嵌入式硬件设计 马维华 高等教育出版社

本书是按照教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会组织制订的《高等学校嵌入式系统专业方向核心课程教学实施方案》的要求组织编写的。全书共11章，分别介绍嵌入式硬件系统设计基本知识、嵌入式硬件设计基础、嵌入式处理器片上组件、电源设计、最小系统设计、数字通道和模拟通道设计、电机及其控制、互连通信接口设计、可靠性与抗干扰设计，最后以一个完整的实例详细讨论嵌入式硬件综合设计。

本书将通识性知识和个性化知识有机结合，在介绍硬件组件原理及外部接口原理时，不针对任何一款特定嵌入式处理器，只是在具体编程应用时才涉及具体引脚。这样做的目的是因为任何一款处理器都不可能一直使用下去，但只要掌握其本质，以后使用新的处理器时就可以很方便地用特定的引脚代替共性的标识来移植。

全书结构合理、系统、全面、实用，每章后面都有一定数量的习题。本书可作为高等学校计算机专业、电类专业、自动化以及机电一体化专业本科生嵌入式技术相关课程的教材和参考书，也可作为嵌入式硬件开发人员的参考书和工具书。

前辅文
第1章 嵌入式硬件系统设计概论
  1.1 嵌入式系统体系结构
   1.1.1 嵌入式系统的概念
   1.1.2 嵌入式系统组成
   1.1.3 嵌入式系统硬件组成
  1.2 嵌入式处理器
   1.2.1 嵌入式处理器概述
   1.2.2 CISC与RISC结构
   1.2.3 冯·诺依曼结构与哈佛结构
   1.2.4 ARM处理器
   1.2.5 ARM处理器存储器格式及数据类型
   1.2.6 ARM处理器中的MMU和MPU
   1.2.7 典型ARM微控制器
  1.3 嵌入式硬件系统设计
   1.3.1 嵌入式硬件设计的主要内容
   1.3.2 嵌入式应用系统设计步骤及原则
   1.3.3 嵌入式系统的设计方法
  1.4 嵌入式应用系统调试与测试技术
   1.4.1 硬件调试连接
   1.4.2 调试工具及硬件调试
  本章习题
第2章 嵌入式硬件基础
  2.1 嵌入式工程识图
   2.1.1 框图
   2.1.2 原理图
   2.1.3 印刷线路图
   2.1.4 接线图
   2.1.5 时序图
  2.2 电路与电路元件
   2.2.1 直流电路和交流电路
   2.2.2 模拟电路与数字电路
   2.2.3 电路元件
   2.2.4 集成电路
  2.3 数字逻辑电路
   2.3.1 组合逻辑电路
   2.3.2 时序逻辑电路
  2.4 常用模拟集成电路
   2.4.1 模拟比较器
   2.4.2 运算放大器
   2.4.3 模拟开关
  2.5 常用数字集成电路
   2.5.1 TTL集成电路
   2.5.2 CMOS电路
   2.5.3 常用缓冲器
   2.5.4 常用锁存器
   2.5.5 常用移位寄存器
   2.5.6 常用译码器
   2.5.7 常用数据选择器
  2.6 可编程逻辑器件
   2.6.1 PLD的一般结构
   2.6.2 PLD的种类
   2.6.3 基于PLD的数字系统设计
   2.6.4 常用EDA开发工具
  2.7 IC资料查找及阅读
   2.7.1 常用IC资料下载网站
   2.7.2 IC资料的阅读
  本章习题
第3章 嵌入式处理器片上典型外设组件
  3.1 嵌入式处理器组成
   3.1.1 ARM的AMBA总线体系结构及标准
   3.1.2 基于AMBA总线的嵌入式处理器
   3.1.3 典型ARM芯片简介
  3.2 GPIO通用I/O端口组件
   3.2.1 GPIO概述
   3.2.2 GPIO基本工作模式
   3.2.3 GPIO端口保护措施
   3.2.4 GPIO端口的中断
   3.2.5 引脚的多功能
  3.3 定时计数组件
   3.3.1 通用定时计数器
   3.3.2 看门狗定时器
   3.3.3 实时钟定时器
   3.3.4 脉宽调制定时器
   3.3.5 电机控制PWM定时器
  3.4 互连通信组件
   3.4.1 串行异步收发器UART
   3.4.2 I2C总线接口
   3.4.3 SPI串行外设接口
   3.4.4 CAN总线接口
   3.4.5 Ethernet以太网控制器接口
  3.5 模拟通道组件
   3.5.1 模数转换器ADC
   3.5.2 数模转换器DAC
   3.5.3 比较器COMP
  本章习题
第4章 嵌入式系统电源设计
  4.1 嵌入式系统电源设计概述
   4.1.1 嵌入式系统的电源需求
   4.1.2 嵌入式系统电源主要类别
   4.1.3 嵌入式系统的电源变换
  4.2 线性直流稳压电源的设计
   4.2.1 电源变压器的定制
   4.2.2 整流与滤波电路设计
   4.2.3 稳压电路设计
  4.3 开关电源的设计
  4.4 DC-DC和LDO的典型应用
   4.4.1 利用LDO器件进行电源变换
   4.4.2 利用DC-DC器件进行电源变换
  4.5 基于电池供电的便携式电源设计
   4.5.1 电池供电的降压式电源设计
   4.5.2 电池供电的升压式电源设计
  本章习题
第5章 嵌入式最小系统设计
  5.1 典型嵌入式硬件系统及嵌入式最小系统组成
   5.1.1 典型嵌入式硬件系统组成
   5.1.2 嵌入式最小系统组成
  5.2 嵌入式处理器选型
   5.2.1 功能参数选择原则
   5.2.2 非功能性参数选择原则
  5.3 供电模块设计
  5.4 时钟与复位电路设计
   5.4.1 时钟电路设计
   5.4.2 复位模块设计
  5.5 调试接口设计
   5.5.1 JTAG调试接口设计
   5.5.2 SWD调试接口设计
  5.6 存储器接口设计
   5.6.1 存储器层次结构
   5.6.2 存储器分类
   5.6.3 存储器主要性能指标
   5.6.4 片内存储器
   5.6.5 片外存储器
   5.6.6 辅助存储器
   5.6.7 外部存储器扩展
  本章习题
第6章 数字输入输出系统设计
  6.1 数字信号的逻辑电平及其转换
   6.1.1 数字信号的逻辑电平
   6.1.2 数字信号的逻辑电平转换
  6.2 数字信号的隔离与保护
   6.2.1 数字接口的保护
   6.2.2 数字信号的隔离
  6.3 数字输入接口的扩展
   6.3.1 使用缓冲器扩展并行输入接口
   6.3.2 使用串行移位寄存器扩展并行输入接口
  6.4 数字输出接口的扩展
   6.4.1 使用锁存器扩展并行输出接口
   6.4.2 使用串行移位寄存器扩展并行输出接口
  6.5 数字输入输出接口的一般结构
   6.5.1 数字输入接口的一般结构
   6.5.2 数字输出接口的一般结构
  6.6 人机交互通道设计
   6.6.1 键盘接口设计
   6.6.2 显示接口设计
  本章习题
第7章 模拟输入输出系统设计
  7.1 模拟输入输出系统概述
  7.2 传感器及变送器
   7.2.1 传感器
   7.2.2 变送器
  7.3 信号调整的电路设计
   7.3.1 信号调理电路的功能及任务
   7.3.2 信号滤波
   7.3.3 信号放大
   7.3.4 激励与变换
   7.3.5 模拟信号隔离
  7.4 模数转换器及其接口设计
   7.4.1 片内ADC及其应用
   7.4.2 片外ADC及其应用
  7.5 数模转换器
   7.5.1 片内DAC及其应用
   7.5.2 片外DAC及其应用
  7.6 模拟比较器及其应用
   7.6.1 片上比较器及其应用
   7.6.2 片外比较器及其应用
  7.7 典型模拟输入输出系统实例
   7.7.1 温度变送器设计要求
   7.7.2 温度变送器硬件系统设计
  本章习题
第8章 电机及其控制
  8.1 电机及其种类
   8.1.1 电机的定义
   8.1.2 电机的种类
   8.1.3 电机的一般控制系统
   8.1.4 电机控制系统中的常用部件
  8.2 直流电机及其控制
   8.2.1 直流电机及类别
   8.2.2 直流电机励磁方式及其连接
   8.2.3 直流电机的控制
   8.2.4 采用H桥驱动芯片的直流电机控制实例
  8.3 步进电机及其控制
   8.3.1 步进电机
   8.3.2 步进电机的控制系统构成
   8.3.3 采用由分离元件构成的步进电机控制接口
   8.3.4 采用由专用芯片构成的步进电机控制接口
  8.4 单相交流电机及其控制
   8.4.1 单相交流电机
   8.4.2 单相交流电机的控制
  8.5 三相异步电机及其控制
   8.5.1 三相异步电机的结构与工作原理
   8.5.2 异步电机的启动与调速
   8.5.3 三相异步电机的运行控制
   8.5.4 三相异步电机控制系统实例
  8.6 电机的保护
   8.6.1 电机故障及异常状态
   8.6.2 电机的相间短路保护
   8.6.3 电机的单相接地保护
   8.6.4 电机的低电压保护
   8.6.5 电机的过载保护
   8.6.6 基于嵌入式技术的电机保护系统
  本章习题
第9章 互连通信接口设计
  9.1 串行异步收发器UART
  9.2 RS-232接口及其应用
   9.2.1 RS-232接口
   9.2.2 基于RS-232的双机通信
   9.2.3 基于RS-232的多机通信
  9.3 RS-485接口及其应用
   9.3.1 RS-485接口
   9.3.2 RS-485隔离应用
   9.3.3 RS-485主从式多机通信的应用
   9.3.4 基于RS-485的ModBus RTU协议
  9.4 4~20 mA电流环接口及其应用
  9.5 I2C总线接口
   9.5.1 I2C总线模块相关寄存器
   9.5.2 I2C总线接口的应用
  9.6 SPI串行外设接口
   9.6.1 SPI寄存器结构
   9.6.2 SPI接口的应用
  9.7 CAN总线接口
   9.7.1 典型片上CAN控制器组成及相关寄存器
   9.7.2 CAN总线接口的应用
  9.8 Ethernet以太网控制器接口应用
   9.8.1 基于片上以太网控制器的以太网接口连接
   9.8.2 片外以太网控制器的以太网接口连接
  9.9 USB接口
   9.9.1 USB的主要特点
   9.9.2 USB硬软件构成及接口信号
   9.9.3 USB的传输方式
   9.9.4 USB接口连接
   9.9.5 USB与UART及RS-232之间的相互转换接口
  9.10 无线通信模块及其接口
   9.10.1 GPS模块
   9.10.2 GSM模块
   9.10.3 GPRS模块
   9.10.4 北斗模块
   9.10.5 Wi-Fi模块
   9.10.6 蓝牙模块
   9.10.7 ZigBee模块
   9.10.8 RFID通信接口设计
   9.10.9 其他无线模块
  本章习题
第10章 嵌入式硬件系统可靠性与抗干扰设计
  10.1 嵌入式系统可靠性概述
   10.1.1 嵌入式系统可靠性及其特点
   10.1.2 嵌入式系统可靠性设计内容
   10.1.3 嵌入式系统可靠性设计原则
  10.2 嵌入式硬件系统可靠性设计
   10.2.1 影响嵌入式硬件系统可靠性的主要因素
   10.2.2 提高嵌入式硬件系统可靠性的主要措施
   10.2.3 嵌入式硬件系统总体方案可靠性设计
  10.3 嵌入式硬件系统的干扰
   10.3.1 干扰的来源
   10.3.2 干扰的传播途径
   10.3.3 干扰对嵌入式系统的影响
   10.3.4 干扰的抑制原则及措施
  10.4 供电系统抗干扰与最小系统可靠性设计
   10.4.1 供电系统的抗干扰措施
   10.4.2 嵌入式最小系统的可靠性设计
  10.5 接地系统抗干扰措施
   10.5.1 接地的种类
   10.5.2 接地的方式
  10.6 过程通道的抗干扰设计
   10.6.1 差模干扰及其抑制
   10.6.2 共模干扰及其抑制
   10.6.3 长线传输干扰及其抑制
  10.7 印制电路板抗干扰设计
   10.7.1 印制电路板的电磁干扰
   10.7.2 印制电路板的电磁兼容设计
  10.8 嵌入式系统的能量控制与低功耗设计
   10.8.1 能量控制与低功耗设计及其意义
   10.8.2 低功耗设计的内容及步骤
   10.8.3 低功耗器件的选择
   10.8.4 低功耗电源设计
   10.8.5 嵌入式处理器的功率控制
   10.8.6 对外围电路的功耗管理
  本章习题
第11章 嵌入式硬件综合设计
  11.1 系统设计要求
   11.1.1 系统总体设计要求
   11.1.2 主要功能要求与技术指标
  11.2 硬件需求分析与体系结构设计
   11.2.1 嵌入式硬件需求分析
   11.2.2 嵌入式阀门控制器体系结构设计
  11.3 最小系统设计
   11.3.1 嵌入式处理器的选型
   11.3.2 供电模块的设计
   11.3.3 最小系统设计
  11.4 通道设计
   11.4.1 通道模块元器件选型
   11.4.2 模拟通道硬件设计
   11.4.3 数字通道硬件设计
   11.4.4 互连通信接口设计
  11.5 嵌入式硬件综合
   11.5.1 硬件原理图综合
   11.5.2 硬件PCB设计
  11.6 系统调试
   11.6.1 硬件调试概述
   11.6.2 电源模块的调试
   11.6.3 最小系统调试
   11.6.4 标度变换
   11.6.5 通道调试
   11.6.6 系统综合调试
  本章习题
附录 部分习题参考答案
参考文献