嵌入式系統(tǒng)硬件體系設計

第1章  嵌入式系統(tǒng)硬件體系設計概述
1.1 嵌入式系統(tǒng)及其硬件體系概述1
1.1.1 嵌入式系統(tǒng)概述1
1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的構成2
1.1.3 嵌入式系統(tǒng)設計的主要目的3
1.1.4 嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的應用3
1.2 嵌入式硬件體系的基本構成4
1.2.1 嵌入式硬件體系的基本構成模型4
1.2.2 嵌入式硬件體系的基本組成5
1.3 嵌入式硬件體系設計的相關內(nèi)容簡介5
1.3.1 直接相關部分設計5
1.3.2 間接相關部分設計7
1.4 嵌入式硬件體系總體規(guī)劃設計體驗 7
1.4.1 簡單系統(tǒng)設計——多功能智能型單相電度表設計8
1.4.2 復合系統(tǒng)設計——電力故障錄波裝置的設計9
1.5 嵌入式硬件體系設計的要求與目標12
1.6 本章小結13
1.7 學習與思考13
第2章  核心微控制器的選擇及其系統(tǒng)構造
2.1 基礎知識準備14
2.1.1 微型計算機的結構組成14
2.1.2 微控制器的總線14
2.1.3 微控制器的中斷技術15
2.1.4 微控制器的外圍器件15
2.2 常用微控制器件概述15
2.2.1 常用微控制器件15
2.2.2 相關概念說明16
2.3 8/16/32位單片機及其嵌入式硬件體系構造17
2.3.1 常用單片機簡介17
2.3.2 相關概念解釋23
2.3.3 選用SCM時應考慮的因素24
2.4 通用數(shù)字信號處理器件及其嵌入式硬件體系構造25
2.4.1 通用數(shù)字信號處理器件概述25
2.4.2 常見的通用數(shù)字信號處理器件26
2.4.3 相關概念解釋27
2.4.4 TIDSP的開發(fā)28
2.4.5 通用數(shù)字信號處理器選擇28
2.5 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷捌淝度胧接布w系構造28
2.5.1 基本概念28
2.5.2 常用可編程邏輯器件30
2.5.3 對可編程邏輯器件PLD的衡量30
2.5.4 相關概念解釋31
2.5.5 可編程器件的開發(fā)31
2.5.6 SoPC技術及其應用32
2.6 SCM、DSP、PLD構成的嵌入式硬件體系性能對比33
2.7 設計參考網(wǎng)站推薦34
2.8 本章小結35
2.9 學習與思考35
第3章  8/16/32位單片機及其應用設計
3.1 相關知識的回顧36
3.2 單片機SCM及其硬件構造37
3.2.1 單片機的基本結構37
3.2.2 單片機的流水線指令操作38
3.3 常用8/16/32位單片機的特征38
3.3.1 51系列單片機的結構與特征38
3.3.2 AVR系列單片機的基本特征39
3.3.3 PSoC系列單片機的結構與特征42
3.3.4 C166、XC166單片機的結構與特征44
3.3.5 ARM內(nèi)核系列單片機46
3.3.6 ARM7TDMIS 16/32位單片機的結構與特征54
3.4 8/16/32位單片機應用系統(tǒng)設計66
3.4.1 選用單片機時應著重考慮的因素66
3.4.2 ARM系列單片機的選用66
3.4.3 單片機的開發(fā)應用73
3.4.4 單片機為核心的硬件體系構建90
3.5 單片機應用系統(tǒng)設計體驗90
3.5.1 用AT89C2051簡易單片機設計超聲波測距儀90
3.5.2 用PSoC單片機實現(xiàn)μLaw壓擴器93
3.5.3 C166/XC166單片機的設計應用96
3.5.4 基于LPC2104的爬壁機器人控制系統(tǒng)設計98
3.6 本章小結101
3.7 學習與思考101
第4章  數(shù)字信號處理器件DSPs及其應用設計
4.1 相關知識準備與回顧102
4.1.1 相關知識的準備102
4.1.2 相關知識的回顧103
4.2 DSPs及其DSP系統(tǒng)104
4.2.1 通用可編程DSPs的優(yōu)勢104
4.2.2 通用可編程DSPs的特點104
4.2.3 通用可編程DSPs的類型105
4.2.4 通用可編程DSPs的選擇106
4.2.5 DSPs構成的典型的DSP系統(tǒng)107
4.2.6 DSPs為核心的DSP系統(tǒng)設計108
4.3 常用的TIDSPs的特征與應用109
4.3.1 TMS320C2000系列TIDSPs109
4.3.2 TMS320C5000系列TIDSPs113
4.3.3 TMS320C6000系列TIDSPs120
4.3.4 TMS320C8x多DSP核TIDSPs128
4.4 DSP算法的模擬仿真與移植實現(xiàn)129
4.4.1 DSP算法及其模擬仿真130
4.4.2 Matlab軟件工具及其應用131
4.4.3 在DSPs上移植實現(xiàn)DSP算法134
4.4.4 算法驗證及其DSP實施效率的提高137
4.5 DSPs在嵌入式系統(tǒng)中的應用設計139
4.5.1 TMS320C240實現(xiàn)的交流變頻電梯控制139
4.5.2 TMS320F2812實現(xiàn)的多通道同步信號采樣140
4.5.3 TMS320C5402實現(xiàn)的小詞表語音識別144
4.5.4 TMS320C6202實現(xiàn)的主被動復合制導系統(tǒng)148
4.5.5 TMS320C6711實現(xiàn)的相位干涉儀測向算法153
4.5.6 TMS320C64x實現(xiàn)的MPEG4實時編碼器157
4.6 本章小結161
4.7 學習與思考162
第5章  大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷捌鋺迷O計
5.1 相關知識的回顧與準備163
5.1.1 相關知識的回顧163
5.1.2 相關知識的準備164
5.2 數(shù)字邏輯電路的設計與實現(xiàn)173
5.2.1 數(shù)字邏輯電路的分析與設計173
5.2.2 數(shù)字邏輯電路設計的實現(xiàn)177
5.3 可編程邏輯器件的設計開發(fā)186
5.3.1 Fast Map實現(xiàn)的PLD設計186
5.3.2 基于Protel原理圖的PLD設計189
5.3.3 用MaxPlusI開發(fā)CPLD/FPGA193
5.3.4 用Quartus II開發(fā)CPLD/FPGA195
5.3.5 復雜邏輯的綜合實現(xiàn)197
5.3.6 復雜邏輯的模擬與仿真199
5.3.7 基于FPGA的SoPC設計201
5.4 常見CPLD/FPGA應用模塊設計202
5.4.1 常用基本邏輯電路的描述202
5.4.2 常用PLD集成模塊的設計203
5.5 CPLD/FPGA應用系統(tǒng)設計體驗207
5.5.1 簡易PCI接口的VHDLCPLD設計207
5.5.2 電梯控制器的VHDLFPGA設計215
5.5.3 G.726語音編解碼器的SoPC實現(xiàn)220
5.6 CPLD/FPGA設計參考書推薦225
5.7 本章小結225
5.8 學習與思考226
第6章  系統(tǒng)存儲器件及其應用
6.1 系統(tǒng)存儲器件概述227
6.1.1 存儲器件及其類型劃分227
6.1.2 存儲器的速度與容量229
6.1.3 存儲器的基本結構組成229
6.2 常用存儲器件介紹230
6.2.1 電擦除可編程存儲器E2PROM230
6.2.2 閃速存儲器FLASH233
6.2.3 鐵電存儲器FRAM235
6.2.4 數(shù)據(jù)存儲器RAM237
6.2.5 非易失性數(shù)據(jù)存儲器NVRAM240
6.3 常用存儲介質(zhì)介紹242
6.3.1 IC卡及其讀/寫操作242
6.3.2 CF卡及其讀/寫操作244
6.3.3 U盤及其存取操作246
6.3.4 工業(yè)電子盤及其應用248
6.4 嵌入式系統(tǒng)中存儲器件的選擇與使用251
6.4.1 存儲器的型號選擇251
6.4.2 系統(tǒng)存儲器的擴展設計253
6.4.3 使用存儲器時應注意的問題254
6.5 存儲器件的應用設計體驗256
6.5.1 C167CR_LM的存儲器擴展設計256
6.5.2 SCM與DSP之間數(shù)據(jù)共享的實現(xiàn)257
6.5.3 微控制器實現(xiàn)對CF卡的讀/寫操作258
6.5.4 用單片機實現(xiàn)對U盤的存取訪問259
6.5.5 ARM7單片機存取訪問工業(yè)電子盤262
6.6 存儲器件及其設計參考網(wǎng)站推薦263
6.7 本章小結263
6.8 學習與思考264
第7章  嵌入式硬件體系中的接口設計
7.1 嵌入式系統(tǒng)接口概述265
7.1.1 嵌入式系統(tǒng)接口的類型劃分265
7.1.2 嵌入式系統(tǒng)接口的功能描述266
7.1.3 嵌入式系統(tǒng)接口的控制方式267
7.2 常用串行接口及其應用設計268
7.2.1 UART串行接口及其連接268
7.2.2 I2C串行接口及其連接270
7.2.3 SPI串行接口及其連接272
7.2.4 USB串行接口及其連接274
7.2.5 JTAG串行接口及其連接277
7.2.6 1394串行接口及其連接279
7.2.7 1Wire單總線及其連接282
7.3 常用并行接口及其應用設計284
7.3.1 并行接口概述284
7.3.2 打印機接口概述287
7.3.3 并行接口應用設計288
7.4 常用無線通信接口及其應用設計289
7.4.1 無線通信及其接口設計289
7.4.2 紅外通信及其接口設計291
7.4.3 衛(wèi)星通信及其接口設計297
7.5 常用人機接口及其應用設計303
7.5.1 常用鍵盤及其接口設計303
7.5.2 LED顯示界面及接口設計310
7.5.3 LCD顯示界面及其接口設計314
7.6 常用現(xiàn)場總線及其接口設計320
7.6.1 RS485總線及其接口設計321
7.6.2 儀表總線及其接口設計326
7.6.3 CAN總線及其接口設計330
7.6.4 EMAC總線及其接口設計334
7.6.5 LonWorks總線及其接口設計337
7.6.6 PROFIBUS總線及其接口設計343
7.7 常用工業(yè)板卡總線及其接口設計347
7.7.1 ISA總線及其接口板卡設計347
7.7.2 PCI/CPCI總線及其接口板卡設計348
7.8 嵌入式硬件體系接口設計體驗352
7.8.1 電子電度表多形式通信通道設計352
7.8.2 EPP邏輯接口的主備Can監(jiān)控節(jié)點的設計353
7.9 本章小結355
7.10 學習與思考356
第8章  嵌入式硬件體系中的測量與控制電路設計
8.1 測量與控制電路基礎357
8.1.1 晶體三極管及其應用357
8.1.2 場效應晶體管及其應用361
8.1.3 集成運算放大器及其應用363
8.1.4 模/數(shù)轉(zhuǎn)換及器件應用365
8.1.5 數(shù)/模轉(zhuǎn)換及其器件應用367
8.1.6 隔離器件及其應用369
8.2 測量與控制電路設計概述372
8.2.1 測量與控制設計概述372
8.2.2 測量電路的基本構成372
8.2.3 控制電路的基本構成372
8.3 常用信號輸入通道的設計373
8.3.1 模擬量測量通道設計373
8.3.2 開關量測量通道設計374
8.3.3 模擬量的頻率/周期測量374
8.3.4 脈沖信號量的測量374
8.3.5 圖像傳感信號量的測量375
8.4 常見控制輸出通道的設計377
8.4.1 模擬量輸出通道設計377
8.4.2 開關量控制通道設計377
8.4.3 脈沖信號輸出通道設計378
8.5 語音信號的采集與輸出電路設計378
8.5.1 語音信號的采集與輸出概述378
8.5.2 常用語音處理集成器件介紹379
8.5.3 語音信號采集與輸出的應用舉例380
8.6 測量與控制通道的分析與設計體驗381
8.6.1 測量與控制通道功能分析381
8.6.2 測量與控制通道設計規(guī)劃383
8.7 本章小結385
8.8 學習與思考386
第9章  嵌入式硬件體系中的基礎電子線路設計
9.1 電子線路設計基礎387
9.1.1 電阻器件及其應用387
9.1.2 電容器件及其應用390
9.1.3 電感器件及其應用395
9.1.4 二極管器件及其應用397
9.2 電源供應及其監(jiān)控電路設計401
9.2.1 ACDC互換電路設計401
9.2.2 DCDC變換電路設計403
9.2.3 系統(tǒng)用電監(jiān)控電路設計409
9.2.4 可充電電池應用技術410
9.2.5 交流/電池供電及其切換412
9.3 微控制器的復位電路設計415
9.3.1 常見復位電路及其設計415
9.3.2 復位電路設計注意事項418
9.4 系統(tǒng)的振蕩發(fā)生電路設計419
9.4.1 基本的正弦振蕩電路419
9.4.2 石英晶體及其振蕩器419
9.4.3 微控制器常用振蕩電路設計422
9.5 嵌入式系統(tǒng)中的低功耗設計423
9.5.1 低功耗設計技術概述423
9.5.2 硬件低功耗設計技術424
9.5.3 軟件低功耗設計技術426
9.6 EMC/EMI與濾波電路設計427
9.6.1 電源噪聲及其抑制427
9.6.2 濾波電路及其設計428
9.6.3 鐵氧體元件及其使用430
9.6.4 設計中的電磁兼容考慮432
9.7 嵌入式基礎電子線路設計體驗432
9.7.1 典型電源供應電路設計分析舉例432
9.7.2 數(shù)字攝像頭的外圍電路設計舉例433
9.7.3 圖像處理器的外圍電路設計舉例434
9.8 設計參考網(wǎng)站推薦436
9.9 本章小結436
9.10 學習與思考437
第10章  硬件電路的原理圖與PCB板圖設計
10.1 硬件電路圖設計的基礎知識438
10.1.1 電路原理圖及其繪制概述438
10.1.2 印刷電路板圖的基礎知識440
10.2 EDA電路設計及其常用軟件工具444
10.2.1 EDA電路設計自動化概述444
10.2.2 EDA電路設計軟件工具簡介444
10.2.3 常用EDA電路設計軟件介紹445
10.3 硬件電路的原理圖繪制451
10.3.1 硬件電路原理圖的設計流程451
10.3.2 電路原理圖的設計注意事項453
10.3.3 電路原理圖的應用設計舉例453
10.4 硬件電路的PCB板圖繪制454
10.4.1 PCB板圖設計的工作流程454
10.4.2 PCB設計技巧與注意事項457
10.4.3 PCB設計原則與抗干擾措施459
10.4.4 PCB板圖的應用設計舉例461
10.5 電路原理圖與PCB圖設計體驗462
10.5.1 PCI多軸運動控制卡的方案規(guī)劃462
10.5.2 PCI多軸運動控制卡的電路原理圖設計463
10.5.3 PCI多軸運動控制卡的PCB板圖設計465
10.6 本章小結468
10.7 學習與思考468
第11章  嵌入式硬件體系的電路測量與調(diào)試
11.1 常用電路的測試工具及其選用469
11.1.1 常用電路測試工具簡介470
11.1.2 常用電路測試工具的選用474
11.2 常用電路測量/調(diào)試的方法技巧476
11.2.1 電路測試前的工作準備476
11.2.2 PCB及其電路的板級測試477
11.2.3 硬件體系模塊電路的測試479
11.2.4 整機的可靠性能綜合測試480
11.3 計算機輔助測量/調(diào)試及其應用481
11.3.1 編寫計算機輔助測試程序481
11.3.2 輔助測試軟件工具及其應用485
11.3.3 虛擬儀器測試技術及其應用486
11.4 系統(tǒng)核心微控制器的測量/調(diào)試489
11.4.1 微控制器基本工作狀況的測試489
11.4.2 微控制器及其系統(tǒng)的模擬仿真490
11.4.3 嵌入式系統(tǒng)的軟硬件綜合調(diào)試491
11.4.4 在開發(fā)調(diào)試中應用邏輯分析儀492
11.5 微控制器外圍設備的驅(qū)動測試496
11.5.1 微控制器外設驅(qū)動與測試概述496
11.5.2 微控制器外設一級驅(qū)動與測試496
11.5.3 微控制器外設二級驅(qū)動與測試500
11.6 特制工業(yè)計算機板卡的驅(qū)動測試511
11.6.1 工業(yè)計算機板卡驅(qū)動測試概述511
11.6.2 PCI/CPCI接口板卡驅(qū)動測試舉例512
11.6.3 ISA總線接口板卡驅(qū)動測試舉例513
11.7 嵌入式系統(tǒng)硬件電路測量調(diào)試體驗514
11.7.1 常用串行傳輸電路的測試分析514
11.7.2 并行傳輸總線電路的測試分析516
11.7.3 系統(tǒng)隱含錯誤的捕獲分析與處理517
11.8 本章小結519
11.9 學習與思考519
第12章  嵌入式硬件體系應用設計
12.1 嵌入式硬件體系應用設計綜述520
12.2 精密三向容柵數(shù)字顯示儀設計522
12.2.1 項目設計及產(chǎn)品概述522
12.2.2 顯示儀的硬件體系設計523
12.3 30萬像素雙模式數(shù)碼相機的設計525
12.3.1 項目總體設計與方案規(guī)劃525
12.3.2 數(shù)碼相機的硬件體系設計526
12.4 條碼信息資料采集分析系統(tǒng)設計530
12.4.1 系統(tǒng)總體構成與設計方案530
12.4.2 RS232RS485轉(zhuǎn)換卡設計531
12.4.3 EMACUART轉(zhuǎn)換卡設計531
12.4.4 條碼信息資料收集器設計532
12.5 LED遙控時鐘屏系統(tǒng)的設計535
12.5.1 遙控發(fā)射器的電路設計535
12.5.2 主體控制板的電路設計535
12.5.3 LED屏的驅(qū)動電路設計536
12.6 EPP接口的可視化主/備CAN監(jiān)視節(jié)點設計538
12.6.1 硬件電路及其EPP接口邏輯設計538
12.6.2 WinDriver底層驅(qū)動程序的生成538
12.6.3 節(jié)點監(jiān)視可視化測試程序的編制539
12.7 PCI接口多軸運動控制卡的簡易設計541
12.7.1 硬件電路的總體設計與方案規(guī)劃542
12.7.2 PCI接口的VHDLCPLD簡易設計542
12.8 燃氣變頻輸配與大范圍流量計量體系的設計549
12.8.1 變頻輸配與大范圍流量計量的機理549
12.8.2 PSoC單片機測控系統(tǒng)的構建550
12.8.3 PSoC單片機測控系統(tǒng)設計551
12.8.4 PSoC單片機項目設計應用體會553
12.9 中成藥工業(yè)自動化生產(chǎn)監(jiān)控體系的設計553
12.9.1 系統(tǒng)總體構成及核心技術概述553
12.9.2 工業(yè)數(shù)據(jù)采集/控制板卡的設計554
12.9.3 工業(yè)數(shù)據(jù)采集/控制板卡的測試560
12.10 電力故障錄波裝置的整機硬件體系設計562
12.10.1 EPFRD的整機硬件體系規(guī)劃設計562
12.10.2 EPFRD主機板的硬件電路設計563
12.10.3 EPFRD數(shù)據(jù)采集板的硬件電路設計564
12.11 本章小結570
附錄A 習題571
附錄B 習題答案575
參考文獻580