嵌入式電腦智能系統設計
趙明富等
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商品描述
本書從微型電腦應用需求的角度，介紹了嵌入式電腦智能系統設計的基礎知識、關鍵技術和實例分析，內容涵蓋電腦應用系統的基礎知識，嵌入式電腦智能系統中的MCS-51、PIC、MSP430、ARM、DSP系列微處理器等，系統輸入/輸出通道，數據採集接口設計，模擬量與開關量（數字量）輸出通道設計，系統外設處理接口技術，系統中的通信接口，系統的數據處理，系統的抗乾擾技術，系統的設計及實例，智能車路協同系統設計與實現。
目錄大綱
目錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 電腦應用系統的發展趨勢 1
1.3 電腦系統的結構與特點 2
1.3.1 電腦系統的基本結構 2
1.3.2 微型電腦系統的組成及工作過程 3
1.3.3 電腦系統的主要特點 6
1.4 學習的主要內容與方法 7
參考文獻 7
第2章 嵌入式電腦智能系統中的微處理器 8
2.1 嵌入式電腦智能系統中的微處理器選擇 8
2.2 MCS-51系列單片機 10
2.2.1 MCS-51系列單片機簡介 10
2.2.2 MCS-51系列單片機結構 11
2.2.3 MCS-51微處理器 13
2.3 PIC系列單片機 14
2.4 MSP430系列單片機 18
2.5 ARM系列嵌入式系統微處理器 21
2.6 數字信號處理器 25
參考文獻 28
第3章 系統輸入/輸出通道 29
3.1 模擬輸入通道 29
3.1.1 模擬輸入通道的基本類型與組成結構 29
3.1.2 傳感器的選用 31
3.1.3 調理電路的參數設計和選擇 33
3.1.4 採集電路的參數設計和選擇 40
3.2 模擬輸出通道 52
3.2.1 模擬輸出通道的基本理論 52
3.2.2 模擬輸出通道的基本結構 57
3.2.3 模擬輸出通道組成電路的選用 60
3.3 開關量輸入/輸出通道 64
3.3.1 開關量輸入通道的結構 64
3.3.2 開關量輸出通道的結構 66
3.3.3 開關量輸入/輸出通道設計實例 69
3.4 通道接口級聯設計問題 74
3.4.1 電氣性能的相互匹配 74
3.4.2 信號耦合與時序配合 75
3.4.3 電平轉換接口 77
3.5 通道接口驅動與應用問題 82
3.5.1 芯片功能簡介 82
3.5.2 應用 85
參考文獻 87
第4章 數據採集接口設計 88
4.1 概述 88
4.2 測量放大器設計 88
4.2.1 測量放大器概述 88
4.2.2 測量放大器電路原理 89
4.2.3 測量放大器的技術指標 89
4.3 模擬多路切換器 90
4.3.1 概述 90
4.3.2 集成CMOS模擬多路開關 91
4.3.3 選擇集成MUX產品 91
4.3.4 多路開關集成芯片 92
4.4 模數轉換器及接口 93
4.5 逐次逼近式A/D轉換器及接口 95
4.5.1 逐次逼近式A/D轉換原理 95
4.5.2 ADC0809 96
4.5.3 ADC0809與8031的接口 97
4.6 雙積分型A/D轉換器及接口 100
4.6.1 雙積分型A/D轉換原理 100
4.6.2 雙積分型A/D轉換芯片 102
4.7 ∑-Δ型A/D轉換器及接口 106
4.7.1 ∑-Δ型A/D轉換器基本原理 106
4.7.2 MAXIM的新型∑-Δ型A/D轉換器 109
4.8 數據採集系統設計 110
參考文獻 118
第5章 模擬量與開關量（數字量）輸出通道設計 120
5.1 模擬量輸出與接口 120
5.1.1 信號調理電路 121
5.1.2 多路轉換器和反多路轉換器 122
5.1.3 採樣與量化 122
5.2 D/A轉換器及其應用 126
5.2.1 D/A轉換器 126
5.2.2 D/A轉換器的應用 129
5.3 開關量（數字量）輸出與接口 131
5.3.1 開關量輸入迴路 131
5.3.2 開關量輸出迴路 131
5.4 半導體存儲器接口的基本技術 132
5.4.1 半導體存儲器的分類 132
5.4.2 半導體存儲器的主要技術指標 133
5.4.3 三種常用半導體存儲器芯片簡介 135
5.5 16位、32位系統中的內存儲器接口 140
5.5.1 16位微機系統中的內存儲器接口 140
5.5.2 32位微機系統中的內存儲器接口 142
參考文獻 146
第6章 系統外設處理接口技術 147
6.1 鍵盤接口技術 147
6.1.1 鍵盤的分類 147
6.1.2 鍵盤的結構和工作原理 148
6.1.3 獨立式鍵盤接口、行列式鍵盤接口及鍵盤程序 151
6.1.4 行列式鍵盤接口及鍵盤程序 152
6.2 LED顯示接口技術 154
6.2.1 LED概述 154
6.2.2 7段LED數碼管 155
6.2.3 點陣LED顯示接口技術 157
6.3 通用鍵盤/顯示器接口芯片HD7279A 159
6.3.1 接口芯片HD7279A 159
6.3.2 串行接口 159
6.4 LCD顯示接口技術 163
6.4.1 LCD概述 163
6.4.2 LCD顯示器的工作原理和性能特點 164
6.4.3 LCD顯示器接口及程序 165
6.5 打印接口技術 168
6.5.1 GP16微型打印機結構及接口信號 169
6.5.2 GP16的打印命令和工作方式 169
6.5.3 MCS-51單片機和GP16的接口 171
6.6 觸摸屏接口技術 174
6.6.1 觸摸屏工作原理 174
6.6.2 電阻式觸摸屏應用 175
6.6.3 觸摸屏接口芯片功能特性 176
參考文獻 176
第7章 系統中的通信接口 177
7.1 數字通信基礎 177
7.2 串行通信接口 178
7.2.1 RS-232C標準 179
7.2.2 8251A串行通信接口 183
7.2.3 MCS-51單片機與IBM-PC的數據通信 191
7.2.4 RS-422與RS-423標準 195
7.3 並行通信接口 196
7.4 USB通用串行通信接口 204
7.5 以太網通信接口 210
7.6 現場CAN總線通信接口 210
7.7 藍牙通信接口 217
7.7.1 技術特點 217
7.7.2 系統組成 218
7.7.3 藍牙的應用 218
參考文獻 218
第8章 系統的數據處理 219
8.1 量程切換 219
8.2 標度變換 221
8.2.1 模擬顯示的標度變換 222
8.2.2 數字顯示的標度變換 223
8.2.3 線性通道的標度變換 223
8.2.4 非線性通道的標度變換 225
8.3 零位和靈敏度的誤差校正 226
8.4 非線性校正 227
8.4.1 查表法 228
8.4.2 插值法 228
8.4.3 擬合法 235
8.5 數字濾波技術 239
參考文獻 244
第9章 系統的抗乾擾技術 245
9.1 噪聲乾擾的形成 245
9.1.1 噪聲源 245
9.1.2 噪聲的耦合方式 246
9.1.3 噪聲的乾擾模式 248
9.2 硬件抗乾擾技術 250
9.2.1 接地技術 250
9.2.2 屏蔽技術 256
9.2.3 長線傳輸的乾擾及抑制 257
9.2.4 共模乾擾抑制 259
9.2.5 差模乾擾的抑制 264
9.2.6 供電系統抗乾擾 266
9.2.7 印刷電路板抗乾擾 268
9.3 軟件抗乾擾技術 272
9.3.1 軟件冗餘技術 273
9.3.2 軟件陷阱技術 276
9.3.3 “看門狗”技術 280
9.3.4 故障自動恢復處理程序 284
9.4 硬件故障的自檢 288
參考文獻 288
第10章 系統的設計及實例 289
10.1 應用系統的設計要求及原則 289
10.2 應用系統的設計研製過程 290
10.3 總體設計 291
10.4 硬件設計 293
10.4.1 元器件的選擇 293
10.4.2 電路設計 296
10.4.3 硬件電路研製過程 296
10.5 軟件設計 298
10.5.1 軟件研製過程 298
10.5.2 軟件設計的依據—系統定義 300
10.5.3 軟件設計方法 301
10.5.4 軟件的測試和運行 303
10.6 設計實例 304
10.6.1 電冰箱溫度測控系統設計 304
10.6.2 防盜報警系統設計 307
參考文獻 312
第11章 智能車路協同系統設計與實現 313
11.1 概述 313
11.2 系統總體設計 313
11.3 智能車載終端 314
11.4 智能路側終端 316
11.5 高精定位基站 318
11.6 交通環境檢測傳感器 321
11.7 車路協同運行監測系統 321
11.8 試驗場景測試與分析 321
參考文獻 327
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 電腦應用系統的發展趨勢 1
1.3 電腦系統的結構與特點 2
1.3.1 電腦系統的基本結構 2
1.3.2 微型電腦系統的組成及工作過程 3
1.3.3 電腦系統的主要特點 6
1.4 學習的主要內容與方法 7
參考文獻 7
第2章 嵌入式電腦智能系統中的微處理器 8
2.1 嵌入式電腦智能系統中的微處理器選擇 8
2.2 MCS-51系列單片機 10
2.2.1 MCS-51系列單片機簡介 10
2.2.2 MCS-51系列單片機結構 11
2.2.3 MCS-51微處理器 13
2.3 PIC系列單片機 14
2.4 MSP430系列單片機 18
2.5 ARM系列嵌入式系統微處理器 21
2.6 數字信號處理器 25
參考文獻 28
第3章 系統輸入/輸出通道 29
3.1 模擬輸入通道 29
3.1.1 模擬輸入通道的基本類型與組成結構 29
3.1.2 傳感器的選用 31
3.1.3 調理電路的參數設計和選擇 33
3.1.4 採集電路的參數設計和選擇 40
3.2 模擬輸出通道 52
3.2.1 模擬輸出通道的基本理論 52
3.2.2 模擬輸出通道的基本結構 57
3.2.3 模擬輸出通道組成電路的選用 60
3.3 開關量輸入/輸出通道 64
3.3.1 開關量輸入通道的結構 64
3.3.2 開關量輸出通道的結構 66
3.3.3 開關量輸入/輸出通道設計實例 69
3.4 通道接口級聯設計問題 74
3.4.1 電氣性能的相互匹配 74
3.4.2 信號耦合與時序配合 75
3.4.3 電平轉換接口 77
3.5 通道接口驅動與應用問題 82
3.5.1 芯片功能簡介 82
3.5.2 應用 85
參考文獻 87
第4章 數據採集接口設計 88
4.1 概述 88
4.2 測量放大器設計 88
4.2.1 測量放大器概述 88
4.2.2 測量放大器電路原理 89
4.2.3 測量放大器的技術指標 89
4.3 模擬多路切換器 90
4.3.1 概述 90
4.3.2 集成CMOS模擬多路開關 91
4.3.3 選擇集成MUX產品 91
4.3.4 多路開關集成芯片 92
4.4 模數轉換器及接口 93
4.5 逐次逼近式A/D轉換器及接口 95
4.5.1 逐次逼近式A/D轉換原理 95
4.5.2 ADC0809 96
4.5.3 ADC0809與8031的接口 97
4.6 雙積分型A/D轉換器及接口 100
4.6.1 雙積分型A/D轉換原理 100
4.6.2 雙積分型A/D轉換芯片 102
4.7 ∑-Δ型A/D轉換器及接口 106
4.7.1 ∑-Δ型A/D轉換器基本原理 106
4.7.2 MAXIM的新型∑-Δ型A/D轉換器 109
4.8 數據採集系統設計 110
參考文獻 118
第5章 模擬量與開關量（數字量）輸出通道設計 120
5.1 模擬量輸出與接口 120
5.1.1 信號調理電路 121
5.1.2 多路轉換器和反多路轉換器 122
5.1.3 採樣與量化 122
5.2 D/A轉換器及其應用 126
5.2.1 D/A轉換器 126
5.2.2 D/A轉換器的應用 129
5.3 開關量（數字量）輸出與接口 131
5.3.1 開關量輸入迴路 131
5.3.2 開關量輸出迴路 131
5.4 半導體存儲器接口的基本技術 132
5.4.1 半導體存儲器的分類 132
5.4.2 半導體存儲器的主要技術指標 133
5.4.3 三種常用半導體存儲器芯片簡介 135
5.5 16位、32位系統中的內存儲器接口 140
5.5.1 16位微機系統中的內存儲器接口 140
5.5.2 32位微機系統中的內存儲器接口 142
參考文獻 146
第6章 系統外設處理接口技術 147
6.1 鍵盤接口技術 147
6.1.1 鍵盤的分類 147
6.1.2 鍵盤的結構和工作原理 148
6.1.3 獨立式鍵盤接口、行列式鍵盤接口及鍵盤程序 151
6.1.4 行列式鍵盤接口及鍵盤程序 152
6.2 LED顯示接口技術 154
6.2.1 LED概述 154
6.2.2 7段LED數碼管 155
6.2.3 點陣LED顯示接口技術 157
6.3 通用鍵盤/顯示器接口芯片HD7279A 159
6.3.1 接口芯片HD7279A 159
6.3.2 串行接口 159
6.4 LCD顯示接口技術 163
6.4.1 LCD概述 163
6.4.2 LCD顯示器的工作原理和性能特點 164
6.4.3 LCD顯示器接口及程序 165
6.5 打印接口技術 168
6.5.1 GP16微型打印機結構及接口信號 169
6.5.2 GP16的打印命令和工作方式 169
6.5.3 MCS-51單片機和GP16的接口 171
6.6 觸摸屏接口技術 174
6.6.1 觸摸屏工作原理 174
6.6.2 電阻式觸摸屏應用 175
6.6.3 觸摸屏接口芯片功能特性 176
參考文獻 176
第7章 系統中的通信接口 177
7.1 數字通信基礎 177
7.2 串行通信接口 178
7.2.1 RS-232C標準 179
7.2.2 8251A串行通信接口 183
7.2.3 MCS-51單片機與IBM-PC的數據通信 191
7.2.4 RS-422與RS-423標準 195
7.3 並行通信接口 196
7.4 USB通用串行通信接口 204
7.5 以太網通信接口 210
7.6 現場CAN總線通信接口 210
7.7 藍牙通信接口 217
7.7.1 技術特點 217
7.7.2 系統組成 218
7.7.3 藍牙的應用 218
參考文獻 218
第8章 系統的數據處理 219
8.1 量程切換 219
8.2 標度變換 221
8.2.1 模擬顯示的標度變換 222
8.2.2 數字顯示的標度變換 223
8.2.3 線性通道的標度變換 223
8.2.4 非線性通道的標度變換 225
8.3 零位和靈敏度的誤差校正 226
8.4 非線性校正 227
8.4.1 查表法 228
8.4.2 插值法 228
8.4.3 擬合法 235
8.5 數字濾波技術 239
參考文獻 244
第9章 系統的抗乾擾技術 245
9.1 噪聲乾擾的形成 245
9.1.1 噪聲源 245
9.1.2 噪聲的耦合方式 246
9.1.3 噪聲的乾擾模式 248
9.2 硬件抗乾擾技術 250
9.2.1 接地技術 250
9.2.2 屏蔽技術 256
9.2.3 長線傳輸的乾擾及抑制 257
9.2.4 共模乾擾抑制 259
9.2.5 差模乾擾的抑制 264
9.2.6 供電系統抗乾擾 266
9.2.7 印刷電路板抗乾擾 268
9.3 軟件抗乾擾技術 272
9.3.1 軟件冗餘技術 273
9.3.2 軟件陷阱技術 276
9.3.3 “看門狗”技術 280
9.3.4 故障自動恢復處理程序 284
9.4 硬件故障的自檢 288
參考文獻 288
第10章 系統的設計及實例 289
10.1 應用系統的設計要求及原則 289
10.2 應用系統的設計研製過程 290
10.3 總體設計 291
10.4 硬件設計 293
10.4.1 元器件的選擇 293
10.4.2 電路設計 296
10.4.3 硬件電路研製過程 296
10.5 軟件設計 298
10.5.1 軟件研製過程 298
10.5.2 軟件設計的依據—系統定義 300
10.5.3 軟件設計方法 301
10.5.4 軟件的測試和運行 303
10.6 設計實例 304
10.6.1 電冰箱溫度測控系統設計 304
10.6.2 防盜報警系統設計 307
參考文獻 312
第11章 智能車路協同系統設計與實現 313
11.1 概述 313
11.2 系統總體設計 313
11.3 智能車載終端 314
11.4 智能路側終端 316
11.5 高精定位基站 318
11.6 交通環境檢測傳感器 321
11.7 車路協同運行監測系統 321
11.8 試驗場景測試與分析 321
參考文獻 327
