嵌入式控制系统原理及设计 pdf下载

本书以嵌入式系统在自动控制系统中的应用为背景，基于ARM Cortex-M3 内核的STM32 嵌入式微处理器，系统地介绍嵌入式控制系统的基础知识、软件设计技术、接口设计技术以及嵌入式控制系统的特殊需求和设计内涵。
本书共7 章：第1 章介绍了嵌入式控制系统的基础知识；第2 章介绍了ARM Cortex-M3 内核的基础知识；第3 章介绍了嵌入式系统的汇编语言、C 语言程序设计、Thumb-2 指令集、嵌入式C 语言及混合编程；第4 章介绍了嵌入式控制系统的设计步骤和方法；第5 章介绍了嵌入式控制系统接口技术；第6 章介绍了嵌入式操作系统；第7 章介绍了嵌入式控制系统的设计案例。
本书可作为普通高校电气工程自动化、电子信息、计算机等相关专业的本科教材，也可供有关专业的研究生使用，并对从事自动控制系统设计的技术人员有较高的参考价值。

前言
第1章嵌入式控制系统基础1
1.1嵌入式系统的概念1
1.1.1嵌入式系统的定义1
1.1.2嵌入式系统的组成3
1.1.3嵌入式系统的特点6
1.1.4嵌入式系统的应用7
1.2嵌入式控制系统9
1.2.1嵌入式控制系统的概念9
1.2.2嵌入式控制系统的工作原理10
1.2.3嵌入式控制系统的优势13
本章小结13
思考题与习题14
第2章ARM微处理器基础15
2.1微处理器的基础知识15
2.1.1微处理器的基本结构17
2.1.2微处理器的工作原理19
2.2嵌入式微处理器概述22
2.2.1嵌入式微处理器的特点22
2.2.2嵌入式微处理器的分类23
2.3ARM微处理器概述26
2.3.1ARM微处理器的体系结构26
2.3.2ARM微处理器的特点28
2.3.3ARMCortex-M3微处理器内核28
2.4ARMCortex-M3的编程模型30
2.4.1数据类型30
2.4.2存储器格式30
2.4.3寄存器组织31
2.4.4操作模式34
2.4.5异常和中断35
本章小结39
思考题与习题39
第3章编程基础40
3.1汇编基础40
3.1.1汇编语言:基本语法40
3.1.2汇编语言:后缀的使用41
3.1.3汇编语言:统一汇编语言41
3.1.4指令列表42
3.2指令描述47
3.2.1汇编语言:传送数据47
3.2.2LDR和ADR伪指令49
3.2.3汇编语言:处理数据50
3.2.4汇编语言:调用和无条件跳转53
3.2.5汇编语言:决断和条件跳转54
3.2.6汇编语言:组合比较和条件跳转55
3.2.7汇编语言:使用IT指令的条件执行55
3.2.8汇编语言:指令屏障和存储器屏障指令56
3.2.9汇编语言:饱和运算56
3.3Cortex-M3支持的其他汇编语言57
3.3.1MSR和MRS57
3.3.2SDIV和UDIV58
3.3.3REV?REVH和REVSH58
3.3.4位反转58
3.3.5SXTB?SXTH?UXTB和UXTH58
3.3.6位域清除和位域插入59
3.3.7UBFX和SBFX59
3.3.8LDRD和STRD59
3.3.9表格跳转字节和表格跳转半字60
3.4嵌入式C语言程序设计基础60
3.5汇编语言与C语言的混合编程63
3.5.1简介63
3.5.2内嵌汇编指令64
3.5.3汇编与C程序的变量相互访问66
3.5.4汇编与C程序的函数相互调用68
本章小结70
思考题与习题70
第4章嵌入式控制系统设计基础71
4.1嵌入式控制系统的设计方法71
4.1.1嵌入式控制系统设计流程71
4.1.2软硬件协同设计技术73
4.2嵌入式系统硬件设计75
4.2.1原理图设计的基本原则75
4.2.2PCB图设计的基本规则79
4.3嵌入式系统软件设计82
4.3.1交叉开发环境82
4.3.2轮询系统83
4.3.3前后台系统84
4.3.4实时多任务系统86
本章小结88
思考题与习题88
第5章嵌入式系统接口技术90
5.1嵌入式微处理器的最小系统90
5.1.1电源电路91
5.1.2晶振电路94
5.1.3复位电路95
5.1.4JTAG调试接口电路96
5.1.5STM32启动模式电路97
5.2GPIO端口98
5.2.1GPIO端口简介98
5.2.2GPIO寄存器99
5.2.3GPIO库函数102
5.2.4GPIO使用示例105
5.3UART串行接口108
5.3.1串行通信基础108
5.3.2USART简介109
5.3.3STM32的USART硬件结构110
5.3.4USART操作112
5.3.5USART寄存器113
5.3.6USART库函数113
5.3.7RS-232接口电路及使用示例116
5.4EXTI中断系统121
5.4.1中断的基本概念122
5.4.2STM32的中断系统简介122
5.4.3嵌套向量中断控制器126
5.4.4NVIC和EXTI寄存器128
5.4.5库函数128
5.4.6中断示例130
5.5通用定时器133
5.5.1STM32的通用定时器134
5.5.2通用定时器的寄存器136
嵌入式控制系统原理及设计
5.5.3通用定时器的库函数137
5.5.4通用定时器的使用示例139
5.6模/数转换器(ADC)142
5.6.1ADC简介142
5.6.2STM32的ADC概述143
5.6.3ADC的寄存器146
5.6.4ADC的库函数146
5.6.5ADC示例150
5.7CAN总线153
5.7.1CAN简介153
5.7.2CAN总线的帧结构154
5.7.3STM32CAN总线156
5.7.4CAN的寄存器161
5.7.5CAN的库函数162
5.7.6CAN接口电路及示例166
本章小结171
思考题与习题171
第6章嵌入式操作系统及应用173
6.1嵌入式实时操作系统概述173
6.1.1嵌入式实时操作系统的概念174
6.1.2应用程序在操作系统上的执行过程176
6.1.3操作系统的分类177
6.1.4常见的嵌入式操作系统178
6.2?C/OS-II的内核机制182
6.2.1?C/OS-II的内核结构182
6.2.2?C/OS-II的任务管理188
6.2.3?C/OS-II的时间管理190
6.2.4任务间的通信与同步191
6.3?C/OS-II的程序设计模式193
6.4?C/OS-II的移植195
6.4.1?C/OS-II的体系结构195
6.4.2移植文件196
6.4.3测试移植代码200
本章小结200
思考题与习题200
第7章嵌入式控制系统案例分析202
7.1设计背景202
7.2双轴伺服转台的需求分析203
7.3系统总体设计204
目录
7.3.1系统总体结构204
7.3.2控制策略设计209
7.4系统研发218
7.4.1硬件概要设计218
7.4.2软件概要设计219
7.4.3控制算法设计221
7.5系统测试222
7.5.1测试设备222
7.5.2测试方法223
本章小结226
思考题与习题226
附录227
参考文献229

在自动控制领域，计算机控制和数字化控制技术的应用日益广泛。随着嵌入式系统技术的发展，由嵌入式微处理器构成的自动控制系统逐渐成为一种主流的技术解决方案，并且这个趋势越来越明显。
本书以嵌入式系统在自动控制系统中的应用为背景，系统地介绍嵌入式系统的基础知识、软件设计技术、接口设计技术以及嵌入式控制系统的特殊需求和设计内涵，使读者掌握基于嵌入式技术的数字化自动控制系统的基本原理以及系统设计的方法和技巧。
在嵌入式系统技术方面，本书以目前热门的基于ARM Cortex-M3 内核的STM32 嵌入式微处理器为基础，介绍相关的原理与技术。本书的主要内容如下：
第1 章介绍了嵌入式控制系统的基础知识，包括嵌入式系统、嵌入式控制系统的定义和组成、工作原理、应用以及发展历史等。
第2 章介绍了ARM Cortex-M3 内核的基础知识，包括ARM 微处理器的体系结构与特点、ARM Cortex-M3 内核及其编程模型。这里的编程模型并非程序设计过程中所用的各种数学模型，而是微处理器内核与编程相关的知识，如寄存器、操作模式、中断与异常等。
第3 章介绍了嵌入式系统的汇编语言及C 语言程序设计基础，系统地介绍了ARM Cortex-M3 支持的Thumb-2 指令集、嵌入式C 语言及混合编程。
第4 章介绍了嵌入式控制系统的设计步骤和方法，对嵌入式控制系统的设计流程及各阶段的主要工作、软硬件协同设计技术、嵌入式系统硬件设计的原则及软件架构等内容进行了系统的介绍。
第5 章介绍了嵌入式控制系统接口技术，从嵌入式微处理器的最小系统开始，介绍了微处理器内部功能及外设，如GPIO、USART 、EXTI 、Timer 等，介绍了外设的工作原理与使用，并给出了相应接口的示例代码。
第6 章介绍了嵌入式操作系统，包括嵌入式操作系统的基本知识、常见的嵌入式操作系统，并以?C/OS-II 为例，介绍了嵌入式操作系统的基本功能、移植以及基于嵌入式操作系统的应用软件设计模式。
第7 章介绍了嵌入式控制系统的设计案例，以双轴伺服转台的设计为例，系统地介绍了双轴伺服转台的工作原理、需求分析、总体方案设计、控制策略设计与仿真、主要硬件选型以及系统测试方法等。
通过对本书的阅读，读者可以系统地了解嵌入式系统的基本原理与设计技术，以及作为控制系统的主要部件，嵌入式系统所需具备的功能以及以控制应用为目标的系统设计技术。
因篇幅限制，本书并没有全面介绍STM32 微处理器的资源和外设，也无法对所有控制系统需要的接口、算法等进行介绍。
本书的内容融入了南京理工大学自动化学院智能控制研究所团队多年来的宝贵经验和技术积累，在此对团队的所有老师和研究生表示感谢。本书配套的实验装置为该团队与上海迪尚科技有限公司联合研制，在此感谢上海迪尚科技有限公司的技术人员，他们不仅在研制实验装置过程中给予作者许多技术方面的帮助，而且在本书编写过程中也提供了许多宝贵的建议和参考例程，这些对于本书顺利结稿起到了关键性的作用。
在本书的编写过程中，作者参考了国内外许多研究人员、技术人员的大量书籍、论文以及网络资料，在此对各位作者表示感谢。由于作者水平有限，书中错漏难免，欢迎赐教并指正。
樊卫华于南京