嵌入式控製係統及其C/C++實現：麵嚮使用MATLAB的軟件開發者(附CD-ROM光盤一張 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 萊丁(Ledin，J.)著，駱麗 著

圖書標籤:

• 嵌入式係統
• 控製係統
• C++
• MATLAB
• 軟件開發
• 嵌入式控製
• 硬件編程
• 實踐應用
• 單片機
• CD-ROM

店鋪： 天都圖書專營店

齣版社： 北京航天航空大學齣版社

ISBN：9787810774802

商品編碼：17993131013

包裝：平裝

齣版時間：2005-04-01

圖書基本信息
圖書名稱	嵌入式控製係統及其C/C++實現：麵嚮使用MATLAB的軟件開發者(附CD-ROM光盤一張)	作者	(美)萊丁(Ledin,J.)著,駱麗
定價	32.00元	齣版社	北京航天航空大學齣版社
ISBN	9787810774802	齣版日期	2005-04-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝
開本		商品重量	0.4Kg

內容簡介

本書是一本介紹如何利用現代工具設計控製係統的書籍，包含從實驗調試到高級優化控製算法的多種設計方法，所介紹的算法實現方法不僅包含經典的PID算法實現，同時還包含現代控製係統*化設計及其算法實現。本書的重點是介紹如何利用現代分析和設計工具設計控製係統，包括C或C 語言以及MATLAB及其工具箱軟件。為瞭充分理解和利用現代設計工具，本書提供瞭充足的設計實例，深入淺齣地介紹瞭有關控製係統設計建模的概念、實現以及仿真分析方法，包括SISO和MIMO係統的分析、建模、實現和仿真。本書充分利用瞭現代設計工具的特點，避免瞭煩瑣的數學推導，不僅適閤於具有控製係統設計專業背景的工程技術人員，同時也非常適閤於無控製係統工程背景的開發人員。 本書可以作為電子信息類本科高年級或碩士研究生有關課程的教科書。

作者簡介

目錄

章 控製係統基礎 1.1 簡介 1.2 本章目標 1.3 反饋控製係統 1.4 設備特性 1.4.1 綫性係統和非綫性係統 1.4.2 綫性係統的定義 1.4.3 時間延遲 1.4.4 連續時間係統和離散時間係統 1.4.5 輸入和輸齣的數量 1.5 控製器結構和設計參數 1.6 方框圖 1.7 性能規範 1.8 係統穩定性 1.9 控製係統測試 1.10 計算機輔助控製係統設計 1.11 小結 1.12 自我測試 1.13 答案 1.14 參考文獻 第2章 PID控製 2.1 介紹 2.2 本章目標 2.3 PID控製 2.3.1 比例控製 2.3.2 比例微分(PD)控製 2.3.3 比例積分(PI)控製 2.3.4 比例積分微分(PID)控製 2.3.5 PID控製與執行器飽和 2.4 用C/C 實現PID控製器 2.5 小結 2.6 自我測題 2.7 答案 2.8 參考文獻 第3章 設備模型 3.1 簡介 3.2 本章目標 3.3 綫性非時變設備模型 3.3.1 傳遞函數錶示 3.3.2 頻率響應用形式 3.3.3 狀態空間錶示 3.4 時間延遲 3.5 綫性模型的穩定性 3.6 建模方法 3.6.1 基於物理建模 3.6.2 非綫性模型的綫性化 3.7 係統辨識技術 3.7.1 實驗設計 3.7.2 數據采集 3.7.3 建立係統辨識模型 3.8 小結 3.9 自測題 3.10 答案 3.11 參考文獻 第4章 經典控製係統設計 第5章 極點配置 第6章 優控製 第7章 MIMO係統 第8章 離散時間係統和定點運算 第9章 控製係統集成和測試 0章 總結及設計實例 術語錶 有關術語的中英對照錶

編輯推薦

文摘

序言

嵌入式控製係統與C/C++實戰：為MATLAB軟件開發者量身打造的進階指南 在當今高度互聯和智能化的時代，嵌入式控製係統已成為驅動各行各業創新的核心技術。從智能傢居到工業自動化，從汽車電子到醫療設備，它們無處不在，默默地扮演著“大腦”的角色，實現著復雜的功能和精確的控製。對於許多在MATLAB環境中遊刃有餘的軟件開發者而言，掌握嵌入式控製係統的開發，特彆是其C/C++實現，無疑是拓展技術邊界、實現更具影響力的項目的重要一步。本書正是為這樣一群富有潛力的開發者量身定製，旨在為您搭建一座從MATLAB的建模仿真世界通往實際硬件實現的堅實橋梁。 本書的核心價值 本書並非一本枯燥的理論堆砌，而是將理論與實踐緊密結閤，以MATLAB作為起點，深入剖析嵌入式控製係統的設計、開發與部署全過程。我們深知您已具備紮實的MATLAB基礎，能夠熟練運用其強大的建模、仿真和算法開發能力。因此，本書將重點放在如何將您在MATLAB中精心設計的控製算法，高效、穩定地轉化為嵌入式硬件能夠理解和執行的C/C++代碼。 誰適閤閱讀本書？ MATLAB用戶： 已經熟悉MATLAB的建模、仿真、代碼生成等功能，希望將這些知識應用於實際嵌入式係統的軟件工程師、研究人員、學生。 控製工程師： 熟悉控製理論，能夠設計復雜的控製算法，但希望提升在實際硬件上實現這些算法的能力。 嵌入式係統開發者： 擁有C/C++基礎，但希望更深入地理解控製係統的原理，並能更好地與控製算法開發者協同工作。 項目經理： 需要瞭解嵌入式控製係統開發流程和關鍵技術，以便更好地管理項目和評估技術方案。 本書內容概覽 本書的體係結構精心設計，循序漸進，確保您能夠全麵掌握嵌入式控製係統的C/C++實現。我們不會迴避任何一個關鍵環節，力求為您提供最詳盡、最實用的指導。 第一部分：嵌入式控製係統基礎與MATLAB建模 在深入C/C++實現之前，紮實的理論基礎是必不可少的。本部分將幫助您迴顧和鞏固嵌入式控製係統的核心概念，並展示如何在MATLAB環境中有效地進行係統建模和算法設計。 第一章：引言：嵌入式控製係統的範疇與發展 我們將從宏觀角度齣發，探討嵌入式控製係統的定義、重要性、應用領域以及未來的發展趨勢。 介紹嵌入式控製係統與通用計算機係統的區彆與聯係，強調其對實時性、資源受限性和可靠性的特殊要求。 梳理嵌入式控製係統軟件開發的關鍵技術棧，為後續的學習奠定基礎。 第二章：MATLAB在嵌入式控製係統設計中的應用 本章將聚焦您熟悉的MATLAB環境，迴顧其在嵌入式控製係統設計流程中的關鍵作用。 重點介紹Simulink建模環境，講解如何利用模塊庫搭建係統模型，包括傳感器、執行器、控製器以及被控對象模型。 闡述如何在Simulink中進行係統分析，如時域響應、頻域響應、穩定性分析等，為算法設計提供依據。 介紹MATLAB的控製係統工具箱，展示如何利用其函數進行控製器設計，例如PID控製器、狀態空間控製器、模型預測控製器等。 講解係統辨識技術，如何從實際數據中建立被控對象模型。 第三章：控製算法在MATLAB中的實現與仿真 本章將深入講解如何在MATLAB中實現和仿真各種典型的控製算法。 PID控製器進階： 除瞭基礎的PID參數整定，還將討論抗積分飽和、抗微分飽和、增量式PID等高級技巧，並展示其在Simulink中的實現。 狀態空間方法： 講解狀態反饋、狀態觀測器設計，以及如何在MATLAB中實現這些算法。 其他常用控製策略： 簡要介紹並展示如何仿真如模糊控製、自適應控製、魯棒控製等更復雜的控製方法，為後續的C/C++實現提供不同層麵的挑戰。 仿真與驗證： 強調仿真在驗證控製算法性能和魯棒性方麵的重要性，並演示如何利用MATLAB的仿真工具進行全麵的評估。 第二部分：從MATLAB模型到C/C++代碼：核心技術與實踐 這是本書的核心價值所在，我們將詳細講解如何將您在MATLAB中設計的控製算法轉化為高效、可靠的C/C++代碼，並準備好在嵌入式硬件上運行。 第四章：MATLAB Coder與Embedded Coder入門 MATLAB Coder： 介紹MATLAB Coder的核心功能，它能夠將MATLAB代碼（包括M函數和Simulink模型）自動轉換為C/C++代碼。 工作流程： 詳細演示如何設置MATLAB Coder，選擇目標語言（C/C++）、編譯選項等。 代碼生成策略： 講解代碼生成器如何處理MATLAB語法和Simulink組件，以及常見的代碼優化選項。 Embedded Coder： 引入Embedded Coder，它是MATLAB Coder的擴展，專為嵌入式係統設計。介紹其提供的更高級的功能，如代碼模闆定製、RTOS（實時操作係統）集成支持、硬件庫集成等。 關鍵概念： 解釋可重用函數、庫生成、可部署代碼等概念。 第五章：Simulink模型到C/C++代碼的轉換 模型配置： 講解如何為Simulink模型配置代碼生成選項，包括目標硬件、代碼生成器、數據類型等。 代碼生成接口： 深入探討Simulink模型中不同模塊（如數學運算、邏輯運算、查找錶、狀態機等）如何被轉化為C/C++代碼。 數據類型與精度： 重點講解數據類型（整數、浮點數、定點數）的選擇對嵌入式係統性能和資源占用的影響，以及如何配置MATLAB Coder/Embedded Coder來生成符閤硬件要求的代碼。 RTW/ERT目標： 介紹Real-Time Workshop (RTW) 和Embedded Real-Time (ERT) 目標，它們是Simulink代碼生成的核心。 實戰案例： 通過一個具體的Simulink模型（例如一個簡單的PID控製器），演示從模型到C/C++代碼的完整生成過程。 第六章：C/C++代碼的優化與移植 代碼生成後的優化： 即使有自動代碼生成器，手動優化仍然是提升性能和減小代碼體積的關鍵。本章將介紹幾種常用的優化技巧： 算法級優化： 例如，如何通過簡化數學錶達式、使用查找錶代替復雜函數計算、優化循環結構等。 數據結構優化： 如何選擇閤適的數據結構來減少內存占用和提高訪問效率。 編譯器級優化： 介紹常見的C/C++編譯器優化選項，如 `-O2`, `-O3`, `-Os` 等，並解釋它們的作用。 定點數運算： 深入探討定點數在嵌入式係統中的重要性，以及如何在MATLAB中進行定點數設計，並生成相應的C/C++定點代碼。介紹溢齣、捨入等問題及其處理方法。 移植性考慮： 講解如何編寫平颱無關的C/C++代碼，以及如何處理特定硬件平颱的差異，例如字節序、數據對齊等。 第七章：實時性與嵌入式C/C++編程 實時操作係統的概念： 介紹實時操作係統的基本原理，包括任務調度、中斷處理、同步機製（信號量、互斥鎖）、定時器等。 RTOS在嵌入式控製係統中的作用： 講解如何利用RTOS來管理嵌入式控製係統的多個任務，確保任務的優先級和實時性。 任務拆分與設計： 演示如何將復雜的控製算法拆分成多個實時性要求不同的任務，並進行高效的任務調度。 中斷服務程序（ISR）的設計： 講解如何編寫高效、簡潔的中斷服務程序，以響應外部事件和傳感器數據。 常見的RTOS介紹： 簡要介紹一些流行的嵌入式RTOS，如FreeRTOS、RT-Thread等，並說明其在嵌入式控製係統開發中的應用。 同步與通信： 講解如何在多任務環境下實現任務間的同步和通信，以避免競態條件和數據不一緻。 第三部分：實際應用與高級主題 在掌握瞭核心的C/C++實現技術後，本部分將帶領您進入更廣闊的實際應用場景，並探討一些高級主題，幫助您應對更復雜的挑戰。 第八章：嵌入式硬件平颱與接口編程 微控製器（MCU）架構： 介紹主流的嵌入式微控製器（如ARM Cortex-M係列、ESP32等）的基本架構、存儲器結構、外設接口（ADC, DAC, PWM, UART, SPI, I2C等）。 驅動程序開發： 講解如何為各種硬件外設編寫C/C++驅動程序，以實現與傳感器、執行器的通信。 底層硬件訪問： 演示如何直接操作寄存器來控製硬件，並強調抽象層的重要性。 代碼與硬件的集成： 講解如何將生成的C/C++控製代碼集成到實際的嵌入式項目中，並與硬件驅動程序協同工作。 交叉編譯： 介紹交叉編譯的概念，以及如何使用交叉編譯器將代碼編譯成目標硬件可執行的文件。 第九章：調試與測試 仿真調試： 在軟件層麵，繼續利用MATLAB/Simulink的仿真環境進行算法和邏輯的調試。 硬件在環（Hardware-in-the-Loop, HIL）仿真： 介紹HIL仿真的概念，以及如何在實際硬件上運行部分係統，與其他部分在仿真環境中交互，以提高測試效率和真實性。 嵌入式調試工具： 介紹常見的嵌入式調試工具，如JTAG/SWD調試器、邏輯分析儀、示波器等，並演示如何使用它們來定位硬件和軟件問題。 單元測試與集成測試： 講解如何為C/C++代碼編寫單元測試，以驗證單個函數的正確性；以及如何進行集成測試，驗證不同模塊間的協同工作。 性能分析： 介紹如何對嵌入式代碼進行性能分析，找齣性能瓶頸，並進行優化。 第十章：案例研究與項目實踐 本章將通過一個或多個完整的項目案例，將前麵學到的知識融會貫通。 案例一：智能電機控製係統 從MATLAB模型設計，到C/C++代碼生成，再到STM32等微控製器上的實現，詳細展示如何構建一個完整的電機控製係統。 重點關注PID控製算法的移植，PWM輸齣控製，編碼器反饋處理，以及實時性要求。 案例二：工業自動化中的傳感器數據采集與處理 演示如何利用MATLAB處理和分析傳感器數據，然後將其轉化為嵌入式C/C++代碼，實現實時數據采集、濾波和初步處理。 可能涉及ADC驅動、通信接口（如RS485或Ethernet）的使用。 其他潛在案例： 根據讀者興趣，可能還包含如無人機姿態控製、環境監測節點等。 項目經驗分享： 總結實際嵌入式項目開發過程中可能遇到的挑戰和解決方案。 第十一章：嵌入式控製係統的進階主題與未來展望 模型基設計（Model-Based Design, MBD）的深入應用： 強調MBD在整個開發生命周期中的價值。 嵌入式機器學習（Embedded Machine Learning）： 探討如何將機器學習模型部署到嵌入式設備上，實現更智能的控製。 安全與可靠性： 簡要討論嵌入式控製係統的安全加固和功能安全方麵的考慮。 代碼生成器的高級定製： 介紹如何根據特定需求定製代碼生成模闆，以生成更符閤項目規範的代碼。 未來技術趨勢： 展望嵌入式控製係統領域的新技術和新方嚮，如邊緣計算、AIoT等。 本書的特色與優勢 清晰的邏輯結構： 從理論到實踐，從MATLAB到C/C++，每一步都環環相扣。 豐富的實戰案例： 大量的代碼示例和項目實踐，幫助您學以緻用。 麵嚮MATLAB開發者： 充分考慮您的背景，將MATLAB的優勢與嵌入式開發的需求有機結閤。 注重代碼質量與性能： 強調編寫高效、可維護、可移植的C/C++代碼。 理論與工具並重： 不僅講解原理，更指導您如何使用MATLAB Coder、Embedded Coder等工具高效地完成開發。 附帶光盤內容 本書附帶的光盤（CD-ROM）中包含瞭本書配套的豐富資源，極大地增強瞭本書的學習體驗和實踐價值。這些資源經過精心篩選和整理，旨在幫助您更高效地掌握書中內容。 MATLAB/Simulink模型文件： 光盤中包含瞭本書各個章節中提及的所有MATLAB和Simulink模型文件。這意味著您可以直接打開、運行、修改這些模型，深入研究控製算法的設計過程，以及它們如何轉化為代碼。這些模型涵蓋瞭從簡單的PID控製器到更復雜的係統，為您提供瞭豐富的學習素材。 C/C++源代碼示例： 書中提及的所有C/C++代碼示例，包括自動生成的代碼片段以及手動編寫的優化代碼和驅動程序，都將完整地收錄在光盤中。您可以直接將這些代碼復製到您的開發環境中進行編譯、調試和部署。 代碼生成配置腳本： 為瞭方便您快速復現書中的代碼生成過程，光盤中可能包含瞭一些預設的MATLAB Coder或Embedded Coder配置腳本。使用這些腳本，您可以一鍵加載相應的設置，省去手動配置的繁瑣步驟，快速生成目標代碼。 測試工程與Makefile： 對於一些關鍵的案例研究，光盤中可能提供完整的測試工程文件，包括項目結構、編譯腳本（如Makefile）等。這使得您能夠直接編譯和運行完整的嵌入式應用程序，並進行測試。 相關參考資料鏈接： 光盤中可能還包含指嚮一些有用的外部資源（如MATLAB官方文檔、第三方庫、相關論文等）的鏈接，以便您進一步深入學習。 硬件平颱支持信息（可能）： 針對書中使用的特定硬件平颱（例如STM32、ESP32等），光盤中可能提供一些入門指南、開發環境配置教程或必要的庫文件。 請注意： 光盤中的資源是為瞭輔助您學習本書內容而提供的，您可以自由使用和修改其中的代碼。然而，最終的嵌入式係統開發和部署仍然需要您根據具體的硬件平颱和項目需求進行調整和優化。 結語 嵌入式控製係統是現代科技的基石，掌握其C/C++實現技術，特彆是從MATLAB環境高效過渡，將為您打開通往更廣闊技術領域的大門。本書希望成為您學習旅程中不可或缺的夥伴，為您提供清晰的指引、實用的工具和豐富的實踐經驗。無論您是希望提升現有技能，還是尋求新的技術突破，本書都將助您一臂之力，讓您在嵌入式控製係統的開發道路上行穩緻遠。

評分☆☆☆☆☆

我是一名多年經驗的嵌入式軟件工程師，雖然 C/C++ 是我的老本行，但最近我開始接觸一些需要與 MATLAB 進行深度集成的項目。以往我們通常是將 MATLAB 生成的模型轉化為 C 代碼，然後集成到我們的嵌入式係統中，但過程總是有些繁瑣，而且有時會遇到一些難以調試的兼容性問題。這本書的齣現，讓我看到瞭另一種更高效的解決方案。它提供瞭一種將 MATLAB 作為一種更高級的開發工具，直接輔助嵌入式 C/C++ 開發的思路。我特彆關注瞭書中關於如何利用 MATLAB 的強大數學運算和可視化能力，來輔助 C/C++ 代碼的設計和調試的部分。例如，書中關於如何通過 MATLAB 仿真來驗證 C/C++ 代碼的邏輯，以及如何利用 MATLAB 的信號處理工具來分析嵌入式係統采集到的數據，這些都對我非常有啓發。雖然這本書麵嚮的是使用 MATLAB 的軟件開發者，但我認為對於我這樣的嵌入式工程師，如果想提升與 MATLAB 集成項目的開發效率，這本書也同樣具有很高的參考價值。它提供瞭一種新的視角，讓我能夠更充分地利用 MATLAB 的優勢，來優化我的嵌入式軟件開發流程。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在校學生，我正在攻讀控製工程專業，平時接觸到大量的嵌入式係統課程和 MATLAB 仿真實驗。我一直覺得，理論知識和實際的 C/C++ 實現之間存在一道難以逾越的鴻溝，尤其是在將復雜的控製算法應用到嵌入式硬件上時。這本書恰好解決瞭我的痛點。它係統地介紹瞭嵌入式控製係統的基本架構和工作流程，並且通過大量的 C/C++ 代碼實例，將抽象的控製理論具象化。我特彆喜歡書中將 MATLAB 與 C/C++ 結閤的講解方式，這讓我能夠清晰地看到，如何從 MATLAB 的模型設計，一步步轉化為最終可以在嵌入式設備上運行的 C/C++ 代碼。書中關於實時操作係統、中斷處理、外設接口等方麵的講解，也為我打下瞭堅實的嵌入式基礎。光盤中的代碼示例非常完整，我可以在自己的開發闆上進行實際的編譯和運行，這對於鞏固課堂知識、提升實踐能力非常有幫助。總的來說，這本書為我提供瞭一個非常好的學習範例，讓我對嵌入式控製係統的開發有瞭更全麵、更深入的認識。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在嵌入式領域深耕多年的工程師，雖然 C/C++ 是我的核心技能，但近年來，隨著 MATLAB 在工程領域應用的不斷深入，我開始考慮如何更有效地將 MATLAB 的建模和仿真能力融入到我的嵌入式開發流程中。這本書恰恰提供瞭一個非常有吸引力的解決方案。我尤其欣賞書中關於如何利用 MATLAB 強大的可視化和數據分析能力，來輔助嵌入式係統的設計、調試和性能評估的理念。它不僅僅是關於將 MATLAB 模型轉化為 C 代碼，更是關於如何利用 MATLAB 作為一種更高級的“智能”工具，來提升整個嵌入式軟件開發的效率和質量。書中關於如何通過 MATLAB 來進行代碼驗證、故障診斷，以及如何利用 MATLAB 的工具箱來優化控製算法的實現，這些內容對我來說都非常有價值。雖然這本書麵嚮的讀者群體包含瞭 MATLAB 軟件開發者，但對於我這樣希望拓展工具鏈、提升開發水平的嵌入式工程師來說，它提供瞭一種非常實用的方法論和技術指導。

評分☆☆☆☆☆

最近我剛開始接觸嵌入式領域的項目，雖然之前有一些 C 語言基礎，但對於如何構建一個完整的嵌入式控製係統，以及如何將 MATLAB 方麵的知識應用到實際開發中，感到非常睏惑。這本書簡直是我及時雨！我特彆喜歡它將 MATLAB 的強大功能與嵌入式 C/C++ 的實際實現相結閤的講解方式。例如，書中關於如何利用 MATLAB 的 Simulink 來設計控製算法，然後通過 Coder 工具將其轉化為高效的 C/C++ 代碼，這讓我看到瞭一個清晰的開發路徑。對於我這樣從 MATLAB 轉到嵌入式開發的開發者來說，書中關於模型轉換、代碼生成和優化的章節尤為寶貴，它幫助我理解瞭其中的原理和技巧，避免瞭許多不必要的試錯。書中提供的具體實例，比如對傳感器數據的處理和對執行器的控製，都非常貼閤實際應用，讓我能夠快速理解並模仿。這本書的結構也很清晰，從理論到實踐，層層遞進，讓我能夠逐步掌握嵌入式控製係統的開發要領。

評分☆☆☆☆☆

這是一本非常有價值的書，尤其適閤我這樣的 MATLAB 軟件開發者。雖然我平時主要在 MATLAB 環境下進行模型設計和仿真，但最近工作需要開始接觸嵌入式係統，對 C/C++ 編程以及如何將其應用到實際的嵌入式控製開發中感到一些迷茫。這本書恰好填補瞭我的知識空白。它不僅深入淺齣地講解瞭嵌入式控製係統的基本原理，更重要的是，它提供瞭將 MATLAB 模型轉化為 C/C++ 代碼的實用方法。我尤其欣賞書中對 MATLAB Coder 和 Simulink Coder 的詳細介紹，這讓我看到瞭將我的現有 MATLAB 技能直接應用於嵌入式開發的可能性，大大降低瞭學習門檻。書中提供的實例也非常貼閤實際，從基礎的傳感器數據采集到復雜的電機控製，都給齣瞭清晰的代碼實現和調試思路。光盤裏的資源更是錦上添花，包含瞭豐富的示例代碼和模型，可以幫助我快速上手，避免走彎路。這本書的寫作風格也很適閤我，雖然內容深入，但講解清晰，邏輯性強，讀起來不會感到枯燥。我個人覺得，對於有 MATLAB 基礎，但想要跨入嵌入式 C/C++ 開發領域的開發者來說，這本書絕對是首選。它就像一座橋梁，將我熟悉的 MATLAB 世界和陌生的嵌入式領域緊密連接起來，讓我對未來的開發工作充滿瞭信心。