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嵌入式系統控制與應用(普通高等教育教材)

  • 作者：編者:郭磊//宋原|責編:張海麗
  • 出版社：化學工業
  • ISBN：9787122500960
  • 出版日期：2026/05/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：212
人民幣：RMB 49 元      售價：元
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內容大鋼
    本書對嵌入式系統控制技術的核心理論及工程實踐進行了系統介紹。全書以嵌入式系統開發流程作為主線，內容包括嵌入式系統的開發基礎，如Shell編程、C程序設計與構建系統；控制系統核心演算法，如定點運算、數字濾波器、LQR與卡爾曼濾波等；同時闡述了基於FreeRTOS的實時系統設計以及基於樹莓派的硬體平台實踐，最終拓展至基於快速傅里葉變換（FFT）的嵌入式信號處理實現與部署。
    本書強調理論與實踐深度融合，適用於高等學校自動化、電子信息工程、物聯網工程、電腦科學與技術等專業的嵌入式系統設計、嵌入式控制系統和嵌入式軟體開發等多門課程。本書既可作為高年級本科生和研究生課程的教材或教學參考書，也可為從事嵌入式系統與控制領域研發的工程技術人員提供實踐指導與參考。
作者介紹
編者:郭磊//宋原|責編:張海麗
目錄
第1章  嵌入式系統概述
  1.1  嵌入式系統的發展歷史
  1.2  嵌入式系統的定義和特點
  1.3  常用的嵌入式處理器
  1.4  嵌入式系統的交叉編譯開發環境
  1.5  嵌入式系統的開發流程
  1.6  本書的內容安排
第2章  嵌入式系統的開發基礎
  2.1  Shell環境編程
    2.1.1  什麼是Shell
    2.1.2  用戶管理
    2.1.3  許可權管理
    2.1.4  目錄管理
    2.1.5  文件管理
    2.1.6  Shell變數
    2.1.7  條件表達式或條件測試
    2.1.8  流程式控制制
    2.1.9  函數
  2.2  嵌入式系統的C程序設計
    2.2.1  GCC編譯器編譯源代碼的四個階段
    2.2.2  GCC編譯器的常用選項
  2.3  嵌入式系統的構建系統
    2.3.1  命令行構建系統
    2.3.2  Makefile工程管理的核心原理與實現機制
    2.3.3  Autotools工程管理的核心原理與實現機制
    2.3.4  CMake工程管理的核心原理與實現機制
    2.3.5  實驗：基於CMake進行工程管理的原理和實現方法
    2.3.6  實驗：基於CMake和交叉編譯的嵌入式程序開發
第3章  嵌入式控制系統基礎
  3.1  定點運算、浮點運算及其量化效應
    3.1.1  定點運算
    3.1.2  浮點運算
    3.1.3  量化效應
    3.1.4  實驗：定點運算和浮點運算的PID演算法
  3.2  數字濾波器
    3.2.1  IIR濾波器
    3.2.2  FIR濾波器
    3.2.3  最小均方濾波器
  3.3  嵌入式系統中被控對象模型的線性化
    3.3.1  近似線性化方法
    3.3.2  反饋線性化
  3.4  嵌入式系統中被控對象模型的離散化方法
    3.4.1  採樣頻率
    3.4.2  離散化方法
  3.5  LQR控制器設計
    3.5.1  連續時間系統的控制器設計
    3.5.2  離散時間系統的控制器設計
  3.6  卡爾曼濾波器的原理和設計方法
    3.6.1  設計的目的和動機
    3.6.2  系統建模

    3.6.3  卡爾曼濾波演算法
    3.6.4  推導細節
    3.6.5  貝葉斯估計視角
    3.6.6  卡爾曼濾波器小結
  3.7  LQR控制器與卡爾曼濾波器的關係
    3.7.1  LQR控制器與卡爾曼濾波器的數學對偶性
    3.7.2  LQG控制器設計原理與實現方法
  3.8  倒立擺系統
    3.8.1  倒立擺系統的數學模型
    3.8.2  倒立擺系統的控制器設計
    3.8.3  倒立擺的離散LQR控制與卡爾曼濾波器設計
    3.8.4  使用Eigen3設計倒立擺系統的LQR控制器
第4章  基於FreeRTOS的嵌入式控制系統實踐
  4.1  FreeRTOS基礎知識
  4.2  FreeRTOS的核心功能
    4.2.1  任務管理
    4.2.2  調度器
    4.2.3  內存管理
    4.2.4  通信與同步機制
  4.3  FreeRTOS源代碼結構與核心文件解析
    4.3.1  FreeRTOS源代碼包結構概述
    4.3.2  FreeRTOS核心文件解析
    4.3.3  FreeRTOS核心頭文件與系統配置
  4.4  基於CMake的FreeRTOS源碼工程管理
    4.4.1  工程目錄結構解析
    4.4.2  CMake工程結構
    4.4.3  工程實現：CMakeLists.txt解析、主程序編寫與系統構建
  4.5  實驗：基於CMake搭建FreeRTOS模擬器環境
  4.6  實驗：搭建FreeRTOS嵌入式開發環境
    4.6.1  實驗目的
    4.6.2  實驗步驟
  4.7  實驗：FreeRTOS棧溢出檢測與鉤子函數應用
    4.7.1  鉤子函數機制
    4.7.2  實驗目的和原理
    4.7.3  實驗步驟
  4.8  實驗：基於FreeRTOS的卡爾曼濾波器設計
    4.8.1  實驗目標和模型簡介
    4.8.2  卡爾曼濾波演算法程序設計
    4.8.3  基於FreeRTOS的工程實現
第5章  基於樹莓派的嵌入式控制系統實踐
  5.1  樹莓派開發系統簡介
    5.1.1  樹莓派硬體架構簡介
    5.1.2  開發環境搭建
  5.2  基於Ubuntu的樹莓派開發環境搭建和首次配置
  5.3  GPIO庫的實踐與應用
    5.3.1  基於pigpio庫的GPIO控制
    5.3.2  基於libgpiod庫的GPIO控制
    5.3.3  基於RP.iGPIO庫的GPIO控制
    5.3.4  基於GPIOZero庫的GPIO控制
第6章  基於快速傅里葉變換的嵌入式信號處理實現與部署

  6.1  基於MATLAB的音頻文件主頻率分析
    6.1.1  使用MATLAB對音頻文件進行主頻率分析實驗
    6.1.2  使用MATLABCoder為Windows系統生成代碼
    6.1.3  實驗：在Windows系統下對音頻文件的主頻率分析
    6.1.4  使用MatlabCoder為樹莓派生成代碼
    6.1.5  實驗：在樹莓派環境下對音頻文件的主頻率分析
  6.2  實驗：基於FFTW庫的音頻文件主頻率分析
    6.2.1  FFTW庫的安裝
    6.2.2  使用FFTW進行主頻率分析
    6.2.3  在樹莓派系統中基於FFTW的音頻文件主頻率分析
  6.3  實驗：在樹莓派系統中基於Python的音頻文件主頻率分析
    6.3.1  樹莓派Python環境配置
    6.3.2  使用Python對音頻文件進行主頻率分析
    6.3.3  實驗步驟
參考文獻

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