智能电子产品设计与制作：单片机技术应用项目教程/高等职业教育“十二五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《智能电子产品设计与制作：单片机技术应用项目教程/高等职业教育“十二五”规划教材》涵盖了5个项目，以51系列单片机开发应用为主线，介绍了单片机的并行输入／输出端口、定时器／计数器、中断和串行口的应用，同时还介绍了汇编语言指令及程序设计方法，着重介绍了项目设计的实施方案和实施过程，同时在项目实施的过程中还介绍了Keil和PROTUES软件的使用。
　　《智能电子产品设计与制作：单片机技术应用项目教程/高等职业教育“十二五”规划教材》是一本基于工作过程的单片机课程改革配套教材，教材内容、结构新颖，具有创新性。教材中以项目驱动教学，项目设置比较严谨，项目中用到的知识由易到难，项目中包含的任务由简单到复杂，做到由浅入深、循序渐进。
　　《智能电子产品设计与制作：单片机技术应用项目教程/高等职业教育“十二五”规划教材》可作为全日制高职高专院校电子、电气、自动化等专业的教材，同时也可作为社会培训的培训教材、本科学生及工程技术人员的参考书。

内页插图

目录

前言
项目1 单片机最小系统的设计与制作
任务1 最小系统主板的设计与制作
任务1-1 分析任务并写出设计方案
任务1-2 设计原理图并画出焊接图
任务1-3 制作最小系统主板
任务2 PROTUES仿真软件的使用与主板调试
任务2-1 在-PROTUES环境下设计仿真电路图并仿真
任务2-2 烧录程序及软硬件联调
任务2-3 写项目设计报告
项目工作检验与评估
经验总结
巩固提高练习
相关知识1
1-1 认识单片机
1-2 51系列单片机的系统结构及内部资源
1-3 单片机的工作方式和时钟

项目2 霹雳灯的设计与制作
任务1 不可控霹雳灯的设计与制作
任务1-1 分析任务并写出设计方案
任务1-2 在PROTUES环境下设计仿真电路图
任务1-3 画出实现功能要求的程序流程图
任务1-4 设计实现不可控霹雳灯的程序并仿真
任务1-5 制作电路板
任务1-6 烧录程序及软硬件联调
任务2 可控霹雳灯的设计与制作
任务2-1 分析任务并写出设计方案
任务2-2 在PROTUES环境下设计仿真电路图
任务2-3 设计实现控制每个灯的程序并仿真
任务2-4 设计实现可控霹雳灯的程序并仿真
任务2-5 烧录程序及软硬件联调
任务2-6 写项目设计报告
项目工作检验与评估
经验总结
巩固提高练习
相关知识2
2-1 51系列单片机的I／O端口及应用
2-2 51系列单片机的存储器、指令格式与寻址方式
2-3 数据传送类指令
2-4 控制转移类指令
2-5 位操作类指令
2-6 逻辑运算类指令

项目3 自动计数报警器的设计与制作
任务1 实现自动计数和报警的软件设计
任务1-1 分析任务并写出设计方案
任务1-2 设计实现自动计数程序并仿真
任务1-3 设计实现报警程序并仿真
任务2 自动计数报警器显示模块及接口电路的设计与制作
任务2-1 分析任务并写出设计方案
任务2-2 设计实现自动计数报警器程序并仿真
任务2-3 制作自动计数报警器的电路板
任务2-4 烧录程序及软硬件联调
任务2-5 写项目设计报告
项目工作检验与评估
经验总结
巩固提高练习
相关知识3
3-1 数码管及其驱动译码器
3-2 51系列单片机的算术运算类指令及伪指令
3-3 51系列单片机的定时器／计数器

项目4 自动演奏简易电子琴的设计与制作
任务1 实现自动演奏歌曲的程序设计
任务1-1 分析任务并写出设计方案
任务1-2 设计实现简易电子琴的程序并仿真
任务1-3 设计实现自动演奏歌曲的程序并仿真
任务2 电子琴电路的设计与制作
任务2-1 分析任务并写出设计方案
任务2-2 设计实现弹奏、自动演奏的程序并仿真
任务2-3 制作电子琴的电路板
任务2-4 烧录程序及软硬件联调
任务2-5 写项目设计报告
项目工作检验与评估
经验总结
巩固提高练习
相关知识4
4-1 发音原理及音乐知识
4-2 中断

项目5 单片机双机通信的设计与制作
任务1 实现双机相互传输数据的软件设计
任务1-1 分析任务并写出设计方案
任务1-2 串行口发送与接收数据的设计与仿真
任务1-3 串行口双机通信的设计与仿真
任务1-4 单片机与微机通信的设计与仿真
任务1-5 4×3键盘的设计与仿真
任务2 双机接口电路的设计与制作
任务2-1 分析任务并写出设计方案
任务2-2 实现单片机双机通信的设计与仿真
任务2-3 制作双机通信的输入／输出电路板
任务2-4 烧录程序及软硬件联调
任务2-5 写项目设计报告
项目工作检验与评估
经验总结
巩固提高练习
相关知识5
5-1 串行口通信
5-2 串行口通信及其接口
5-3 键盘

附录
附录A 80C51单片机指令表
附录B ASCⅡ（美国标准信息交换码）表
附录C 各数制对照表
参考文献

《嵌入式系统原理与实践：基于STM32的物联网应用开发》 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统学习路径，重点聚焦于当今最主流的微控制器架构——ARM Cortex-M系列，特别是广泛应用于物联网（IoT）领域的STM32微控制器。本书在内容设计上，力求理论与实践相结合，从基础概念到高级应用，层层递进，帮助读者构建扎实的嵌入式开发能力，并能够独立完成实际的物联网项目。 第一部分：嵌入式系统基础理论 本部分将为读者打下坚实的嵌入式系统理论基础，涵盖嵌入式系统设计的核心概念和关键技术。 第一章：嵌入式系统概述 1.1 什么是嵌入式系统？ 定义与特点：深入剖析嵌入式系统的内涵，如专用性、实时性、集成性、面向应用等。 与通用计算机系统的区别：通过对比，清晰界定嵌入式系统的独特之处。 嵌入式系统的组成：详细介绍硬件（微处理器/微控制器、存储器、I/O接口、外设）、软件（固件、操作系统、应用软件）以及它们的交互关系。 1.2 嵌入式系统的发展历程与趋势 早期发展：回顾嵌入式系统从简单控制到复杂应用的演进。 当前主流技术：介绍ARM、RISC-V等指令集架构，以及RTOS、Linux等操作系统在嵌入式领域的应用。 未来发展方向：探讨物联网、人工智能、边缘计算等新兴技术对嵌入式系统的影响。 1.3 嵌入式系统应用领域 工业控制：PLC、SCADA系统、自动化生产线等。 消费电子：智能家居、可穿戴设备、影音设备等。 汽车电子：ECU、车载娱乐系统、自动驾驶辅助系统等。 医疗电子：监护仪、诊断设备、植入式医疗器械等。 通信领域：基站、路由器、交换机等。 其他领域：航空航天、国防军事、科研仪器等。 第二章：微控制器（MCU）原理与架构 2.1 微控制器基础 MCU的定义与分类：介绍不同类型的MCU（8位、16位、32位、64位）及其适用场景。 MCU的核心组成：CPU（中央处理器）、内存（RAM、ROM/Flash）、I/O端口、定时器/计数器、中断控制器、ADC/DAC、通信接口（UART、SPI、I2C）等。 2.2 ARM Cortex-M系列微控制器 ARM架构简介：介绍ARM公司及其IP核授权模式。 Cortex-M系列家族：详细介绍Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7/M33等不同系列的产品特性、性能指标和应用定位。 Cortex-M架构特点：深入讲解Thumb指令集、流水线、中断处理机制、低功耗设计等。 STM32微控制器家族概览：介绍STMicroelectronics公司基于ARM Cortex-M内核的STM32系列产品线，包括F0、F1、F2、F3、F4、F7、L0、L4、H7等系列，及其各自的特点和选型依据。 第三章：嵌入式C语言编程 3.1 C语言在嵌入式开发中的重要性 性能与效率：C语言作为嵌入式开发的“基石”，如何在有限的资源下实现高效的代码。 硬件访问：如何通过指针、位操作等技术直接访问硬件寄存器。 3.2 嵌入式C语言特性与技巧 数据类型与内存模型：理解嵌入式系统中不同数据类型的存储方式和限制。 指针与内存管理：掌握指针的使用技巧，避免内存泄漏和野指针等问题。 位操作：深入讲解位运算符在寄存器读写、标志位设置等方面的应用。 中断服务程序（ISR）编写：学习如何编写高效、简洁的中断服务函数。 `volatile`关键字：理解其在多任务环境或硬件访问中的作用。 `const`关键字：学习如何使用`const`保证代码安全和提高效率。 函数与宏：分析函数调用开销，以及宏在代码优化和可读性方面的权衡。 循环与条件语句的优化：在嵌入式环境中，如何选择更高效的控制结构。 3.3 嵌入式软件开发流程 需求分析 -> 架构设计 -> 编码实现 -> 单元测试 -> 集成测试 -> 系统调试 -> 部署。 第二部分：STM32微控制器硬件平台与开发环境 本部分将引导读者搭建STM32开发环境，并深入理解STM32的硬件特性和常用外设。 第四章：STM32开发环境搭建 4.1 硬件选型与准备 STM32开发板介绍：推荐主流的STM32开发板（如STM32F103开发板、STM32F407探索板、STM32H743i-disco等），并分析其硬件资源和接口。 开发板接口说明：USB接口、JTAG/SWD调试接口、GPIO接口、通信接口等。 辅助硬件：电源适配器、USB转串口模块、杜邦线、面包板、LED灯、按键、传感器模块等。 4.2 Keil MDK集成开发环境 MDK安装与配置：详细介绍Keil MDK的安装过程，包括安装包的获取、许可激活。 项目创建与管理：演示如何新建项目、添加源文件、配置目标设备。 编译、下载与调试：讲解MDK的编译过程，如何将程序下载到STM32开发板，以及强大的调试功能（断点、单步执行、观察变量、内存查看）。 MDK调试技巧：高级调试技巧，如逻辑分析仪、示波器模拟等。 4.3 STM32CubeMX配置工具 CubeMX介绍与安装：介绍ST官方提供的图形化配置工具STM32CubeMX。 STM32CubeMX使用入门：演示如何通过CubeMX快速配置STM32芯片的MCU型号、时钟树、GPIO、外设（UART、SPI、I2C、ADC、DAC、Timers等）。 生成初始化代码：讲解CubeMX如何自动生成标准的HAL库或LL库初始化代码，极大提高开发效率。 与Keil MDK的集成：演示如何将CubeMX生成的工程导入Keil MDK进行二次开发。 第五章：STM32核心外设与接口详解 5.1 GPIO（通用输入/输出） GPIO工作原理：理解GPIO端口的输入/输出模式、推挽/开漏输出、上拉/下拉电阻。 GPIO寄存器配置：通过寄存器操作，实现GPIO的初始化和控制。 GPIO应用实例：LED灯的控制、按键的输入检测。 5.2 时钟与复位 STM32时钟系统：深入讲解HSE、HSI、PLL等时钟源，以及时钟树的配置和分频。 时钟配置的重要性：解释时钟频率对系统性能和功耗的影响。 复位机制：理解不同类型的复位（上电复位、外部复位、看门狗复位）。 5.3 中断系统 中断原理：中断向量表、中断优先级、中断嵌套。 NVIC（嵌套向量中断控制器）：STM32的NVIC结构与配置。 中断源与中断处理：如何使能外部中断、定时器中断等，并编写中断服务程序。 中断应用实例：按键中断、定时器周期中断。 5.4 定时器/计数器 定时器基本原理：计数、预分频、周期。 通用定时器：PWM输出（如LED亮度调节、舵机控制）、输入捕获（如测量脉冲宽度、频率）。 基本定时器：实现周期性延时、定时任务。 高级定时器：如PWM生成、死区时间设置等。 5.5 ADC（模数转换器） ADC工作原理：采样、量化、编码。 ADC通道与分辨率：不同ADC型号的通道数量和转换精度。 ADC工作模式：单次转换、连续转换、扫描模式。 ADC应用实例：读取电位器模拟值、测量传感器信号（如温度、光照）。 5.6 DAC（数模转换器） DAC工作原理：将数字信号转换为模拟电压。 DAC输出模式：常数输出、触发输出。 DAC应用实例：产生简单的音频信号、产生模拟控制信号。 5.7 通信接口 UART（通用异步收发器） UART通信原理：起始位、数据位、停止位、奇偶校验。 波特率配置：如何设置正确的波特率以保证通信成功。 UART应用实例：与PC串口通信、与其他MCU或模块通信。 SPI（串行外设接口） SPI通信原理：主从模式、SCK、MOSI、MISO、SS信号。 SPI工作模式：CPOL、CPHA。 SPI应用实例：与SD卡、OLED显示屏、传感器通信。 I2C（集成电路互联总线） I2C通信原理：SDA、SCL信号、主设备、从设备、地址寻址。 I2C通信流程：起始条件、数据传输、停止条件。 I2C应用实例：与EEPROM、各种传感器（如陀螺仪、加速度计）通信。 第三部分：嵌入式实时操作系统（RTOS）与物联网应用 本部分将深入探讨嵌入式实时操作系统（RTOS）的核心概念，并结合STM32平台，实现具体的物联网应用项目。 第六章：嵌入式实时操作系统（RTOS） 6.1 RTOS概述 什么是RTOS？ RTOS与裸机编程的区别。 RTOS的核心概念：任务（线程）、任务调度（优先级调度、时间片轮转）、任务状态、任务间通信（信号量、互斥锁、队列、事件标志）、中断处理。 RTOS的优势：提高系统实时性、模块化设计、资源管理、代码复用。 6.2 FreeRTOS入门 FreeRTOS介绍：介绍FreeRTOS的特点（免费、开源、轻量级、跨平台）。 FreeRTOS移植到STM32：讲解如何在STM32开发板上移植FreeRTOS（使用CubeMX生成RTOS工程）。 FreeRTOS任务创建与管理：演示如何创建、删除、挂起、恢复任务。 FreeRTOS任务调度：理解FreeRTOS的任务调度策略。 FreeRTOS任务间通信：通过队列实现任务间数据交换，通过信号量实现资源同步。 6.3 CMSIS-RTOS API CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）：介绍CMSIS标准及其在ARM Cortex-M开发中的作用。 CMSIS-RTOS API：学习CMSIS-RTOS API，实现与不同RTOS（如FreeRTOS、RTX）的兼容性。 第七章：物联网（IoT）基础与STM32物联网应用开发 7.1 物联网（IoT）概念与架构 IoT定义与组成：感知层、网络层、应用层。 IoT通信协议：MQTT、CoAP、HTTP、WebSocket等，重点介绍MQTT在资源受限设备中的优势。 IoT平台：介绍主流的IoT云平台（如阿里云IoT、腾讯云IoT、AWS IoT、Google Cloud IoT）及其功能。 7.2 嵌入式设备与云平台通信 Wi-Fi/以太网通信模块：介绍ESP8266、ESP32、W5500等Wi-Fi/以太网模块，以及如何通过STM32对其进行控制。 MQTT协议在STM32上的实现：讲解如何在STM32上集成MQTT客户端库，实现与MQTT Broker的连接和消息发布/订阅。 与IoT云平台对接：演示如何将STM32设备连接到云平台，并实现数据上传和设备控制。 7.3 STM32物联网应用项目实例 项目一：智能温湿度监测与远程告警 硬件准备：STM32开发板、DHT11/DHT22温湿度传感器、ESP8266 Wi-Fi模块。 软件实现：使用CubeMX配置STM32 GPIO、UART，利用ESP8266连接Wi-Fi，通过MQTT协议将温湿度数据上传至云平台，并在数据超限时触发告警。 项目二：智能家居环境控制（如智能灯控） 硬件准备：STM32开发板、继电器模块、LED灯、ESP32（集成Wi-Fi和蓝牙）。 软件实现：使用ESP32作为中控，通过MQTT接收云平台的指令，控制STM32控制继电器开关灯。 项目三：基于LoRa的低功耗无线传感器网络 硬件准备：STM32开发板、LoRa模块（如SX1278）、各种传感器。 软件实现：设计低功耗的LoRa通信协议，实现传感器数据的远距离无线传输。 7.4 IoT安全与功耗优化 IoT安全挑战：数据加密、身份认证、访问控制。 功耗管理：STM32的低功耗模式（Sleep、Stop、Standby），以及如何通过硬件和软件优化降低功耗。 第四部分：高级主题与项目实战 本部分将进一步拓展读者的视野，介绍嵌入式系统开发中的一些高级技术，并鼓励读者进行更复杂的项目实践。 第八章：嵌入式Linux系统开发基础 8.1 Linux操作系统在嵌入式领域的应用 与RTOS的区别与联系：嵌入式Linux的优势（强大的文件系统、丰富的应用程序支持、成熟的开发生态）和劣势（资源开销大、实时性相对较弱）。 嵌入式Linux的硬件平台：ARM裸机启动过程、Bootloader（U-Boot）、Kernel、Root Filesystem。 8.2 交叉编译环境搭建 什么是交叉编译？ 搭建ARM-Linux-GCC交叉编译工具链。 8.3 Linux设备驱动开发入门 设备驱动的作用：连接硬件与用户空间应用程序的桥梁。 Linux设备模型：字符设备、块设备、网络设备。 简单的字符设备驱动编写：了解设备驱动的基本框架和编写方法。 8.4 Qt for Embedded入门（可选） Qt介绍：功能强大的跨平台应用开发框架。 Qt for Embedded：在嵌入式设备上开发图形用户界面的能力。 简要演示：如何在嵌入式Linux上运行Qt应用程序。 第九章：嵌入式系统调试与测试 9.1 硬件调试技术 万用表、示波器、逻辑分析仪的使用。 JTAG/SWD调试接口的高级应用。 信号注入与信号分析。 9.2 软件调试技巧 打印调试（printf调试）：在资源受限设备上的有效调试手段。 断点调试：利用IDE进行代码执行跟踪。 性能分析：如何分析代码的执行时间和资源占用。 9.3 单元测试与集成测试 编写单元测试用例：针对模块进行独立测试。 集成测试：测试不同模块之间的交互。 自动化测试：介绍一些自动化测试框架和工具。 第十章：项目案例实战与进阶 10.1 智能交通信号灯控制系统 功能需求：模拟真实交通路口的信号灯控制，考虑车流量、行人流量等因素。 硬件设计：STM32作为主控，配合LED灯、红外传感器、按钮等。 软件设计：基于RTOS设计状态机，实现灵活的交通信号灯控制算法。 10.2 工业数据采集与远程监控系统 功能需求：采集工业现场的传感器数据（如压力、温度、流量），通过网络传输至服务器进行实时监控和分析。 硬件设计：STM32作为数据采集节点，配合各种工业传感器，以及Wi-Fi/Ethernet模块。 软件设计：实现数据协议封装、网络通信、数据存储和可视化展示。 10.3 嵌入式系统安全加固 硬件安全特性：如安全存储、加密协处理器。 软件安全措施：固件签名、防篡改、敏感信息加密。 常见安全漏洞及防范。 10.4 进阶方向探讨 AI在嵌入式领域的应用：如边缘AI、图像识别、语音识别。 其他嵌入式操作系统：如RT-Thread、VxWorks等。 嵌入式系统认证与标准。 本书内容紧密结合当前嵌入式和物联网技术的发展趋势，通过大量的实例和项目实践，帮助读者从理论到实践，逐步掌握嵌入式系统的设计与制作技能。无论是初学者还是有一定基础的开发者，都能从中获得宝贵的知识和经验。