《嵌入式系统设计与实践》赵婧|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《嵌入式系统设计与实践》

【作　者】赵婧

【丛书名】普通高等教育电子信息类系列教材

【页 数】 192

【出版社】 西安：西安电子科学技术大学出版社 , 2021.05

【ISBN号】978-7-5606-5993-0

【分 类】微型计算机-系统设计

【参考文献】 赵婧. 嵌入式系统设计与实践. 西安：西安电子科学技术大学出版社, 2021.05.

图书封面：

图书目录：

《嵌入式系统设计与实践》内容提要：

嵌入式系统发展势头迅猛，其典型代表51系列单片机具有向下兼容性，是学习嵌入式系统设计及应用的最佳基础平台。本书以实用为目标，以应用为牵引，用众多实例详细讲解了嵌入式系统软、硬件开发所必需的技术。 全书共分八章，分别是：走近嵌入式系统、KeilC51和Proteus、跑马灯设计与实践、数码管显示器设计与实践、键盘设计与实践、中断系统设计与实践、蜂鸣器系统设计与实践、综合系统设计与实践。附录中给出了习题及参考答案，以方便读者自学。 本书可作为各类本、专科院校嵌入式系统原理及应用课程的教材，也可用作相关研究生的扩展读物，还可供各类电子、自动化技术人员参考。

《嵌入式系统设计与实践》内容试读

第1章走近嵌入式系统

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第1章走近嵌入式系统

经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变还在加速。作为一门重要的专业基础课程，单片机和嵌入式系统原理

可以将我们前期学习的数字电路、计算机硬件技术基础、CAD设计等课程的内容融会贯通，

并最终落实到实际的硬件编程和开发中去。通过学习这门课程，可训练自己开发和设计软硬件作品的能力，并参加全国大学生信息安全竞赛、电子设计竞赛、程序设计竞赛等。今后走向工作岗位，也可以利用自己掌握的单片机知识来改进或维护单位的一些电子和机械设备。无论大家是出于何种目的来学习这门课程，应该说，学好这门课程都是很有意义的。

近年来，随着计算机技术及集成电路技术的发展，嵌入式技术日渐普及，在通信、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。嵌入式系统正在成为当前最

热门、最有发展前途的IT应用领域之一。

1.1我们身边的嵌入式系统

嵌入式系统在很多领域得到了广泛的应用，如工业自动化、国防、运输和航天等。例如神舟飞船和长征火箭中就有很多嵌入式系统，导弹的制导系统也是嵌入式系统，高档汽车中也有多达几十个嵌入式系统。

在日常生活中，人们也在使用各种嵌入式系统，但却未必意识到它们的存在。事实上，几乎所有带有一点“智能”的家电（全自动洗衣机、微电脑电饭煲等）都是嵌入式系统的应用。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听产品、办公设备甚至健身器材中到处都有它的身影。

1.非接触式智能温度计

2020年一场突如其来的疫情席卷全球，非接触智能温度计随之走进普通家庭的视野，它是现代检测技术的重要组成部分，是微型处理器的一个典型应用。为满足日常生活、工业生产和科学研究等领域对温度测量的需要，温度计开始向着数字化、智能化控制方向发展。基于单片机的智能温度计与传统的温度计相比具有读数方便准确、测温范围广等优势。传感器是温度计的主要组成部分，其灵敏度决定了温度计的精确度、测量范围、控制范围

和主要用途等，而MLX90614红外热电堆传感器与STC12C5A60S2单片机相结合，即可

构成性能良好的非接触式智能温度计。

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嵌入式系统设计与实践

2.公交自动语音报站系统

当今社会的高速发展，给城市的公共交通带来了严峻的考验，为了应对这一现象，城市中的交通网络也在不断地完善，公交车是人们出行的主要公共交通工具，公交车到站信息播报和下一站提醒给人们的出行提供了便利。公交车自动语音报站系统可自动播报公交车所在站点的语音信息，当车离开站点后对即将到达的下一站进行预报，同时将站点信息以文字的形式在液晶屏幕上进行同步显示。自动语音报站系统由以下几个部分构成：单片机控制电路及外部时钟电路、公交车语音信息录制电路、公交车语音信息播报电路、站点信息文字显示电路、站点信息复位电路、控制站点信息的键盘按键电路以及其他外围电路。

该系统利用AT89C51单片机控制LCD1602液晶显示屏幕进行站点信息的文字显示，通过

控制ISD2560语音芯片完成语音信息的录制和播放，通过键盘按键来控制信息播报，其设

计简单且操作方便，体积小、重量轻、价格低，具有实际应用价值。

3.苹果储存仓库自动控制系统

随着科技的发展，我国农业产业也在不断地优化调整，进一步强化农业机械化与信息智能化的融合，己成为大势所趋。苹果作为我国的特色农产品，一直以来它的仓库储存都是非常重要的环节，储存空间的有效利用、苹果的品质和存储时间等都是苹果储存的重要参数。阿里巴巴、亚马逊、京东商城作为行业规模最大的几大电商公司，它们都采用了由人工系统创建的智能仓库。国内外专家也从不同角度对苹果储存的仓库进行了研究，提出了很多人工智能化、自动化、机械化方面的参考意见，实现了自动化仓库。苹果储存仓库自动控制系统采用单片机作为主控制器，可以实现苹果大小的自动分类、空位检测、温湿度智能控制，实现了苹果的智能储存，延长了苹果的保鲜时间，为企业降低了存储成本，提高了果品的市场竞争力和企业的经济效益。

4.家用智能台灯自动控制系统

台灯是现如今人们在夜晚必不可少的一样家用电器。从夜晚的高空中俯瞰灯火通明的繁华都市，可以看到由无数家庭灯光、道路灯光所组成的“星河”，我们的家园被装饰得无比美丽。但这份美丽不是没有代价的，据统计，如果全球每60人中有一人在晚上关灯1小时，就能减少二氧化碳排放60万吨，随手关灯等小习惯节省下的资源是非常庞大的。但即使到处贴着“随手关灯”也会有人遗忘，而人们要在黑暗中寻找开关也很不方便，智能台灯由此应运而生，它利用单片机作为核心控制器，当有人在附近的时候台灯才会打开。智能台灯可以自动检测室内光强，且灯光的亮暗直接和光照强度关联，可以自动调节亮度以达到节约电能的目的。智能台灯使用了语音控制命令，如果检测到语音“台灯开启”或“台灯关闭”，可以自动全亮度开灯或关灯。这种人走灯灭、智能语音控制的设计省去了人们不少精力，使生活更加便捷。

5.家用智能鞋柜控制系统

长期以来，国内家具行业对鞋柜的生产改进大多只能体现在材料和外观造型上。随着人们生活的改善和生活水平的提高，家居的概念无时无刻不在发生着变化。例如对于鞋的日常保养护理，传统鞋柜只能起到简单的存放作用，不能达到祛湿防毒和杀菌除臭的效果，家用智能鞋柜的推出使得普通鞋柜扩展为智能化、保健类的产品。智能

鞋柜使用单片机STC89C52RC作为主控器，DHT11数字式温湿度传感器作为采集元

第1章走近嵌入式系统

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件，采集鞋柜内的温度和湿度，用紫外线灯作为鞋柜的杀菌装置，用三匠(ARX)FH1260

A2042E型散热风扇给柜内除臭，用PTC加热板对鞋柜内进行烘干除湿处理，实现鞋柜

的智能控制。

6.智能窗帘控制系统

智能技术在现代生活中越来越受欢迎，各式各样的智能机器和家居设备不断推出，人们对智能产品具有了越来越高的需求。智能窗帘是一款光照强度、温湿度以及语音输入三

种控制方式相结合的智能控制系统。其采用STC15F2K60S2单片机作为主控器，通过光线

检测传感器、温湿度检测传感器检测室外光线强弱、温湿度情况，将检测到的信号送入主控器，主控器根据输入的信号实现对窗帘的自动控制。智能窗帘可通过语音输入模块给定具体开、关窗帘信号，主控器再将输入的信号加以分析和处理来实现对窗帘的开关控制，在控制过程中，语音输入模块处于最高优先级。光线传感器、温湿度传感器以及语音输入模块的相互结合实现对窗帘的智能控制，控制方式多样化，在不同方面尽可能满足用户的最大需求，为人们生活提供了极大的便利。

7.智能交通灯

交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。随着经济的发展、人民生活水平的提高，城市道路交通拥堵问题日益严峻，使用合理的交通灯可以合理地规划城市交通，从而为城市的快速发展提供最优化的交通解决方案。通过红外传感器自动检测车流量，在紧急情况下能够实现手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。随着数字智能技术在通信和控制领域的应用，交通信号控制系统不断优化，逐渐由孤立路口的控制发展为大规模区域网络控制，由定时控制转向自适应控制，集中控制向分布式协同控制的方向发展，传统城市交通网也将被智能交通网络所取代。

8.车位检测控制系统

随着汽车成为大多数家庭的必需品，对停车位的需求也越来越紧迫。停车场的停车系统智能化尤为关键，其应具有汽车进出手续简单，自动车牌识别，车位自动检测、统计显示以及自动收费等功能，可大大提高整个停车场的使用效率。停车场车位检测控制系统以

STC89C51RC单片机为主控器件，根据红外感应系统检测车辆的进出情况来控制闸杆机的

起落，控制车辆进出，通过液晶显示屏来显示进、出、剩余车位的数量，用户可以通过手

机发送信息给SIM900A模块，SIM900A给用户反馈一条停车场车辆停留情况的信息，从

而实现对大型停车场的智能化管理。

9.智能阳台控制系统

随着国家经济水平的发展，人们越来越多地追求个性化、简单化、自动化的生活方式，对家中装修的要求也越来越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技术在智能家居电子产品中得到了广泛应用。伴随着智能家居的快速发展，阳台的智能化发展明显落后。

智能阳台控制系统采用STM32F103单片机为主控器，通过温湿度传感器DHT11采集阳台

温湿度值：通过语音输入模块实现对晾衣杆的升降控制：用0.96寸OLED液晶显示器显

示测量和设定值及工作状态。系统实现了智能阳台的功能，控制简单、成本低、性价比高，具有广阔的市场空间和应用前景。

第1章走近嵌入式系统

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机器或工厂运作的装置。它具有下列四项特性：用来执行特定功能：以微型计算机和周边外设为核心：需要严格的时序和稳定度：会自动循环操作。

目前国内很多嵌入式系统的书籍以及行业普遍认同的定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，具有可裁剪软件和硬件，对功能、成本、体积、可靠性、功耗等指标有严格要求的专用计算机系统。它是先进的计算机技术、半导体技术和电子技术同具体应用相结合的产物，一般由嵌入式处理器、嵌入式操作系统以及用户的应用功能程序三个部分组成。

2.嵌入式系统结构

由于嵌入式系统与通用计算机系统有着本质的不同，所以嵌入式系统的体系结构与通用计算机系统的体系结构也是不同的。嵌入式系统的体系结构与其应用功能设计及架构密切相关，虽然各不相同，但总体上来说可由以下几个部分组成：

(1)硬件设备，类似于计算机硬件，通常包括嵌入式处理器、程序运行所需的ROM或

Flash内存和系统所需要的外部设备等。

(2)嵌入式操作系统，负责管理运行于硬件之上的应用软件，按照系统任务优先级控制系统资源使用的预分配，除此之外，还要负责任务调度，完成任务运行和任务间切换。

(3)应用软件，通常以并发运行的进程、线程或任务的形式运行在系统中，完成系统的主要功能。

综上所述，站在结构体系的角度来看，嵌入式系统一般由硬件设备、嵌入式操作系统以及应用软件三个部分组成，用于实现具体的功能，其体系结构如图1.1所示。

应用软件

嵌入式操作系统

硬件设备

嵌入式处理器

外部设备

ROM或Flash内存

图1.】嵌入式系统体系结构

从图1.1中可看出，嵌入式处理器和外部设备构成了嵌入式系统的基础平台，为操作系统的运行提供了保障，嵌入式操作系统通过应用软件驱动外部设备工作并合理调度应用软件来保证正常运行，而应用软件是由实现系统应用功能的代码编译生成的。

3.嵌入式系统特征

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知

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嵌入式系统设计与实践

识集成系统。与通用计算机系统相比，嵌入式系统主要有以下特征：

()具备高度的可定制性。嵌入式系统是一个针对具体应用的专用系统，面对用户的具体需求，其软、硬件可以进行适当的裁剪和添加，使其达到理想的性能。

(2)具备更佳的效率和可靠性。嵌入式系统的软件并不存储在硬盘等载体中，而是固

化在ROM芯片中，这就极大提高了系统的可靠性和执行速度。同时，为了节约存储空间，

要求软件代码的质量要高，从而减少程序的目标代码长度，提高其执行速度

(3)不具备本地系统开发能力，需要专业的开发工具和环境。嵌入式系统自身不提供开发界面，用户需要特定工具和环境才能进行相关开发。

1.3嵌入式处理器

嵌入式处理器是控制、辅助嵌入式系统的硬件核心单元，也被认为是对嵌入式系统中的运算和控制器件总的称谓。当今世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1200种，

其中受到青睐的结构体系有微控制器(MCU)、嵌入式微处理器(EMPU)等30多个系列。嵌

入式处理器的应用极其广泛，包括4位处理器、目前仍在大规模使用的单片机以及最新流

行的32位、64位嵌入式CPU。

鉴于嵌入式系统的良好发展前景，大多数半导体制造商都已经开始大规模生产嵌入式处理器。嵌入式处理器与通用计算机处理器的设计原理大致一样，但是嵌入式处理器有着功耗低、体积小、稳定性高以及对环境（例如温度、湿度、电磁场、震动等）的适应能力强等优点。

1.嵌入式处理器的分类

嵌入式处理器按照自身现状可分为嵌入式微处理器、微控制器、DSP和片上系统等几

大类。

嵌入式微处理器的英文全称是Embedded Micro-.Processor Unit,.简称EMPU或MPU.

MPU与通用计算机处理器大致一样，但在实际应用中，为它设计了专业的电路板，从而

减少了系统的功耗与体积。除此之外，在其工作温度、抗电磁干扰和可靠性方面都会做相应的增强。目前，嵌入式微处理器主要有Power PC、68000、MIPS、Aml86/88、38x、SC-400

和ARM系列等。

微控制器的英文全称为Micro-Controller Unit,简称MCU。微控制器还有一个被大众

熟知的名字，即单片机，其内部集成了ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时器/计数器、

串行口及模/数转换器等各种功能和外设。与嵌入式微处理器相比较，MCU主要的特点就

是单片化，极大地减小了体积，从而降低了功耗并提高了可靠性。

DSP的英文全称为Digital Signal Processing,即数字信号处理器。它是一种专门用于满足数字信号处理快速运行需求的微处理器。

片上系统的英文全称为System on Chip,简称SoC。它是一种实现了软硬件无缝结合直接内嵌操作系统代码模块的集成器件，其最大的特点就是极高的综合性，在一个硅片上

面可运用VHDL(硬件描述语言)定义出一个应用系统，一旦仿真通过就可交给半导体制造

商制作样品。片上系统可分为专用和通用两种，专用类一般不为大多数用户所知，通用类

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