。更让我印象深刻的是，它并非简单地介绍某个技术，而是从多个维度去阐述，比如从硬件选型到软件架构，再到实际的测试和部署，都给出了比较全面的指导。我发现，这本书不仅能帮助初学者快速入门，也能为有经验的开发者提供一些新的思路和方法。它就像一个集成的知识库，把我分散的知识点串联起来，让我对整个嵌入式生态有了更宏观的认识。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最初被这本书吸引是因为它的标题。“固件开发与应用”听起来就很高大上，我一直想知道那些让智能家电、物联网设备动起来的“幕后英雄”是怎么工作的。读了之后，我才发现，原来这些看似神奇的功能，背后都有着精巧的算法和严谨的设计。这本书没有让我去啃那些晦涩的电路图，而是从更偏向软件的角度，讲解了如何让微控制器听从我们的指令。我最喜欢的是它介绍的那些实用工具和开发流程，比如如何进行代码调试，如何进行性能分析，以及一些常用的开发板和开发环境的介绍。这些内容让我在理论学习的同时，也能跟得上实际操作的步伐。我感觉这本书的作者非常了解读者的需求，把抽象的概念变得具体，把复杂的流程变得清晰。我不再是那个只知道“是什么”的读者，而是开始理解“为什么”和“怎么做”。这本书让我觉得，即使是初学者，只要肯努力，也能做出让人惊叹的东西。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我思考良多的书。在阅读过程中，我不仅仅是在学习技术知识，更是在学习一种解决问题的思维方式。作者在书中提出的每一个观点，都经过了深思熟虑，并辅以大量的实践案例来佐证。我特别欣赏它在讲解一些高级概念时，能够清晰地梳理出前因后果，而不是直接抛出结果。比如，在介绍一些更复杂的通信协议时，它会先从基本的原理讲起，然后逐步引入细节，直到你能完全理解整个协议的工作流程。这对于我这样对细节有较高要求的读者来说，简直是福音。这本书还非常注重培养读者的独立思考能力，它会引导你分析不同方案的优劣，并鼓励你根据实际情况做出最佳选择，而不是简单地告诉你要怎么做。我感觉，这本书更像是在教我“如何学习”，而不是仅仅在“教我知识”。它让我意识到，嵌入式开发不仅仅是代码的堆砌，更是一门关于逻辑、效率和创新的艺术。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子工程专业的学生，一直在学习相关的理论知识，但总觉得实践经验不足，对嵌入式系统的工作原理了解不够深入。这本书的出现，恰好弥补了我的这一块短板。它将课堂上学到的理论知识，通过生动形象的语言和丰富的实例，呈现在我眼前。我尤其喜欢书中关于不同微控制器架构的对比分析，这让我对各种MCU的优缺点有了更清晰的认识，也为我将来选择适合的项目平台提供了重要的参考。书中对各个模块的讲解也非常到位，比如GPIO、ADC、UART等，不仅讲解了其基本原理，还深入探讨了在实际应用中可能遇到的问题和优化方法。我甚至可以在阅读的过程中，将书中的代码片段直接应用到我的实验板上进行测试，这种即学即用的体验，极大地提升了我的学习效率和学习兴趣。这本书让我觉得，学习嵌入式不再是一件枯燥的事情，而是一个充满探索和创造的旅程。