嵌入式系統案例設計教程（簡體書）

本書從工程實踐角度出發，以多核心嵌入式教學科研平臺和多核心單片機教學實驗平臺為例，介紹了嵌入式系統的完整設計流程、基于Proteus的硬件仿真技術以及典型模塊軟硬件設計等內容，希望能為讀者展現出嵌入式系統設計的全貌。本書涉及的嵌入式系統采用4種處理器： LPC2136、MSP430、AT89S51、ATmega32，其中，LPC2136為ARM處理器，其余3種為應用十分廣泛的單片機。本書涉及的硬件模塊和硬件接口，均配有完整的代碼，并調試通過，讀者可根據自己的實際需求，將各個硬件模塊和代碼直接引入自己設計的系統中。此外，本書還介紹了基于LPC2136和AT89S52處理器的Proteus仿真技術，內容新穎，實用性較強。通過本書的學習，希望讀者可以完成從書本知識學習到具備基本工程實踐能力的轉變。

當前，嵌入式計算機已經形成一個規模龐大的產業，嵌入式產品在我們身邊隨處可見，與此相對應，學習嵌入式系統的開發設計已經成為計算機領域學習的熱點，嵌入式系統設計分為硬件設計與軟件設計兩個方面。傳統來講，嵌入式系統的學習者一般的學習方法為購買一套嵌入式開發板，按照開發板附帶光盤中的實例調試所有代碼，以便加深對處理器的認識。但是，由這種純軟件調試方式獲得的經驗是極其有限的。一方面，學習者一般僅針對教程中的代碼框架來調試，不具備自己探索完整軟件設計的機會；另一方面，由于硬件平臺已經完成，學習者不會獲得硬件電路設計的經驗；更為關鍵的是，從工程角度而言，開發板是一個完整的嵌入式系統，這個系統的完成依次經歷多個設計環節，而學習者接觸到的僅僅是*后一個環節——軟件編程——的一部分，不可能學習到一個嵌入式系統的完整設計流程。本書擬從工程的角度來介紹嵌入式系統設計的完整流程，將從零開始帶領讀者一步步設計，包括硬件設計、系統仿真、軟件設計等環節，*終得到完整的嵌入式系統，從設計的高度帶給讀者一個嵌入式系統的整體印象。本書還將對涉及到的每一部分硬件模塊做詳細說明，包括相關協議說明、器件工作原理簡介、硬件運行機制分析以及代碼編寫說明等方面，力爭為讀者建立起嵌入式系統設計的完整概念，并掌握常見嵌入式模塊的設計方法。如果讀者具備硬件開發條件，那么可以按照本書介紹的步驟，構建出一套完整的嵌入式開發平臺的硬件和軟件。嵌入式系統的設計是軟硬件結合的一個綜合工程，與PC機的上層軟件設計類似，系統設計是核心內容，本書基于工程思路，帶領讀者從零開始，從需求分析到軟件測試，歷經所有環節，直到完成一套多核心嵌入式開發平臺的設計工作，使讀者能夠對嵌入式系統設計的各個階段有清晰認識。同時，本書將電路設計仿真與8051、ARM等處理器結合起來，通過仿真過程來降低設計費用，縮短設計周期，這是一個十分有意義的設計手段。*后，本書還將詳細分析近20種實用電路模塊和近10種接口的電路設計和軟件編寫思路，這些內容將來都可直接運用到讀者自行設計的系統中，具有很強的實用性。本書定位于高校本科三年級、四年級學生，以及研究生一年級學生，目的是通過實際的嵌入式開發案例介紹，使讀者了解完整的嵌入式系統設計流程，以及典型嵌入式模塊的設計方法。此外，本書也可以作為嵌入式系統開發人員的工具書和參考書使用，書中的案例都提供代碼，讀者可直接應用到自己的工程項目當中去。

篇嵌入式系統開發概述章緒論1．1嵌入式系統概述1．1．1嵌入式系統的定義1．1．2嵌入式系統的特點1．1．3嵌入式系統的應用與發展1．2嵌入式系統硬件設計1．2．1概述1．2．2設計流程1．3嵌入式系統軟件設計1．3．1嵌入式系統軟件架構1．3．2嵌入式系統軟件設計流程1．3．3軟硬件協同設計1．4嵌入式系統開發形式第2章處理器與開發環境2．1LPC2136處理器2．1．1ARM7體系結構2．1．2LPC2136片上資源2．28051單片機2．2．18051單片機概述2．2．2AT89S51系列單片機2．3Keil集成開發環境2．3．1Keil開發環境2．3．2基于LPC2136的系統開發流程2．4MSP430單片機2．4．1MSP430單片機概述2．4．2MSP430F161X系列單片機2．5AVR單片機2．5．1AVR單片機概述2．5．2ATmega32系列單片機2．6JTAG工作原理2．7Altium Designer介紹2．7．1AltiumDesigner工具簡介2．7．2PCB設計入門2．8工具軟件2．8．1HJTAG2．8．2串口通信工具2．8．3USB調試工具2．8．4圖像轉換工具2．8．5MP3音頻轉換工具2．8．6PROGISP第3章嵌入式系統設計流程3．1需求分析的主要問題3．2嵌入式處理器選型3．3系統軟硬件功能分配3．4系統結構設計3．5嵌入式系統工藝設計3．6抗干擾設計3．7嵌入式系統工業設計第2篇多核心嵌入式教學科研平臺設計第4章嵌入式平臺系統需求分析與總體設計4．1系統概述4．2系統需求分析4．2．1硬件需求分析4．2．2軟件需求分析4．3總體設計4．3．1核心板設計4．3．2主板硬件模塊設計4．3．3主板跳線器設計4．4LPC2136核心板設計與實現4．4．1LPC2136核心板設計4．4．2LPC2136核心板原理說明4．4．3LPC2136核心板跳線說明4．5MSP430核心板設計與實現4．5．1MSP430核心板設計4．5．2MSP430核心板原理說明4．5．3MSP430核心板跳線說明4．6仿真器設計與實現4．6．1JTAG仿真器4．6．2HJTAG仿真器4．6．3仿真器的使用第5章開發框架和公共模塊5．1開發框架5．2GPIO介紹5．2．1LPC2136處理器GPIO介紹5．2．2MSP430F1611處理器GPIO介紹5．3SPI模塊介紹5．3．1LPC2136的SPI接口5．3．2MSP430F1611的SPI接口5．4模擬總線介紹第6章電路設計與軟件分析6．1步進電機6．1．1工作原理6．1．2電路介紹6．1．3軟件設計6．2UART模塊6．2．1UART工作原理概述6．2．2UART模塊結構6．2．3SP3232及UART模塊電路簡介6．2．4UART模塊編程示例6．3IIC總線6．3．1IIC概述6．3．2IIC模塊結構6．3．3EEPROM存儲器簡介6．3．4IIC模塊編程示例6．4點陣型LCD6．4．1工作原理6．4．2電路介紹6．4．3軟件設計6．5TFT型LCD6．5．1工作原理6．5．2電路介紹6．5．3軟件設計6．6溫度傳感器6．6．1工作原理6．6．2電路介紹6．6．3軟件設計6．7實時時鐘6．7．1實時時鐘概述6．7．2實時時鐘模塊結構6．7．3RTC模塊編程示例6．8脈寬調制器6．8．1脈寬調制器概述6．8．2PWM模塊結構6．8．3PWM模塊編程示例6．9看門狗6．9．1工作原理6．9．2模塊結構6.9.3編程示例6.10模/數、數/模轉換6.10.1工作原理6.10.2LPC2136的A/D模塊介紹6.10.3LPC2136的D/A模塊介紹6.10.4電路介紹6.10.5軟件設計6.11PS/2接口6.11.1PS/2接口工作原理6.11.2PS/2鍵盤編碼與命令集6.11.3電路介紹6.11.4軟件設計6.12MP3音樂播放6.12.1MP3文件格式6.12.2電路介紹6.12.3軟件設計6.13SD卡6.13.1工作原理6.13.2電路介紹6.13.3軟件設計6.14USB接口6.14.1USB接口簡介6.14.2USB協議6.14.3USB控制芯片介紹6.14.4電路介紹6.14.5軟件設計6.15CAN總線6.15.1CAN總線概述6.15.2CAN協議概述6.15.3CAN總線控制器SJA1000概述6.15.4實驗使用的通信協議及主要程序分析第3篇多核心單片機教學實驗平臺設計第7章單片機平臺系統需求分析與總體設計7.1系統概述7.2系統需求分析7.2.1硬件需求分析7.2.2軟件需求分析7.3系統設計7.3.1AVR轉接板設計7.3.2主板硬件模塊設計7.3.3處理器資源分配7.4軟件框架第8章模塊設計與軟件分析8.1流水燈8.1.1工作原理8.1.2電路介紹8.1.3軟件設計8.2鍵盤和數碼管8.2.1工作原理8.2.2電路介紹8.2.3軟件設計8.3點陣LCD8.3.1電路介紹8.3.2軟件設計8.4語音模塊8.4.1工作原理8.4.2電路介紹8.4.3軟件設計8.5繼電器8.5.1工作原理8.5.2電路介紹8.5.3軟件設計8.6串口模塊8.6.1工作原理8.6.2電路介紹8.6.3軟件設計8.7蜂鳴器8.7.1工作原理8.7.2電路介紹8.7.3軟件設計8.8紅外模塊8.8.1工作原理8.8.2電路介紹8.8.3軟件設計8.9步進電機8.9.1電路介紹8.9.2軟件設計第4篇嵌入式系統仿真設計第9章基于Proteus的嵌入式系統仿真9.1Proteus開發環境簡介9.2基于Proteus的仿真電路設計流程0章基于ARM的嵌入式系統仿真10.1蜂鳴器與繼電器10.1.1電路介紹10.1.2軟件設計10.1.3Proteus仿真10.2鍵盤10.2.1工作原理10.2.2電路介紹10.2.3軟件設計10.2.4Proteus仿真10.3LED與數碼管10.3.1電路介紹10.3.2軟件設計10.3.3Proteus仿真10.4LED點陣10.4.1工作原理10.4.2電路介紹10.4.3軟件設計10.4.4Proteus仿真10.5字符型LCD10.5.11602工作原理10.5.21602工作環境和主要操作10.5.3電路介紹10.5.4軟件設計10.5.5Proteus仿真1章基于單片機的嵌入式系統仿真11.1CRC校驗碼11.1.1工作原理11.1.2電路介紹11.1.3軟件設計11.1.4Proteus仿真11.2數據存儲器擴展11.2.1工作原理11.2.2電路介紹11.2.3軟件設計11.2.4Proteus仿真11.3中斷式按鍵11.3.1電路介紹11.3.2軟件設計11.3.3Proteus仿真11.4LED點陣11.4.1電路介紹11.4.2軟件設計11.4.3Proteus仿真11.5溫度傳感器11.5.1電路介紹11.5.2軟件設計11.5.3Proteus仿真附錄AKeil安裝簡介附錄BAltium Designer安裝簡介附錄CProteus安裝簡介