針對全國大學生電子設計競賽的特點和要求編寫的《全國大學生電子設計競賽ARM嵌入式係統應用設計與實踐(第2版)》共分9章,內容包括:LPC214xARM微控製器zui小係統的設計與製作,可選擇的ARM微處理器,STM32F係列32位微控製器zui小係統的設計與製作,LED、LCD和觸摸屏顯示電路的設計與製作,ADC和DAC電路的設計與製作,直流電機、步進電機和舵機的驅動電路,光電、超聲波、圖像識彆、色彩識彆、電子羅盤、傾角傳感器、角度傳感器的應用,E2PROM電路及應用無綫數據傳輸與CAN總綫應用的設計製作與編程,係統應用設計,MDK集成開發環境以及ISP下載方法。
本書可作為高等院校電子信息、通信工程、自動化、電氣控製等專業學生參加全國大學生電子設計競賽的培訓教材,也可作為各類電子製作、課程設計、畢業設計的教學參考書,還可作為電子
工程技術人員進行電子電路設計與製作的參考書。
第1章 LPC214xARM7微控製器與最小係統…………………………………… 1
1.1 LPC214x的特性與封裝……………………………………………………… 1
1.1.1 LPC214x的主要特性…………………………………………………… 1
1.1.2 LPC214x的封裝形式與引腳功能……………………………………… 3
1.2 LPC214x的內部結構與功能……………………………………………… 6
1.2.1 LPC214x的內部結構…………………………………………………… 6
1.2.2 LPC214x的內部結構功能描述………………………………………… 6
1.3 LPC214xARM7最小係統設計與製作…………………………………… 14
1.3.1 LPC214xARM7CPUPACK闆電路………………………………… 14
1.3.2 LPC214xARM7最小係統實驗闆電路……………………………… 18
1.4 可選擇的ARM 微處理器…………………………………………………… 25
1.4.1 ARM 體係結構簡介…………………………………………………… 25
1.4.2 ARM7微處理器……………………………………………………… 28
1.4.3 ARM9微處理器……………………………………………………… 29
1.4.4 ARM11微處理器……………………………………………………… 30
1.4.5 Cortex A 微處理器…………………………………………………… 33
1.4.6 Cortex R微處理器…………………………………………………… 35
1.4.7 Cortex M 微處理器………………………………………………… 37
1.4.8 SecurCore微處理器…………………………………………………… 39
1.5 STM32F係列32位微控製器最小係統的設計與製作…………………… 40
1.5.1 STM32係列32位微控製器簡介……………………………………… 40
1.5.2 STM32F103xx係列微控製器的主要特性…………………………… 42
1.5.3 STM32F103xx係列微控製器的內部結構…………………………… 44
1.5.4 STM32F係列32位微控製器係統闆簡介…………………………… 45
1.5.5 STM32F係統闆電原理圖和PCB圖………………………………… 50
1.5.6 STM32F係統闆的應用設計與實踐………………………………… 53
第2章 顯示器電路………………………………………………………………… 55
2.1 鍵盤及LED數碼管顯示器電路的設計與製作…………………………… 55
2.1.1 ZLG7290B的主要特性………………………………………………… 55
2.1.2 ZLG7290B的應用電路………………………………………………… 57
2.1.3 ZLG7290B應用中應注意的一些問題………………………………… 57
2.1.4 ZLG7290B顯示鍵盤應用程序設計…………………………………… 60
2.2 液晶顯示器模塊的連接與編程……………………………………………… 65
2.2.1 FYD12864 0402B漢字圖形點陣液晶顯示模塊簡介……………… 65
2.2.2 LPC2148最小係統開發闆與FYD12864 0402B的連接…………… 65
2.2.3 FYD12864 0402B漢字圖形點陣液晶顯示模塊編程示例………… 66
2.3 觸摸屏模塊的連接與編程…………………………………………………… 73
2.3.1 觸摸屏模塊簡介………………………………………………………… 73
2.3.2 LPC2148最小係統開發闆與觸摸屏模塊的連接…………………… 75
2.3.3 觸摸屏模塊的編程示例………………………………………………… 76
第3章 ADC和DAC電路………………………………………………………… 88
3.1 ADC電路的設計與製作…………………………………………………… 88
3.1.1 LPC214x的ADC簡介………………………………………………… 88
3.1.2 LPC214x的ADC編程示例…………………………………………… 90
3.2 DAC電路設計與製作……………………………………………………… 99
3.2.1 LPC214x的DAC簡介………………………………………………… 99
3.2.2 LPC214x的DAC編程示例………………………………………… 100
第4章 電機控製…………………………………………………………………… 102
4.1 LPC214x的定時器/計數器和脈寬調製器……………………………… 102
4.1.1 定時器/計數器(定時器0和定時器1)……………………………… 102
4.1.2 脈寬調製器…………………………………………………………… 105
4.2 直流電機控製……………………………………………………………… 109
4.2.1 直流電機電樞的調速原理與調速方式……………………………… 109
4.2.2 直流電機驅動電路設計……………………………………………… 110
4.2.3 直流電機與LPC214x的連接………………………………………… 115
4.2.4 直流電機控製編程示例……………………………………………… 115
4.3 步進電機控製……………………………………………………………… 118
4.3.1 步進電機的工作原理及方式簡介…………………………………… 118
4.3.2 基於“L297+L298N”的步進電機驅動與控製電路………………… 119
4.3.3 基於“L297+L298N”的步進電機控製編程示例…………………… 123
4.3.4 基於TA8435H 的步進電機驅動與控製電路……………………… 129
4.3.5 基於TA8435H 的步進電機控製編程示例………………………… 134
4.4 舵機控製…………………………………………………………………… 138
4.4.1 舵機簡介……………………………………………………………… 138
4.4.2 舵機與LPC214x的連接……………………………………………… 141
4.4.3 舵機控製編程示例…………………………………………………… 141
第5章 傳感器電路………………………………………………………………… 144
5.1 光電傳感器及其應用……………………………………………………… 144
5.1.1 光電傳感器選型……………………………………………………… 144
5.1.2 利用反射式光電傳感器檢測障礙物………………………………… 145
5.1.3 利用反射式光電傳感器檢測黑綫…………………………………… 147
5.1.4 利用光電傳感器檢測光源…………………………………………… 151
5.2 超聲波傳感器及其應用…………………………………………………… 162
5.2.1 超聲波傳感器的基本特性與選型…………………………………… 162
5.2.2 超聲波傳感器用於障礙物檢測與測距……………………………… 163
5.2.3 超聲波傳感器用於障礙物檢測與測距編程示例…………………… 167
5.3 圖像識彆傳感器及其應用………………………………………………… 172
5.3.1 圖像識彆模組的內部結構…………………………………………… 172
5.3.2 圖像識彆模組的電路………………………………………………… 172
5.3.3 圖像識彆模組的應用………………………………………………… 177
5.3.4 SPCA563A 圖像識彆模塊編程示例………………………………… 179
5.4 色彩傳感器及其應用……………………………………………………… 193
5.4.1 常用的幾種色彩傳感器的解決方案………………………………… 193
5.4.2 TCS230可編程顔色光頻率轉換器………………………………… 195
5.4.3 顔色識彆模塊的編程示例…………………………………………… 198
5.5 電子羅盤及其應用………………………………………………………… 204
5.5.1 電子羅盤簡介………………………………………………………… 204
5.5.2 BQ CA80 TTL電子羅盤與微控製器的連接…………………… 205
5.5.3 BQ CA80 TTL電子羅盤模塊的編程示例……………………… 205
5.6 傾角傳感器及其應用……………………………………………………… 209
5.6.1 傾角傳感器簡介……………………………………………………… 209
5.6.2 LPC214x開發闆與MSIN LD60傾角傳感器的連接…………… 210
5.6.3 MSIN LD60傾角傳感器編程示例………………………………… 210
5.7 角度傳感器及其應用……………………………………………………… 215
5.7.1 WDD35D 4角度傳感器簡介……………………………………… 215
5.7.2 LPC214x開發闆與WDD35D 4角度傳感器的連接……………… 216
5.7.3 WDD35D 4角度傳感器編程示例………………………………… 216
第6章 數據存儲…………………………………………………………………… 220
6.1 E2PROM24LC256………………………………………………………… 220
6.1.1 E2PROM24LC256簡介……………………………………………… 220
6.1.2 24LC256的典型應用電路…………………………………………… 220
6.1.3 24LC256讀/寫操作編程示例……………………………………… 221
6.2 SK SDMP3語音模塊及其應用………………………………………… 223
6.2.1 SK SDMP3模塊簡介……………………………………………… 223
6.2.2 音頻功率放大器電路………………………………………………… 226
6.2.3 SK SDMP3模塊的編程示例……………………………………… 228
第7章 數據傳輸…………………………………………………………………… 232
7.1 無綫數據傳輸……………………………………………………………… 232
7.1.1 基於nRF905的無綫收發器電路模塊……………………………… 232
7.1.2 LPC214x開發闆與無綫收發器電路模塊的連接…………………… 236
7.1.3 無綫收發器電路模塊的編程示例…………………………………… 237
7.2 CAN 總綫應用……………………………………………………………… 249
7.2.1 CAN 總綫簡介………………………………………………………… 249
7.2.2 在嵌入式處理器上擴展CAN 總綫接口…………………………… 250
7.2.3 CAN 總綫網絡結構…………………………………………………… 251
7.2.4 CAN 總綫模塊設計…………………………………………………… 252
7.2.5 CAN 總綫網絡編程示例……………………………………………… 256
第8章 係統應用…………………………………………………………………… 262
8.1 基於ARM 微控製器的隨動控製係統…………………………………… 262
8.1.1 設計要求……………………………………………………………… 262
8.1.2 總體方案設計………………………………………………………… 263
8.1.3 係統各模塊方案論證與選擇………………………………………… 263
8.1.4 理論分析及計算……………………………………………………… 268
8.1.5 係統主要單元電路設計……………………………………………… 270
8.1.6 係統軟件設計………………………………………………………… 277
8.2 音頻信號分析儀…………………………………………………………… 302
8.2.1 賽題要求……………………………………………………………… 302
8.2.2 基於單片機和FPGA 的設計方案…………………………………… 303
8.2.3 基於LPC214xARM 微控製器的設計方案實例…………………… 305
8.3 正弦波信號發生器………………………………………………………… 310
8.3.1 AD9850/51DDS模塊簡介…………………………………………… 310
8.3.2 LPC214x開發闆與AD9850/51DDS模塊的連接………………… 312
8.3.3 AD9850/51DDS模塊的編程示例…………………………………… 312
8.4 基於ARM 微控製器的聲音導引係統…………………………………… 316
8.4.1 設計要求……………………………………………………………… 316
8.4.2 係統方案設計………………………………………………………… 318
8.4.3 係統主要單元的選擇與論證………………………………………… 319
8.4.4 係統組成……………………………………………………………… 321
8.4.5 理論分析及計算……………………………………………………… 321
8.4.6 係統電路設計………………………………………………………… 322
8.4.7 係統軟件設計………………………………………………………… 324
第9章 開發環境及ISP下載……………………………………………………… 333
9.1 MDK集成開發環境……………………………………………………… 333
9.1.1 MDK集成開發環境簡介…………………………………………… 333
9.1.2 工程的編輯…………………………………………………………… 334
9.2 ISP下載…………………………………………………………………… 338
參考文獻……………………………………………………………………………… 340
評價一 這本書簡直是為我們這些電子設計競賽的“小白”量身打造的!我之前完全沒有接觸過ARM嵌入式,拿到這本書的時候,說實話,有點小忐忑。但是,從第一章開始,作者就用非常通俗易懂的語言,一點點地把基礎概念鋪墊開來,就像循循善誘的老師。我尤其喜歡書中豐富的圖示和清晰的流程圖,那些復雜的電路圖和代碼結構,在圖文並茂的講解下,變得可視化,一點也不枯燥。最讓我驚喜的是,它不僅僅是理論的堆砌,而是緊密結閤瞭實際的應用案例。書中提到的那些實操項目,比如智能小車、數據采集係統等等,我都躍躍欲試。而且,作者在講解每一個項目時,都會把設計思路、硬件選型、軟件編寫的每一個細節都講得很透徹,讓人感覺好像真的在跟著老師一步步地做項目一樣。那些代碼片段,都經過瞭精心的優化和注釋,直接拿來修改和參考,都能節省大量的時間。我感覺,這本書讓我從“零基礎”到“能上手”,真的隻差一步之遙。以前覺得ARM嵌入式高不可攀,現在覺得它其實也沒有那麼神秘,關鍵是要找對學習方法,而這本書,無疑就是那個“對的方法”。
評分評價五 這本書的價值遠不止於理論知識的傳授,更在於它為我們提供瞭一套係統性的項目實戰方法論。我之所以如此推崇,是因為它真正地將“實踐”二字落到瞭實處。書中提供的每一個項目案例,都仿佛是我們親手設計和實現過的,從最初的需求分析,到硬件選型,再到軟件編碼和調試,每一個環節都被拆解得非常清晰。我特彆喜歡書中關於“調試技巧”的章節,那裏總結瞭許多實用的方法,能夠幫助我們快速定位和解決程序中的bug,這在緊張的競賽周期中是極其寶貴的。而且,書中還會引導我們思考如何將一個基礎項目進行擴展和創新,這對於我們在比賽中做齣亮點、脫穎而齣至關重要。我曾經在書中看到一個關於“低功耗設計”的章節,裏麵的很多理念和方法,對我後續的項目開發産生瞭深遠的影響。總而言之,這本書不僅僅是一本技術手冊,更是一位全方位的競賽指導者,它幫助我建立起完整的項目開發思維,讓我在麵對挑戰時更加自信和從容。
評分評價三 坦白說,一開始是被這本書的書名吸引,畢竟“全國大學生電子設計競賽”這幾個字,對我來說就意味著權威和實用。翻開書頁,首先映入眼簾的是密密麻麻但井井有條的目錄,涵蓋瞭從入門到進階的各個方麵。我最喜歡的是書中對不同ARM處理器的特性和應用場景的對比分析,這讓我能夠根據實際項目需求,更好地選擇閤適的硬件平颱。而且,書中提供的代碼示例非常具有代錶性,不僅僅是簡單的“Hello World”,而是涉及到瞭傳感器接口、通信協議、實時操作係統等多個關鍵技術點。我尤其贊賞作者在講解過程中,不惜筆墨地分析各種算法的優劣和實現細節,這對於我理解底層原理,優化程序性能非常有幫助。我記得在做一次項目時,遇到瞭一個棘手的實時性問題,翻閱瞭許多資料都不得要領,最後在這本書的相關章節裏找到瞭突破口,原來是某個定時器配置的細節處理不到位。這樣的“救命稻草”在這本書裏還有很多,它就像一位經驗豐富的導師,總能在關鍵時刻給予指導。
評分評價四 這本《全國大學生電子設計競賽ARM嵌入式係統應用設計與實踐(第2版)》在我的電子設計競賽備戰過程中扮演瞭至關重要的角色。我非常看重它在解決實際問題方麵的強大能力。書中大量的案例分析,不僅僅是理論上的闡述,更是將復雜的嵌入式技術分解成一個個可以被理解和實現的具體步驟。我尤其喜歡書中針對不同類型項目,比如物聯網設備、智能控製係統等,給齣的詳細設計框架和實現邏輯。這讓我可以站在巨人的肩膀上,快速構建齣項目的基本骨架,然後在此基礎上進行個性化開發。書中的一些高級技巧,例如中斷優先級管理、功耗優化策略等,對於提升比賽作品的性能和穩定性有著直接的幫助。我印象最深的是,書中對於一款知名嵌入式操作係統的移植和應用講解得非常詳盡,包括內核配置、驅動編寫、用戶界麵開發等,這讓我對復雜係統的構建有瞭更深的認識。每次遇到瓶頸,我都會翻迴這本書,總能在裏麵找到新的思路和解決方案。
評分評價二 作為一名參賽經驗不算豐富的大二學生,我一直在尋找一本能夠係統性地提升我ARM嵌入式開發能力的教材,而《全國大學生電子設計競賽ARM嵌入式係統應用設計與實踐(第2版)》給我帶來瞭意想不到的收獲。這本書的結構安排非常閤理,從最基礎的ARM指令集和體係結構,到具體的嵌入式操作係統移植和驅動開發,再到復雜的應用層設計,層層遞進,邏輯清晰。我特彆欣賞書中對於各個章節的知識點都進行瞭深入淺齣的講解,並且緊密結閤瞭近年來電子設計競賽的常見主題和技術趨勢。很多時候,我會在書中的案例講解中找到自己比賽項目的設計靈感,甚至可以直接藉鑒其中的部分代碼和設計思路,這極大地提高瞭我的學習效率。此外,書中對一些容易齣錯的細節問題也進行瞭詳細的提示和排查方法,這對於新手來說尤其寶貴,能夠幫助我們少走彎路。我最看重的是,這本書不僅僅是告訴“怎麼做”,更會解釋“為什麼這麼做”,這樣的講解方式讓我對嵌入式係統的理解更加深刻,也更有助於我在比賽中靈活運用所學知識解決實際問題。
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