嵌入式系統(tǒng)硬件體系設(shè)計

第1章  嵌入式系統(tǒng)硬件體系設(shè)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(gòu)成2
1.1.3 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的主要目的3
1.1.4 嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的應(yīng)用3
1.2 嵌入式硬件體系的基本構(gòu)成4
1.2.1 嵌入式硬件體系的基本構(gòu)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(shè)計的相關(guān)內(nèi)容簡介5
1.3.1 直接相關(guān)部分設(shè)計5
1.3.2 間接相關(guān)部分設(shè)計7
1.4 嵌入式硬件體系總體規(guī)劃設(shè)計體驗 7
1.4.1 簡單系統(tǒng)設(shè)計——多功能智能型單相電度表設(shè)計8
1.4.2 復(fù)合系統(tǒng)設(shè)計——電力故障錄波裝置的設(shè)計9
1.5 嵌入式硬件體系設(shè)計的要求與目標12
1.6 本章小結(jié)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(gòu)造
2.1 基礎(chǔ)知識準備14
2.1.1 微型計算機的結(jié)構(gòu)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(shù)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(guān)概念說明16
2.3 8/16/32位單片機及其嵌入式硬件體系構(gòu)造17
2.3.1 常用單片機簡介17
2.3.2 相關(guān)概念解釋23
2.3.3 選用SCM時應(yīng)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(gòu)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(guān)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)模可編程邏輯器件及其嵌入式硬件體系構(gòu)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(guān)概念解釋31
2.5.5 可編程器件的開發(fā)31
2.5.6 SoPC技術(shù)及其應(yīng)用32
2.6 SCM、DSP、PLD構(gòu)成的嵌入式硬件體系性能對比33
2.7 設(shè)計參考網(wǎng)站推薦34
2.8 本章小結(jié)35
2.9 學習與思考35
第3章  8/16/32位單片機及其應(yīng)用設(shè)計
3.1 相關(guān)知識的回顧36
3.2 單片機SCM及其硬件構(gòu)造37
3.2.1 單片機的基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與特征42
3.3.4 C166、XC166單片機的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與特征54
3.4 8/16/32位單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計66
3.4.1 選用單片機時應(yīng)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(yīng)用73
3.4.4 單片機為核心的硬件體系構(gòu)建90
3.5 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計體驗90
3.5.1 用AT89C2051簡易單片機設(shè)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(shè)計應(yīng)用96
3.5.4 基于LPC2104的爬壁機器人控制系統(tǒng)設(shè)計98
3.6 本章小結(jié)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(yīng)用設(shè)計
4.1 相關(guān)知識準備與回顧102
4.1.1 相關(guān)知識的準備102
4.1.2 相關(guān)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(gòu)成的典型的DSP系統(tǒng)107
4.2.6 DSPs為核心的DSP系統(tǒng)設(shè)計108
4.3 常用的TIDSPs的特征與應(yīng)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(yīng)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(yīng)用設(shè)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(fù)合制導(dǎo)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(jié)161
4.7 學習與思考162
第5章  大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷捌鋺?yīng)用設(shè)計
5.1 相關(guān)知識的回顧與準備163
5.1.1 相關(guān)知識的回顧163
5.1.2 相關(guān)知識的準備164
5.2 數(shù)字邏輯電路的設(shè)計與實現(xiàn)173
5.2.1 數(shù)字邏輯電路的分析與設(shè)計173
5.2.2 數(shù)字邏輯電路設(shè)計的實現(xiàn)177
5.3 可編程邏輯器件的設(shè)計開發(fā)186
5.3.1 Fast Map實現(xiàn)的PLD設(shè)計186
5.3.2 基于Protel原理圖的PLD設(shè)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(fù)雜邏輯的綜合實現(xiàn)197
5.3.6 復(fù)雜邏輯的模擬與仿真199
5.3.7 基于FPGA的SoPC設(shè)計201
5.4 常見CPLD/FPGA應(yīng)用模塊設(shè)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(shè)計203
5.5 CPLD/FPGA應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計體驗207
5.5.1 簡易PCI接口的VHDLCPLD設(shè)計207
5.5.2 電梯控制器的VHDLFPGA設(shè)計215
5.5.3 G.726語音編解碼器的SoPC實現(xiàn)220
5.6 CPLD/FPGA設(shè)計參考書推薦225
5.7 本章小結(jié)225
5.8 學習與思考226
第6章  系統(tǒng)存儲器件及其應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(shè)計253
6.4.3 使用存儲器時應(yīng)注意的問題254
6.5 存儲器件的應(yīng)用設(shè)計體驗256
6.5.1 C167CR_LM的存儲器擴展設(shè)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(shè)計參考網(wǎng)站推薦263
6.7 本章小結(jié)263
6.8 學習與思考264
第7章  嵌入式硬件體系中的接口設(shè)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(yīng)用設(shè)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(yīng)用設(shè)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(yīng)用設(shè)計288
7.4 常用無線通信接口及其應(yīng)用設(shè)計289
7.4.1 無線通信及其接口設(shè)計289
7.4.2 紅外通信及其接口設(shè)計291
7.4.3 衛(wèi)星通信及其接口設(shè)計297
7.5 常用人機接口及其應(yīng)用設(shè)計303
7.5.1 常用鍵盤及其接口設(shè)計303
7.5.2 LED顯示界面及接口設(shè)計310
7.5.3 LCD顯示界面及其接口設(shè)計314
7.6 常用現(xiàn)場總線及其接口設(shè)計320
7.6.1 RS485總線及其接口設(shè)計321
7.6.2 儀表總線及其接口設(shè)計326
7.6.3 CAN總線及其接口設(shè)計330
7.6.4 EMAC總線及其接口設(shè)計334
7.6.5 LonWorks總線及其接口設(shè)計337
7.6.6 PROFIBUS總線及其接口設(shè)計343
7.7 常用工業(yè)板卡總線及其接口設(shè)計347
7.7.1 ISA總線及其接口板卡設(shè)計347
7.7.2 PCI/CPCI總線及其接口板卡設(shè)計348
7.8 嵌入式硬件體系接口設(shè)計體驗352
7.8.1 電子電度表多形式通信通道設(shè)計352
7.8.2 EPP邏輯接口的主備Can監(jiān)控節(jié)點的設(shè)計353
7.9 本章小結(jié)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(shè)計
8.1 測量與控制電路基礎(chǔ)357
8.1.1 晶體三極管及其應(yīng)用357
8.1.2 場效應(yīng)晶體管及其應(yīng)用361
8.1.3 集成運算放大器及其應(yīng)用363
8.1.4 模/數(shù)轉(zhuǎn)換及器件應(yīng)用365
8.1.5 數(shù)/模轉(zhuǎn)換及其器件應(yīng)用367
8.1.6 隔離器件及其應(yīng)用369
8.2 測量與控制電路設(shè)計概述372
8.2.1 測量與控制設(shè)計概述372
8.2.2 測量電路的基本構(gòu)成372
8.2.3 控制電路的基本構(gòu)成372
8.3 常用信號輸入通道的設(shè)計373
8.3.1 模擬量測量通道設(shè)計373
8.3.2 開關(guān)量測量通道設(shè)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(shè)計377
8.4.1 模擬量輸出通道設(shè)計377
8.4.2 開關(guān)量控制通道設(shè)計377
8.4.3 脈沖信號輸出通道設(shè)計378
8.5 語音信號的采集與輸出電路設(shè)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(yīng)用舉例380
8.6 測量與控制通道的分析與設(shè)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(shè)計規(guī)劃383
8.7 本章小結(jié)385
8.8 學習與思考386
第9章  嵌入式硬件體系中的基礎(chǔ)電子線路設(shè)計
9.1 電子線路設(shè)計基礎(chǔ)387
9.1.1 電阻器件及其應(yīng)用387
9.1.2 電容器件及其應(yīng)用390
9.1.3 電感器件及其應(yīng)用395
9.1.4 二極管器件及其應(yīng)用397
9.2 電源供應(yīng)及其監(jiān)控電路設(shè)計401
9.2.1 ACDC互換電路設(shè)計401
9.2.2 DCDC變換電路設(shè)計403
9.2.3 系統(tǒng)用電監(jiān)控電路設(shè)計409
9.2.4 可充電電池應(yīng)用技術(shù)410
9.2.5 交流/電池供電及其切換412
9.3 微控制器的復(fù)位電路設(shè)計415
9.3.1 常見復(fù)位電路及其設(shè)計415
9.3.2 復(fù)位電路設(shè)計注意事項418
9.4 系統(tǒng)的振蕩發(fā)生電路設(shè)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(shè)計422
9.5 嵌入式系統(tǒng)中的低功耗設(shè)計423
9.5.1 低功耗設(shè)計技術(shù)概述423
9.5.2 硬件低功耗設(shè)計技術(shù)424
9.5.3 軟件低功耗設(shè)計技術(shù)426
9.6 EMC/EMI與濾波電路設(shè)計427
9.6.1 電源噪聲及其抑制427
9.6.2 濾波電路及其設(shè)計428
9.6.3 鐵氧體元件及其使用430
9.6.4 設(shè)計中的電磁兼容考慮432
9.7 嵌入式基礎(chǔ)電子線路設(shè)計體驗432
9.7.1 典型電源供應(yīng)電路設(shè)計分析舉例432
9.7.2 數(shù)字攝像頭的外圍電路設(shè)計舉例433
9.7.3 圖像處理器的外圍電路設(shè)計舉例434
9.8 設(shè)計參考網(wǎng)站推薦436
9.9 本章小結(jié)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(shè)計
10.1 硬件電路圖設(shè)計的基礎(chǔ)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(chǔ)知識440
10.2 EDA電路設(shè)計及其常用軟件工具444
10.2.1 EDA電路設(shè)計自動化概述444
10.2.2 EDA電路設(shè)計軟件工具簡介444
10.2.3 常用EDA電路設(shè)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(shè)計流程451
10.3.2 電路原理圖的設(shè)計注意事項453
10.3.3 電路原理圖的應(yīng)用設(shè)計舉例453
10.4 硬件電路的PCB板圖繪制454
10.4.1 PCB板圖設(shè)計的工作流程454
10.4.2 PCB設(shè)計技巧與注意事項457
10.4.3 PCB設(shè)計原則與抗干擾措施459
10.4.4 PCB板圖的應(yīng)用設(shè)計舉例461
10.5 電路原理圖與PCB圖設(shè)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(shè)計463
10.5.3 PCI多軸運動控制卡的PCB板圖設(shè)計465
10.6 本章小結(jié)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(yīng)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(yīng)用485
11.3.3 虛擬儀器測試技術(shù)及其應(yīng)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(yīng)用邏輯分析儀492
11.5 微控制器外圍設(shè)備的驅(qū)動測試496
11.5.1 微控制器外設(shè)驅(qū)動與測試概述496
11.5.2 微控制器外設(shè)一級驅(qū)動與測試496
11.5.3 微控制器外設(shè)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(jié)519
11.9 學習與思考519
第12章  嵌入式硬件體系應(yīng)用設(shè)計
12.1 嵌入式硬件體系應(yīng)用設(shè)計綜述520
12.2 精密三向容柵數(shù)字顯示儀設(shè)計522
12.2.1 項目設(shè)計及產(chǎn)品概述522
12.2.2 顯示儀的硬件體系設(shè)計523
12.3 30萬像素雙模式數(shù)碼相機的設(shè)計525
12.3.1 項目總體設(shè)計與方案規(guī)劃525
12.3.2 數(shù)碼相機的硬件體系設(shè)計526
12.4 條碼信息資料采集分析系統(tǒng)設(shè)計530
12.4.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成與設(shè)計方案530
12.4.2 RS232RS485轉(zhuǎn)換卡設(shè)計531
12.4.3 EMACUART轉(zhuǎn)換卡設(shè)計531
12.4.4 條碼信息資料收集器設(shè)計532
12.5 LED遙控時鐘屏系統(tǒng)的設(shè)計535
12.5.1 遙控發(fā)射器的電路設(shè)計535
12.5.2 主體控制板的電路設(shè)計535
12.5.3 LED屏的驅(qū)動電路設(shè)計536
12.6 EPP接口的可視化主/備CAN監(jiān)視節(jié)點設(shè)計538
12.6.1 硬件電路及其EPP接口邏輯設(shè)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(shè)計541
12.7.1 硬件電路的總體設(shè)計與方案規(guī)劃542
12.7.2 PCI接口的VHDLCPLD簡易設(shè)計542
12.8 燃氣變頻輸配與大范圍流量計量體系的設(shè)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(gòu)建550
12.8.3 PSoC單片機測控系統(tǒng)設(shè)計551
12.8.4 PSoC單片機項目設(shè)計應(yīng)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(shè)計553
12.9.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成及核心技術(shù)概述553
12.9.2 工業(yè)數(shù)據(jù)采集/控制板卡的設(shè)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(shè)計562
12.10.1 EPFRD的整機硬件體系規(guī)劃設(shè)計562
12.10.2 EPFRD主機板的硬件電路設(shè)計563
12.10.3 EPFRD數(shù)據(jù)采集板的硬件電路設(shè)計564
12.11 本章小結(jié)570
附錄A 習題571
附錄B 習題答案575
參考文獻580