- 嵌入式系统控制与应用(普通高等教育教材)
- - 作者：编者:郭磊//宋原|责编:张海丽
  - 出版社：化学工业
  - ISBN：9787122500960
  - 出版日期：2026/05/01
  - 页数：212
- 售价：19.6

内容大纲
本书对嵌入式系统控制技术的核心理论及工程实践进行了系统介绍。全书以嵌入式系统开发流程作为主线，内容包括嵌入式系统的开发基础，如Shell编程、C程序设计与构建系统；控制系统核心算法，如定点运算、数字滤波器、LQR与卡尔曼滤波等；同时阐述了基于FreeRTOS的实时系统设计以及基于树莓派的硬件平台实践，最终拓展至基于快速傅里叶变换（FFT）的嵌入式信号处理实现与部署。
本书强调理论与实践深度融合，适用于高等学校自动化、电子信息工程、物联网工程、计算机科学与技术等专业的嵌入式系统设计、嵌入式控制系统和嵌入式软件开发等多门课程。本书既可作为高年级本科生和研究生课程的教材或教学参考书，也可为从事嵌入式系统与控制领域研发的工程技术人员提供实践指导与参考。
作者介绍
目录
第1章  嵌入式系统概述
  1.1  嵌入式系统的发展历史
  1.2  嵌入式系统的定义和特点
  1.3  常用的嵌入式处理器
  1.4  嵌入式系统的交叉编译开发环境
  1.5  嵌入式系统的开发流程
  1.6  本书的内容安排
第2章  嵌入式系统的开发基础
  2.1  Shell环境编程
    2.1.1  什么是Shell
    2.1.2  用户管理
    2.1.3  权限管理
    2.1.4  目录管理
    2.1.5  文件管理
    2.1.6  Shell变量
    2.1.7  条件表达式或条件测试
    2.1.8  流程控制
    2.1.9  函数
  2.2  嵌入式系统的C程序设计
    2.2.1  GCC编译器编译源代码的四个阶段
    2.2.2  GCC编译器的常用选项
  2.3  嵌入式系统的构建系统
    2.3.1  命令行构建系统
    2.3.2  Makefile工程管理的核心原理与实现机制
    2.3.3  Autotools工程管理的核心原理与实现机制
    2.3.4  CMake工程管理的核心原理与实现机制
    2.3.5  实验：基于CMake进行工程管理的原理和实现方法
    2.3.6  实验：基于CMake和交叉编译的嵌入式程序开发
第3章  嵌入式控制系统基础
  3.1  定点运算、浮点运算及其量化效应
    3.1.1  定点运算
    3.1.2  浮点运算
    3.1.3  量化效应
    3.1.4  实验：定点运算和浮点运算的PID算法
  3.2  数字滤波器
    3.2.1  IIR滤波器
    3.2.2  FIR滤波器
    3.2.3  最小均方滤波器
  3.3  嵌入式系统中被控对象模型的线性化
    3.3.1  近似线性化方法
    3.3.2  反馈线性化
  3.4  嵌入式系统中被控对象模型的离散化方法
    3.4.1  采样频率
    3.4.2  离散化方法
  3.5  LQR控制器设计
    3.5.1  连续时间系统的控制器设计
    3.5.2  离散时间系统的控制器设计
  3.6  卡尔曼滤波器的原理和设计方法
    3.6.1  设计的目的和动机
    3.6.2  系统建模

    3.6.3  卡尔曼滤波算法
    3.6.4  推导细节
    3.6.5  贝叶斯估计视角
    3.6.6  卡尔曼滤波器小结
  3.7  LQR控制器与卡尔曼滤波器的关系
    3.7.1  LQR控制器与卡尔曼滤波器的数学对偶性
    3.7.2  LQG控制器设计原理与实现方法
  3.8  倒立摆系统
    3.8.1  倒立摆系统的数学模型
    3.8.2  倒立摆系统的控制器设计
    3.8.3  倒立摆的离散LQR控制与卡尔曼滤波器设计
    3.8.4  使用Eigen3设计倒立摆系统的LQR控制器
第4章  基于FreeRTOS的嵌入式控制系统实践
  4.1  FreeRTOS基础知识
  4.2  FreeRTOS的核心功能
    4.2.1  任务管理
    4.2.2  调度器
    4.2.3  内存管理
    4.2.4  通信与同步机制
  4.3  FreeRTOS源代码结构与核心文件解析
    4.3.1  FreeRTOS源代码包结构概述
    4.3.2  FreeRTOS核心文件解析
    4.3.3  FreeRTOS核心头文件与系统配置
  4.4  基于CMake的FreeRTOS源码工程管理
    4.4.1  工程目录结构解析
    4.4.2  CMake工程结构
    4.4.3  工程实现：CMakeLists.txt解析、主程序编写与系统构建
  4.5  实验：基于CMake搭建FreeRTOS模拟器环境
  4.6  实验：搭建FreeRTOS嵌入式开发环境
    4.6.1  实验目的
    4.6.2  实验步骤
  4.7  实验：FreeRTOS栈溢出检测与钩子函数应用
    4.7.1  钩子函数机制
    4.7.2  实验目的和原理
    4.7.3  实验步骤
  4.8  实验：基于FreeRTOS的卡尔曼滤波器设计
    4.8.1  实验目标和模型简介
    4.8.2  卡尔曼滤波算法程序设计
    4.8.3  基于FreeRTOS的工程实现
第5章  基于树莓派的嵌入式控制系统实践
  5.1  树莓派开发系统简介
    5.1.1  树莓派硬件架构简介
    5.1.2  开发环境搭建
  5.2  基于Ubuntu的树莓派开发环境搭建和首次配置
  5.3  GPIO库的实践与应用
    5.3.1  基于pigpio库的GPIO控制
    5.3.2  基于libgpiod库的GPIO控制
    5.3.3  基于RP.iGPIO库的GPIO控制
    5.3.4  基于GPIOZero库的GPIO控制
第6章  基于快速傅里叶变换的嵌入式信号处理实现与部署

  6.1  基于MATLAB的音频文件主频率分析
    6.1.1  使用MATLAB对音频文件进行主频率分析实验
    6.1.2  使用MATLABCoder为Windows系统生成代码
    6.1.3  实验：在Windows系统下对音频文件的主频率分析
    6.1.4  使用MatlabCoder为树莓派生成代码
    6.1.5  实验：在树莓派环境下对音频文件的主频率分析
  6.2  实验：基于FFTW库的音频文件主频率分析
    6.2.1  FFTW库的安装
    6.2.2  使用FFTW进行主频率分析
    6.2.3  在树莓派系统中基于FFTW的音频文件主频率分析
  6.3  实验：在树莓派系统中基于Python的音频文件主频率分析
    6.3.1  树莓派Python环境配置
    6.3.2  使用Python对音频文件进行主频率分析
    6.3.3  实验步骤
参考文献

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作者介绍

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