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青岛东合信息技术有限公司 著，青岛东合信息技术有限公司 译

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• RFID
• 射频识别
• 开发技术
• 实践
• 嵌入式系统
• 物联网
• 无线通信
• 电子标签
• 应用开发
• 技术指南

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560633084

版次：1

商品编码：11422928

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

页数：208

内容简介

本书以射频识别(RFID)为基础，AVR单片机ATmega16A为控制器，“RFID开发套件”为硬件开发平台，IAR-EW为软件开发环境，讲解了RFID技术原理、RFID协议体系、AVR开发基础、各频段RFID的特点和阅读器设计方法，旨在让读者更清楚地了解RFID系统架构原理及RFID阅读器的设计和应用方法。
　　本书分为两篇：理论篇和实践篇。理论篇共6章，分别讲解了射频识别技术、RFID协议体系、RFID阅读器开发基础、低频RFID阅读器设计、高频RFID阅读器设计和超高频RFID阅读器应用。其中，第1章、第2章讲解RFID技术原理和协议体系；第3章讲解阅读器组成和AVR单片机开发基础；第4章～第6章讲解低频、高频和超高频RFID的不同特点以及阅读器的设计与应用方法。实践篇共5章，分别对应相应的理论篇，可与配套的实验设备相结合完成实践教学，利用“RFID开发套件”基于IAR-EW开发平台的搭建以及各频段RFID的应用编程，结合“超高频RFID阅读器”完成超高频RFID阅读器二次开发的相关实验。
　　本书偏重RFID的应用，采用理论与实践相结合的方法，将RFID技术运用于实践中，更深层地剖析了RFID技术与各种相关技术的关系，为物联网的学习奠定了基础。本书适用面广，可作为本科物联网工程、通信工程、电子信息工程、自动化、计算机科学与技术和计算机网络等专业的教材。

目录

理 论 篇
第1章 射频识别技术 2
　1.1 射频识别技术简介 2
　　1.1.1 射频识别技术的发展历史 3
　　1.1.2 射频识别技术的特征 3
　1.2 RFID技术原理 4
　　1.2.1 RFID系统组成 4
　　1.2.2 射频识别基本原理 7
　　1.2.3 RFID编码与调制 10
　　1.2.4 数据校验与防碰撞 13
　1.3 RFID标准 15
　　1.3.1 RFID标准概述 15
　　1.3.2 ISO/IEC 10536标准 16
　　1.3.3 ISO/IEC 14443标准 16
　　1.3.4 ISO/IEC 15693标准 16
　　1.3.5 ISO/IEC 18000标准 16
　1.4 RFID与物联网 17
　　1.4.1 EPC系统 17
　　1.4.2 EPC与物联网 18
　习题 19
第2章 RFID协议体系 20
　2.1 ISO/IEC 14443标准 21
　　2.1.1 ISO/IEC 14443-1 21
　　2.1.2 ISO/IEC 14443-2 21
　　2.1.3 ISO/IEC 14443-3 22
　　2.1.4 ISO/IEC 14443-4 26
　2.2 ISO/IEC 18000-6标准 29
　　2.2.1 EPC C1 G2标准 30
　　2.2.2 存储器结构 31
　　2.2.3 命令集 33
　习题 33
第3章 RFID阅读器开发基础 35
　3.1 阅读器电路组成 36
　　3.1.1 MCU及外围电路 36
　　3.1.2 收发通道 36
　　3.1.3 天线 37
　3.2 AVR单片机概述 37
　　3.2.1 AVR主要功能特性 37
　　3.2.2 ATmega16A 38
　3.3 AVR时钟与熔丝位 40
　　3.3.1 AVR系统时钟 40
　　3.3.2 AVR熔丝位 41
　3.4 AVR通用I/O口 42
　　3.4.1 通用I/O口结构 43
　　3.4.2 通用I/O寄存器 43
　　3.4.3 通用I/O程序设计 44
　　3.4.4 I/O端口第二功能 46
　3.5 AVR中断 47
　　3.5.1 中断向量 47
　　3.5.2 中断控制 48
　　3.5.3 外部中断 49
　　3.5.4 中断程序设计 51
　3.6 AVR定时器 53
　　3.6.1 定时器概述 53
　　3.6.2 定时器工作模式 55
　　3.6.3 定时器寄存器 56
　　3.6.4 定时器程序设计 59
　3.7 AVR USART 61
　　3.7.1 USART结构 61
　　3.7.2 USART寄存器 62
　　3.7.3 USART程序设计 66
　3.8 AVR SPI 69
　　3.8.1 SPI结构 70
　　3.8.2 SPI工作模式 71
　　3.8.3 SPI寄存器 71
　　3.8.4 SPI配置 73
　习题 74
第4章 低频RFID阅读器设计 75
　4.1 低频ID卡 75
　　4.1.1 常见低频ID卡 76
　　4.1.2 EM4100 76
　　4.1.3 EM4100解码 76
　4.2 EM4095 77
　　4.2.1 功能概述 77
　　4.2.2 原理图 78
　　4.2.3 与MCU接口 80
　4.3 低频RFID阅读器程序设计 81
　　4.3.1 初始化程序 82
　　4.3.2 驱动程序 83
　　4.3.3 主程序 85
　习题 87
第5章 高频RFID阅读器设计 88
　5.1 Mifare卡 89
　　5.1.1 Mifare卡的特点 89
　　5.1.2 Mifare1 S50卡 89
　　5.1.3 Mifare1卡存储器组织 91
　　5.1.4 Mifare卡读写 94
　5.2 MF RC522 96
　　5.2.1 概述 96
　　5.2.2 原理图 97
　　5.2.3 与MCU接口 98
　5.3 RC522基本操作 101
　　5.3.1 RC522寄存器 101
　　5.3.2 FIFO缓冲区操作 103
　　5.3.3 RC522命令 104
　　5.3.4 RC522基本指令 106
　5.4 高频RFID阅读器程序设计 107
　　5.4.1 初始化程序 107
　　5.4.2 驱动程序 110
　　5.4.3 主程序 124
　　5.4.4 中断服务函数 126
　习题 127
第6章 超高频RFID阅读器应用 128
　6.1 超高频RFID 129
　　6.1.1 超高频RFID特点 129
　　6.1.2 超高频RFID频率 129
　6.2 超高频RFID协议标准 130
　　6.2.1 概述 130
　　6.2.2 ISO/IEC 18000-6标准 131
　　6.2.3 EPC C1 G2协议 132
　　6.2.4 EPC C1 G2技术特点 133
　6.3 超高频RFID现状 134
　6.4 超高频RFID阅读器 135
　　6.4.1 阅读器参数 135
　　6.4.2 上位机配置 136
　6.5 RFID阅读器二次开发 139
　　6.5.1 二次开发意义 139
　　6.5.2 二次开发构架 139
　　6.5.3 二次开发过程 140
　　6.5.4 阅读器通信测试 141
　习题 144
实 践 篇
实践1 RFID协议体系 146
　实践指导 146
　　实践1.G.1 146
　　实践1.G.2 147
　　实践1.G.3 149
实践2 RFID阅读器开发基础 150
　实践指导 150
　　实践2.G.1 150
　　实践2.G.2 153
　　实践2.G.3 154
　　实践2.G.4 157
实践3 低频RFID阅读器设计 160
　实践指导 160
　　实践3.G.1 160
　　实践3.G.2 163
实践4 高频RFID阅读器设计 169
　实践指导 169
　　实践4.G.1 169
实践5 超高频RFID阅读器应用 187
　实践指导 187
　　实践5.G.1 187
　　实践5.G.2 188
　　实践5.G.3 190
　　实践5.G.4 197

前言/序言

随着物联网产业的迅猛发展，企业对物联网工程应用型人才的需求越来越大。“全面贴近企业需求，无缝打造专业实用人才”是目前高校物联网专业教育的革新方向。
　　本系列教材是面向高等院校物联网专业方向的标准化教材，教材内容注重理论且突出实践，强调理论讲解和实践应用的结合，覆盖了物联网的感知识别、网络通信及应用支撑等物联网架构所包含的关键技术。教材研发充分结合物联网企业的用人需求，经过了广泛的调研和论证，并参照多所高校一线专家的意见，具有系统性、实用性等特点，旨在使读者在系统掌握物联网开发知识的同时，具备综合应用能力和解决问题的能力。
　　该系列教材具有如下几个特色。
　　1. 以培养应用型人才为目标
　　本系列教材以应用型物联网人才为培养目标，在原有体制教育的基础上对课程进行深层次改革，强化“应用型技术”动手能力，使读者在经过系统、完整的学习后能够达到如下要求：
　　* 掌握物联网相关开发所需的理论和技术体系以及开发过程规范体系；
　　* 能够熟练地进行设计和开发工作，并具备良好的自学能力；
　　* 具备一定的项目经验，包括嵌入式系统设计、程序编写、文档编写、软硬件测试等内容；
　　* 达到物联网企业的用人标准，实现学校学习与企业工作的无缝对接。
　　2. 以新颖的教材架构来引导学习
　　本系列教材分为四个层次：知识普及、基础理论、应用开发、综合拓展，这四个层面的知识讲解和能力训练分布于系列教材之间，同时又体现在单本教材之中。具体内容在组织上划分为理论篇和实践篇：理论篇涵盖知识普及、基础理论和应用开发；实践篇包括企业应用案例和综合知识拓展等。
　　* 理论篇：最小学习集。学习内容的选取遵循“二八原则”，即重点内容占企业中常用技术的20%，以“任务驱动”方式引导80%的知识点的学习，以章节为单位进行组织，章节的结构如下：
　　* 本章目标：明确本章的学习重点和难点；
　　* 学习导航：以流程图的形式指明本章在整本教材中的位置和学习顺序；
　　* 任务描述：以“案例教学”驱动本章教学的任务，所选任务典型、实用；
　　* 章节内容：通过小节迭代组成本章的学习内容，以任务描述贯穿始终。
　　* 实践篇：以任务驱动，多点连成一线。以接近工程实践的应用案例贯穿始终，力求使学生在动手实践的过程中，加深对课程内容的理解，培养学生独立分析和解决问题的能力，并配备相关知识的拓展讲解和拓展练习，拓宽学生的知识面。
　　本系列教材借鉴了软件开发中“低耦合、高内聚”的设计理念，组织架构上遵循软件开发中的MVC理念，即在保证最小教学集的前提下可根据自身的实际情况对整个课程体系进行横向或纵向裁剪。
　　3. 以完备的教辅体系和教学服务来保证教学
　　为充分体现“实境耦合”的教学模式，方便教学实施，保障教学质量和学习效果，本系列教材均配备可配套使用的实验设备和全套教辅产品，可供各院校选购：
　　* 实验设备：与培养模式、教材体系紧密结合。实验设备提供全套的电路原理图、实验例程源程序等。
　　* 立体配套：为适应教学模式和教学方法的改革，本系列教材提供完备的教辅产品，包括教学指导、实验指导、视频资料、电子课件、习题集、题库资源、项目案例等内容，并配以相应的网络教学资源。
　　* 教学服务：教学实施方面，提供全方位的解决方案(在线课堂解决方案、专业建设解决方案、实训体系解决方案、教师培训解决方案和就业指导解决方案等)，以适应物联网专业教学的特殊性。
　　本系列教材由青岛东合信息技术有限公司编写，参与本书编写工作的有韩敬海、孙锡亮、李瑞改、李红霞、张玉星、刘晓红、卢玉强、袁文明等。参与本书编写工作的还有青岛农业大学、潍坊学院、曲阜师范大学、济宁学院、济宁医学院等高校的教师。本系列教材在编写期间还得到了各合作院校专家及一线教师的大力支持和协作。在本系列教材出版之际要特别感谢给予我们开发团队大力支持和帮助的领导及同事，感谢合作院校的师生给予我们的支持和鼓励，更要感谢开发团队每一位成员所付出的艰辛劳动。
　　由于水平有限，书中难免有不当之处，读者在阅读过程中如有发现，请通过公司网站(http://www.dong-he.cn)或我公司教材服务邮箱(dh_iTeacher@126.com)联系我们。
　　
　　　　　　　　　　 高校物联网专业项目组
　　　　　　　　　　2013年11月

《嵌入式系统硬件设计与开发实战》 内容简介： 本书深入浅出地剖析了嵌入式系统硬件设计与开发的各个关键环节，旨在为读者构建扎实的理论基础和丰富的实践经验。从基础的微控制器选型、电路原理图设计，到复杂的PCB布局布线、电源管理，再到嵌入式系统的测试与调试，本书提供了详尽的指导和大量的案例分析，让读者能够清晰地理解嵌入式系统硬件设计的逻辑和流程。 第一篇 嵌入式系统硬件基础 本篇为读者打下坚实的嵌入式系统硬件设计基础，涵盖了核心概念、元器件选择以及电路设计的基础知识。 第一章 嵌入式系统概述与硬件设计流程 1.1 什么是嵌入式系统？ 详细阐述嵌入式系统的定义、特点（如专用性、实时性、低功耗、集成度高等）及其在现代科技中的广泛应用场景（如消费电子、汽车电子、工业控制、医疗设备、物联网等），通过生动的实例介绍嵌入式系统如何融入我们的生活。 1.2 嵌入式系统硬件设计的主要组成部分 深入剖析嵌入式系统的硬件架构，包括微控制器（MCU）或微处理器（MPU）作为核心，存储器（RAM、ROM、Flash）、外围接口（GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC等）、电源管理单元、时钟电路、复位电路以及各类传感器和执行器的连接。 1.3 嵌入式系统硬件设计的通用流程 系统地梳理从需求分析、方案设计、原理图绘制、PCB设计、器件选型、外包生产、焊接组装、软硬件联调到最终测试与量产的完整硬件设计生命周期。强调各阶段之间的逻辑关系和关键决策点。 1.4 硬件设计中的常见挑战与应对策略 探讨在实际硬件设计过程中可能遇到的问题，如成本控制、功耗优化、信号完整性、电磁兼容性（EMC）、可靠性、可维护性等，并提供相应的解决方案和设计原则。 第二章 微控制器（MCU）选型与核心电路设计 2.1 MCU选型指南 详细讲解如何根据项目需求选择合适的MCU，考虑因素包括：处理器架构（ARM Cortex-M/A, RISC-V等）、主频、存储器容量（Flash、RAM）、外设接口丰富度、功耗特性、工作电压、封装形式、生产成本、供应商支持及生态系统。 深入对比不同主流MCU厂商（如STMicroelectronics, NXP, Microchip, Renesas, Espressif等）的产品线和特点，并通过实际案例说明选型的权衡。 2.2 MCU核心最小系统 介绍MCU正常工作所需的最低限度电路，包括： 电源电路： 稳压器（LDO, DC-DC）、滤波电容、去耦电容的设计原则，确保MCU供电的稳定性和纯净度。 时钟电路： 外部晶振/谐振器选型与匹配电容的计算，内部RC振荡器的使用场景，以及时钟源的配置。 复位电路： 上电复位（POR）、外部中断复位、看门狗复位等的设计，保证系统在异常情况下能够安全重启。 调试接口： JTAG/SWD接口的连接方式与调试器选择，为后续的固件开发和调试奠定基础。 2.3 常用外设接口硬件设计 GPIO： 通用输入输出端口的配置（输入/输出、上拉/下拉、开漏/推挽）、电气特性及驱动能力考量。 UART/USART： 串行通信接口的硬件连接，包括TX/RX线、电平转换（TTL, RS232, RS485）及信号隔离。 SPI/I2C： 同步/异步串行通信接口的硬件布线要求、总线仲裁、多主/多从机的连接模式。 ADC/DAC： 模数/数模转换器的硬件配置，包括采样率、分辨率、参考电压、输入/输出电路设计，以及抗干扰措施。 PWM： 脉冲宽度调制输出的硬件实现，用于电机控制、LED亮度调节等。 第三章 电源管理与低功耗设计 3.1 嵌入式系统电源需求分析 分析不同模块（MCU、传感器、通信模块、执行器等）的工作电压、电流消耗特性，以及静态功耗和动态功耗的差异，为电源方案的设计提供依据。 3.2 线性稳压器（LDO）与开关电源（DC-DC） 深入讲解LDO和DC-DC转换器的原理、优缺点、效率、纹波、压差等关键参数。 重点介绍如何根据负载需求、输入电压范围、效率要求和成本预算选择合适的稳压器。 详细阐述LDO的旁路电容、输出滤波电容的选择与放置，以及DC-DC的电感、电容、肖特基二极管（或MOSFET）的选型与布局技巧。 3.3 低功耗模式与功耗优化策略 介绍MCU提供的各种低功耗模式（如Sleep, Deep Sleep, Standby等）及其唤醒机制。 探讨硬件层面的低功耗设计方法，包括： 时钟门控： 只驱动必要的外设时钟。 电源门控： 在不需要时关闭某些模块的电源。 选用低功耗元器件： 如低漏电流的MOSFET、低静态电流的LDO。 优化外设使用： 合理安排传感器采样频率、通信周期等。 动态电压与频率调整（DVFS）： 根据系统负载动态调整供电电压和工作频率。 3.4 电池供电系统设计 针对使用电池供电的嵌入式设备，详细讲解电池选型（锂离子、镍氢、碱性等）、充电管理电路设计（如TP4056等充电IC）、电量监测（如BQ27441等电量计IC）以及功耗优化对电池续航能力的影响。 第二篇 嵌入式系统PCB设计与制造 本篇将引导读者掌握PCB（Printed Circuit Board）设计的高级技巧，确保硬件信号的稳定性和系统的可靠性。 第四章 PCB设计基础与规范 4.1 PCB基本概念与层叠结构 介绍PCB的构成（铜箔、绝缘基板、阻焊层、丝印层等），以及单层板、双层板、多层板的结构特点和应用场景。 深入讲解多层板的信号层、电源层、地线层的划分原则，以及内层和外层的区别。 4.2 PCB设计软件介绍与使用 详细介绍主流的PCB设计软件，如Altium Designer, Eagle, KiCad等，涵盖软件的安装、基本界面、原理图编辑、PCB布局、布线、DRC（Design Rule Check）等核心功能。 通过实例演示如何进行元器件库的建立与管理、原理图符号的创建、PCB封装的定义。 4.3 PCB设计规则（DRC）与设计约束 系统阐述PCB设计中必须遵守的规则，包括： 最小线宽/线距： 根据电流、信号速度和制造工艺设定。 过孔（Via）设计： 过孔的大小、形状、类型（盲孔、埋孔、通孔）及其在信号完整性和EMI中的作用。 焊盘（Pad）设计： 焊盘的大小、形状、钻孔大小，以及对焊接性和可靠性的影响。 元件间距： 保证焊接、维修和散热的空间。 强调DRC检查的重要性，以及如何有效地利用软件进行规则检查并修复错误。 第五章 PCB布局与布线技巧 5.1 关键元器件的布局原则 MCU/MPU布局： 考虑晶振、复位、调试接口的就近原则，以及信号线的长度和回流路径。 电源模块布局： 将电源输入、稳压器、滤波电容、DC-DC模块集中放置，并考虑散热。 高频/高速信号布局： 将高速接口（如USB, Ethernet, DDR）靠近MCU，并为其提供良好的信号完整性环境。 传感器/ADC/DAC布局： 远离干扰源，并考虑模拟地和数字地的隔离。 连接器布局： 方便外部连接，并考虑用户操作和应力释放。 5.2 信号完整性（SI）设计 阻抗匹配： 详细讲解传输线理论，如何计算和匹配差分信号、单端信号的阻抗，以减少反射。 回流路径（Return Path）： 强调信号完整性中回流路径的重要性，以及如何提供连续、完整的电流回流路径，避免信号耦合和串扰。 串扰（Crosstalk）： 分析相邻信号线之间的耦合机制，以及通过增加间距、改变布线方向、使用地线屏蔽等方法来减小串扰。 信号衰减： 讨论PCB材质、线宽、线长对信号衰减的影响，以及如何选择合适的PCB板材（如FR-4, Rogers等）。 5.3 电源完整性（PI）设计 去耦电容（Decoupling Capacitors）： 讲解不同容值、不同安装位置的去耦电容的作用，以及如何有效抑制电源噪声。 电源分配网络（PDN）： 分析电源层、地线层、以及电源线和地线的作用，如何设计低阻抗的PDN，确保各器件都能获得稳定、纯净的电源。 纹波抑制： 通过滤波电路和合理的布局来减少电源纹波。 5.4 电磁兼容性（EMC）设计 辐射源识别与抑制： 讲解哪些电路和元器件容易产生电磁辐射（如开关电源、高速信号线、时钟信号），以及如何通过接地、滤波、屏蔽等技术进行抑制。 敏感源防护： 讲解如何保护电路免受外部电磁干扰（EMI），包括使用滤波器、瞬态电压抑制器（TVS）、屏蔽罩等。 PCB板级EMC设计： 强调良好的接地设计（单点接地、星型接地、混合接地）、差分布线、以及电源/地线层的完整性对EMC的重要性。 共模扼流圈（Common-Mode Choke）与滤波电容的应用。 第六章 PCB制造与工艺 6.1 PCB制造流程概述 介绍PCB从设计文件到成品板的完整制造过程，包括：底材准备、线路制作（曝光、显影、蚀刻）、钻孔、电镀（沉铜、电铜）、阻焊层印刷、字符印刷、表面处理（OSP, ENIG, HASL等）、成型（锣板、V-cut）。 6.2 PCB后焊工艺与质量控制 焊接方式： 回流焊、波峰焊、手工焊、选择性波峰焊。 焊膏印刷： 锡膏印刷机的原理、模板（Stencil）设计与选择。 元器件贴装： SMT（Surface Mount Technology）贴片机的工作原理。 返修与重工： 常见焊接缺陷（虚焊、漏焊、桥接、氧化等）的分析与处理。 6.3 PCB可制造性设计（DFM） 讲解如何根据PCB制造厂的能力和工艺要求进行设计，以降低制造成本和提高良品率。例如：线宽/线距的最优化、过孔尺寸的合理选择、避免过于密集的焊盘、考虑生产设备的限制等。 6.4 PCB可测试性设计（DFT） 在PCB设计中预留测试点（Test Point），方便后续的功能测试、ICT（In-Circuit Test）和AOI（Automated Optical Inspection）等。 第三篇 嵌入式系统硬件测试与调试 本篇聚焦于嵌入式系统硬件的实际测试与调试方法，确保硬件设计的正确性和稳定性。 第七章 嵌入式系统硬件测试方法 7.1 硬件测试前的准备工作 测试计划制定： 明确测试目标、测试项目、测试方法、测试工具、测试标准和测试报告。 测试环境搭建： 准备好电源、示波器、万用表、逻辑分析仪、信号发生器、编程器、烧录器、仿真器等测试设备。 测试用例设计： 针对每个功能模块设计详细的测试用例，覆盖正常、异常和边界情况。 7.2 基本电气参数测试 供电电压与电流测试： 使用万用表和示波器测量关键点的电压，记录系统在不同工作模式下的电流消耗。 时钟信号测试： 使用示波器检查时钟频率、占空比、上升/下降时间，确保时钟源的稳定性。 复位信号测试： 观察复位信号的波形，验证上电复位和外部复位的时序。 7.3 接口与通信测试 GPIO测试： 输入/输出测试，验证上拉/下拉、开漏/推挽模式的正确性。 UART/SPI/I2C通信测试： 使用逻辑分析仪或示波器捕获和分析通信协议，验证数据传输的正确性、波特率、时序等。 ADC/DAC测试： 输入已知模拟信号，读取ADC转换值，验证线性度和精度；输出已知数字值，测量DAC输出电压，验证准确性。 PWM输出测试： 测量PWM信号的占空比、周期，验证其控制精度。 7.4 信号完整性与时序分析 眼图（Eye Diagram）测试： 评估高速数字信号的质量，分析信号的噪声、抖动、失真。 抖动（Jitter）分析： 测量信号的周期抖动（TJ）和随机抖动（RJ），评估信号的稳定性。 时序裕量（Timing Margin）分析： 结合固件，分析Setup Time和Hold Time是否满足要求。 7.5 电源完整性测试 电源噪声测量： 使用高带宽示波器测量关键电源轨上的噪声和纹波。 瞬态响应测试： 模拟负载突然变化，观察电源电压的跌落和恢复情况。 7.6 EMC/EMI初步测试 辐射骚扰测试： 使用近场探头或频谱分析仪初步检测PCB的电磁辐射情况。 传导骚扰测试： 检查电源线和信号线上的传导噪声。 抗扰度测试： 如静电放电（ESD）测试、电快速瞬变脉冲（EFT）测试。 第八章 硬件调试技术与工具 8.1 硬件调试基本原则 由简到繁： 先测试核心功能，再测试外围模块。 隔离故障： 逐步排除可能的原因，缩小故障范围。 量化测量： 使用测量工具获取客观数据，避免主观判断。 记录与分析： 详细记录测试和调试过程中的现象、数据和结论。 8.2 调试工具的使用 万用表（Multimeter）： 电压、电流、电阻、二极管测试。 示波器（Oscilloscope）： 波形观察、电压测量、时序分析、触发功能。 逻辑分析仪（Logic Analyzer）： 多通道数字信号捕获、协议解码、时序分析。 信号发生器（Signal Generator）： 提供标准测试信号。 编程器/烧录器（Programmer/Burner）： 为MCU烧写固件。 仿真器（Emulator/Debugger）： （如J-Link, ST-Link, ICD等）与IDE配合，进行代码调试、断点设置、变量查看、内存读写。 8.3 常见硬件故障分析与排查 元器件损坏： 虚焊、短路、过压、过流、静电损伤等。 电路连接错误： 线路上错误、接插件接触不良、器件方向错误。 信号完整性问题： 阻抗不匹配、回流路径不良、串扰过大导致通信错误或数据不稳定。 电源问题： 电压不稳定、纹波过大、供电不足导致系统工作异常甚至宕机。 EMC问题： 外部干扰导致系统误动作或不稳定。 时钟问题： 时钟频率不准、不稳定导致MCU工作异常。 复位问题： 系统无法正常上电复位或复位不彻底。 8.4 软硬件协同调试 通过固件验证硬件： 编写简单的测试程序来驱动和验证硬件模块的功能。 利用调试器分析问题： 在固件执行过程中，通过调试器观察硬件寄存器的状态、内存数据，以及CPU执行流程。 硬件故障定位： 当硬件出现问题时，如何结合代码逻辑，通过逐步注释代码、设置断点来定位是软件原因还是硬件原因。 第四篇 嵌入式系统硬件进阶应用 本篇将探讨一些更复杂的硬件设计主题，为读者在实际项目中提供更深入的指导。 第九章 嵌入式系统中的接口扩展与通信协议 9.1 USB接口设计与应用 USB协议概述（USB 2.0, USB 3.0），不同类型接口（Device, Host, OTG）的硬件设计要点。 USB连接器的选型与布线要求，差分信号的阻抗匹配与保护。 USB通信的硬件实现，如DP/DM信号的处理，上拉/下拉电阻的设置。 9.2 以太网接口硬件设计 以太网物理层（PHY）芯片选型与接口连接，包括MII/RMII/GMII等接口。 Ethernet连接器的硬件要求，如共模扼流圈、滤波电容的应用。 信号完整性在高速以太网接口设计中的重要性。 9.3 CAN总线接口设计 CAN协议简介及其在汽车电子、工业自动化中的应用。 CAN收发器（Transceiver）的选型与连接，差分信号的驱动与接收。 CAN总线的终端匹配电阻设计，以及总线拓扑结构。 9.4 SPI/I2C接口的扩展与设计 在MCU资源不足时，如何通过扩展芯片（如I/O扩展器，SPI/I2C扩展芯片）来增加接口数量。 多设备、多主控器的SPI/I2C总线设计，以及总线仲裁和地址冲突的处理。 9.5 其他常用通信接口 SD/MMC卡接口、NOR/NAND Flash接口、LCD/Camera接口等硬件设计要点。 第十章 嵌入式系统中的传感器集成与驱动 10.1 常见传感器类型与接口 温度传感器： NTC/PTC热敏电阻、数字温度传感器（如DS18B20, TMP102）。 湿度传感器： 电容式、电阻式湿度传感器。 加速度计/陀螺仪/IMU： MEMS传感器，通过I2C/SPI接口通信。 光敏传感器： 光敏电阻、光电二极管。 压力传感器： 压力变送器，输出模拟信号或数字信号。 位置传感器： 霍尔传感器、磁阻传感器。 10.2 传感器信号调理电路设计 放大电路： Op-amp（运算放大器）在传感器信号放大中的应用。 滤波电路： RC滤波器、有源滤波器用于抑制传感器信号的噪声。 电平转换： 确保传感器输出信号与MCU的输入电压匹配。 隔离电路： 在高压或强干扰环境下，使用光耦或隔离器对传感器信号进行隔离。 10.3 传感器数据采集与处理 ADC采样： 配置MCU的ADC模块，实现对模拟传感器的周期性采样。 数字接口通信： 通过I2C/SPI接口读取数字传感器的测量值。 数据校准与补偿： 针对传感器存在的固有误差，进行软件校准和温度补偿。 传感器融合（Sensor Fusion）： 结合多个传感器的数据，提高测量精度和鲁棒性（例如IMU数据融合）。 第十一章 嵌入式系统中的电机驱动与控制 11.1 直流电机（DC Motor）驱动 H桥电路： 使用MOSFET或L298N等电机驱动IC实现直流电机的正反转和PWM调速。 驱动电流与散热： 根据电机电流选择合适的驱动芯片和散热方案。 11.2 步进电机（Stepper Motor）驱动 步进电机类型： 永磁同步电机（PM）、可变磁阻电机（VR）、混合式步进电机（Hybrid）。 驱动方式： 全步、半步、微步驱动。 步进电机驱动器IC： 如A4988, DRV8825等，及其与MCU的接口。 线圈驱动与时序控制： 确保步进电机按预定顺序旋转。 11.3 无刷直流电机（BLDC Motor）驱动 BLDC电机原理： 三相电机，需要电子换向。 无刷电机驱动器： 使用专用BLDC驱动IC，如DRV10983, MC33063等。 霍尔传感器与无霍尔传感器驱动： 基于霍尔传感器的换向和基于反电动势（BEMF）的无传感器换向。 PWM控制： 实现BLDC电机的速度控制。 11.4 ESC（Electronic Speed Controller）简介 ESC在遥控模型、无人机等领域的应用，其基本工作原理。 第十二章 嵌入式系统硬件安全设计考虑 12.1 硬件安全威胁分析 物理攻击： 探测、篡改、侧信道攻击（功耗分析、电磁泄露）。 软件攻击： 越狱、漏洞利用、恶意代码注入。 供应链攻击： 假冒元器件、篡改固件。 12.2 安全元器件与技术 安全芯片（Secure Element, SE）： 专用的硬件安全模块，提供加密、认证、密钥管理等功能。 信任根（Root of Trust）： 在硬件启动过程中建立安全信任链。 加密加速器： 硬件加速AES, RSA, ECC等加密算法。 随机数生成器（RNG/TRNG）： 产生高质量的随机数用于加密。 安全启动（Secure Boot）： 验证固件的完整性和来源，防止恶意代码启动。 固件加密与签名： 保护固件不被非法读取和篡改。 12.3 物理安全措施 防篡改设计： 封装、加固、传感检测。 信息隐藏： 隐藏敏感信息，避免侧信道攻击。 12.4 访问控制与权限管理 硬件安全模块（HSM）： 提供硬件级别的访问控制。 权限分离： 将敏感操作隔离在安全区域执行。 全书特点： 理论与实践紧密结合： 在讲解理论知识的同时，提供了大量的实际电路设计案例、PCB布局图、测试调试报告，帮助读者将理论知识转化为实际操作能力。 流程化讲解： 按照硬件设计从概念到实现的完整流程进行组织，使得读者能够清晰地理解整个开发过程。 聚焦核心技术： 深入剖析了嵌入式系统硬件设计中至关重要的电源管理、信号完整性、EMC等关键技术。 丰富的工具介绍： 详细介绍了常用的硬件设计、仿真、测试和调试工具，并指导读者如何有效使用。 案例驱动： 通过多个真实项目案例，展示了如何将所学技术应用于解决实际问题，增强读者的实战能力。 面向读者广泛： 适合电子工程、自动化、计算机科学等相关专业的学生，以及从事嵌入式系统硬件开发、产品设计的工程师。 本书的出版，旨在为嵌入式系统硬件开发领域培养更多具备扎实理论基础和丰富实践经验的专业人才，推动相关产业的技术进步。

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毕业设计要用RFID。。买了参考学习一下！满意

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还非要十个字，那只能说好薄啊

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挺好的一本书，业余学习一下。