自动循迹小车课程设计
智能循迹小车___设计报告
智能循迹小车___设计报告设计报告：智能循迹小车一、设计背景智能循迹小车是一种能够通过感知地面上的线条进行导航的小型机器人。
循迹小车可以应用于许多领域，如仓库管理、物流配送、家庭服务等。
本设计旨在开发一款功能强大、性能稳定的智能循迹小车，以满足不同领域的需求。
二、设计目标1.实现循迹功能：小车能够准确地识别地面上的线条，并按照线条进行导航。
2.提供远程控制功能：用户可以通过无线遥控器对小车进行控制，包括前进、后退、转向等操作。
3.具备避障功能：小车能够识别和避开遇到的障碍物，确保行驶安全。
4.具备环境感知功能：小车能够感知周围环境，包括温度、湿度、光照等参数，并将数据传输给用户端。
5.高稳定性和可靠性：设计小车的硬件和软件应具备较高的稳定性和可靠性，以保证长时间的工作和使用。
三、设计方案1.硬件设计：(1) 采用Arduino控制器作为主控制单元，与传感器、驱动器等硬件模块进行连接和交互。
(2)使用红外传感器作为循迹传感器，通过检测地面上的线条来实现循迹功能。
(3)使用超声波传感器来检测小车前方的障碍物，以实现避障功能。
(4)添加温湿度传感器和光照传感器，以提供环境感知功能。
(5)将无线模块与控制器连接，以实现远程控制功能。
2.软件设计：(1) 使用Arduino编程语言进行程序设计，编写循迹、避障和远程控制的算法。
(2)设计用户界面，通过无线模块将控制信号发送给小车，实现远程控制。
(3)编写数据传输和处理的程序，将环境感知数据发送到用户端进行显示和分析。
四、实施计划1.硬件搭建：按照设计方案中的硬件模块需求，选购所需元件并进行搭建。
2.软件开发：根据设计方案中的软件设计需求，编写相应的程序并进行测试。
3.功能调试：对小车的循迹、避障、远程控制和环境感知功能进行调试和优化。
4.性能测试：使用不同场景和材料的线条进行测试，验证小车的循迹性能。
5.用户界面开发：设计用户端的界面，并完成与小车的远程控制功能的对接。
简易循迹小车装配课程设计
简易循迹小车装配课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解循迹小车的基本工作原理，掌握相关电子元件的功能和使用方法。
2. 学生能掌握简易循迹小车的装配流程，了解各部件之间的相互关系。
3. 学生能了解编程控制的基本概念，对循迹小车的程序设计有初步的认识。
技能目标：1. 学生能够独立完成简易循迹小车的装配，提高动手实践能力。
2. 学生能够通过编程控制循迹小车，培养解决问题的能力和创新思维。
3. 学生能够运用所学的知识，对循迹小车进行调试和优化，提高实际操作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过参与课程，培养对科学技术的热爱和兴趣，激发创新精神。
2. 学生在团队协作中，学会沟通、交流和合作，培养团队意识。
3. 学生在课程实践中，体验成功与失败，培养面对挑战的积极态度和克服困难的勇气。
课程性质：本课程为实践性课程，注重学生的动手能力和创新能力培养。
学生特点：六年级学生具有一定的认知能力和动手能力，对新鲜事物充满好奇心，喜欢挑战。
教学要求：教师应关注学生的个体差异，引导他们主动参与课程实践，培养他们的创新意识和团队协作能力。
同时，注重课程目标的分解与落实，确保学生能够达到预期学习成果。
在教学过程中，注重过程评价和总结评价，及时给予学生反馈和指导。
二、教学内容1. 理论知识：- 了解简易循迹小车的原理，包括传感器的工作原理、电机驱动原理等。
- 学习电子元件的基本知识，如电阻、电容、二极管等。
- 掌握编程控制的基本概念，如条件语句、循环语句等。
2. 实践操作：- 装配简易循迹小车，包括电路连接、机械结构的组装。
- 学习使用编程软件，编写控制循迹小车运行的程序。
- 对循迹小车进行调试和优化，提高其运行性能。
3. 教学大纲：- 第一阶段：介绍简易循迹小车的基本原理和电子元件，让学生对课程内容有整体的认识。
- 第二阶段：学习编程控制的基本概念，为后续编程实践打下基础。
- 第三阶段：分组进行简易循迹小车的装配，培养学生的动手实践能力。
(2024年)智能循迹小车设计
通过红外、超声波等传感器感知周围环境信息，将感知数据传输给微控制器进行处理，微控制器根据预设算法控制执行器调整小车行驶状态，实现循迹功能。
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随着工业自动化的发展，智能循迹小车在生产线、仓库等场景中的应用需求不断增加。
自动化需求
教育领域需求
娱乐领域需求
智能循迹小车作为教学实验平台，在高等教育、职业教育等领域具有广泛应用前景。
高精度定位技术
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THANKS
感谢您的观看。
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模块测试
集成测试
仿真测试
实地测试
将所有模块集成在一起进行测试，验证系统整体功能是否正常。
使用仿真软件对智能循迹小车进行仿真测试，模拟实际运行环境。
在实际场地对智能循迹小车进行测试，验证其在实际环境中的性能表现。
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系统联调
将硬件和软件集成在一起进行系统联调，确保系统整体运行稳定可靠。
智能循迹小车设计
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目录
项目背景与意义系统总体设计循迹算法研究控制系统设计调试与测试项目成果展示总结与展望
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CHAPTER
项目背景与意义
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定义
智能循迹小车是一种基于微控制器、传感器和执行器等技术的自主导航小车，能够按照预定路径进行自动循迹。
电机类型
选用直流电机或步进电机，根据实际需求进行选择。
保护措施
加入过流保护、过热保护等电路，确保电机和驱动电路的安全运行。
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循迹小车课程设计报告
循迹小车课程设计报告一、课程设计目标。
本课程设计旨在通过循迹小车的设计与制作，培养学生的动手能力、创新意识和团队合作精神，同时提高学生对于电子技术和机械原理的理解与应用能力。
二、课程设计内容。
1. 理论学习，学生将学习循迹小车的基本原理、电子元件的使用方法、以及相关的机械知识。
2. 实践操作，学生将动手制作循迹小车，并学习如何进行程序编写和电路连接。
3. 创新设计，学生将有机会对循迹小车进行改进和创新设计，提高其性能和功能。
三、课程设计步骤。
1. 理论学习阶段。
在这个阶段，学生将学习循迹小车的原理，包括红外线传感器的工作原理、电机驱动原理等。
同时，学生还将学习相关的电子知识，包括电阻、电容、电感等元件的使用方法。
2. 实践操作阶段。
学生将根据所学理论知识，动手制作循迹小车的电路连接，并编写相应的程序。
在这个阶段，学生将学会如何使用焊接工具、编程软件等工具，培养他们的动手能力和实际操作能力。
3. 创新设计阶段。
在完成基本的循迹小车制作后，学生将有机会对其进行改进和创新设计。
他们可以尝试使用不同的传感器、改进电路连接方式，甚至加入遥控功能等。
通过这一阶段的设计，学生将培养他们的创新意识和解决问题的能力。
四、课程设计评价。
1. 学生的实际操作能力，通过学生对循迹小车的制作和程序编写，可以评价学生的动手能力和实际操作能力。
2. 学生的创新能力，通过学生对循迹小车的改进和创新设计，可以评价学生的创新意识和解决问题的能力。
3. 学生的团队合作能力，在课程设计过程中，学生需要分工合作，可以评价学生的团队合作能力。
五、课程设计实施建议。
1. 提供足够的实践操作时间，保证学生有充分的时间动手制作循迹小车。
2. 强调创新设计的重要性，鼓励学生尝试不同的设计方案，培养其创新意识。
3. 加强团队合作意识的培养，让学生在课程设计过程中学会分工合作、协调沟通。
六、课程设计总结。
通过本课程设计，学生将不仅仅是学习了循迹小车的制作和原理，更重要的是培养了他们的动手能力、创新意识和团队合作精神。
循迹避障智能小车设计
循迹避障智能小车设计一、硬件设计1、车体结构智能小车的车体结构通常采用四轮驱动或两轮驱动的方式。
四轮驱动能够提供更好的稳定性和动力，但结构相对复杂；两轮驱动则较为简单，但在稳定性方面可能稍逊一筹。
在选择车体结构时，需要根据实际应用场景和需求进行权衡。
为了保证小车的灵活性和适应性，车架材料一般选择轻质且坚固的铝合金或塑料。
同时，合理设计车轮的布局和尺寸，以确保小车能够在不同的地形上顺利行驶。
2、传感器模块（1）循迹传感器循迹传感器是实现小车循迹功能的关键部件。
常见的循迹传感器有光电传感器和红外传感器。
光电传感器通过检测反射光的强度来判断黑线的位置；红外传感器则利用红外线的反射特性来实现循迹。
在实际应用中，可以根据小车的运行速度和精度要求选择合适的传感器。
为了提高循迹的准确性，通常会在小车的底部安装多个传感器，形成传感器阵列。
通过对传感器信号的综合处理，可以更加精确地判断小车的位置和行驶方向。
（2）避障传感器避障传感器主要用于检测小车前方的障碍物。
常用的避障传感器有超声波传感器、激光传感器和红外测距传感器。
超声波传感器通过发射和接收超声波来测量距离；激光传感器则利用激光的反射来计算距离；红外测距传感器则是根据红外线的传播时间来确定距离。
在选择避障传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应速度等因素。
一般来说，超声波传感器测量范围较大，但精度相对较低；激光传感器精度高，但成本较高；红外测距传感器则介于两者之间。
3、控制模块控制模块是智能小车的核心部分，负责处理传感器数据、控制电机驱动和实现各种逻辑功能。
常见的控制模块有单片机（如 Arduino、STM32 等）和微控制器（如 PIC、AVR 等）。
单片机具有开发简单、资源丰富等优点，适合初学者使用；微控制器则在性能和稳定性方面表现更优，适用于对系统要求较高的场合。
在实际设计中，可以根据需求和个人技术水平选择合适的控制模块。
4、电机驱动模块电机驱动模块用于控制小车的电机运转，实现前进、后退、转弯等动作。
循迹小车课程设计
循迹小车课程设计
循迹小车课程设计是一个涉及多个学科领域的项目，包括电子、控制理论、机械设计和人工智能等。
以下是一个可能的循迹小车课程设计大纲：
一、项目背景和目标
介绍循迹小车的概念和应用场景，如智能物流、无人驾驶等。
阐述项目目标，如实现自动循迹、避障、数据采集等功能。
二、硬件选型和搭建
选择合适的微控制器、电机、传感器等硬件设备。
设计并搭建小车的机械结构，确保稳定性和灵活性。
三、控制算法设计
介绍PID控制、模糊逻辑控制等常见控制算法。
根据需求选择合适的算法，并进行参数调整。
四、循迹功能实现
编写代码实现小车的自动循迹功能，包括路径识别、电机控制等。
通过调试和优化，提高小车循迹的准确性和稳定性。
五、避障功能实现
介绍超声波、红外等常见传感器及其工作原理。
编写代码实现小车的避障功能，包括障碍物检测、路径规划等。
通过实验验证避障功能的可靠性和准确性。
六、数据采集与分析
使用传感器采集小车运行过程中的数据，如速度、位置、时间等。
分析采集到的数据，评估小车的性能表现，为后续优化提供依据。
七、系统集成与调试
将所有模块集成到小车中，进行系统调试。
解决调试过程中遇到的问题，优化系统性能。
八、总结与展望
总结项目成果，分析优缺点。
提出改进和扩展的方向，为后续研究提供思路。
课程设计循迹小车
课程设计循迹小车一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握循迹小车的基本原理和制作方法，培养学生的动手能力和创新能力。
知识目标包括：了解循迹小车的工作原理、熟悉常见的电子元件及其功能、掌握基本的电路连接和编程技巧。
技能目标包括：能够独立完成循迹小车的组装、调试和编程，培养学生的动手能力和解决问题的能力。
情感态度价值观目标包括：培养学生对科学的兴趣和好奇心，增强学生的团队合作意识和环保意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括循迹小车的原理、组成和制作方法。
首先，介绍循迹小车的工作原理，让学生了解其运行机制。
其次，讲解循迹小车的组成，包括电子元件、电路连接和编程等方面。
最后，教授学生如何动手制作循迹小车，培养学生的实际操作能力。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程采用多种教学方法相结合的方式。
首先，运用讲授法，向学生讲解循迹小车的基本原理和制作方法。
其次，通过讨论法，引导学生进行思考和交流，提高学生的理解能力。
再次，运用案例分析法，分析实际案例，使学生更好地掌握知识。
最后，利用实验法，让学生亲自动手操作，培养学生的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容的实施，我们将选择和准备以下教学资源。
教材：《循迹小车制作教程》，为学生提供基本的学习资料。
参考书：《电子制作入门》、《编程技巧与应用》等，为学生提供更多的学习参考。
多媒体资料：制作PPT和视频教程，为学生提供直观的学习资源。
实验设备：准备循迹小车制作所需的电子元件、工具和设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，我们将采用多种评估方式。
平时表现方面，将根据学生在课堂上的参与度、提问和回答问题的积极性等给予评分。
作业方面，将根据学生完成作业的质量、创新性和准确性等进行评分。
考试方面，将设置选择题、填空题、简答题和综合分析题等多种题型，全面测试学生对知识的掌握和应用能力。
此外，还将设置实验操作考核，评估学生的动手能力和实验技能。
智能循迹小车设计方案
智能循迹小车设计方案一、设计目标：1.实现智能循迹功能，能够沿着预定轨迹自动行驶。
2.具备避障功能，能够识别前方的障碍物并及时避开。
3.具备远程遥控功能，方便用户进行操作和控制。
4.具备数据上报功能，能够实时反馈运行状态和数据。
二、硬件设计：1.主控模块：使用单片机或者开发板作为主控模块，负责控制整个小车的运行和数据处理。
2.传感器模块：-光电循迹传感器：用于检测小车当前位置，根据光线的反射情况确定移动方向。
-超声波传感器：用于检测前方是否有障碍物，通过测量障碍物距离来判断是否需要避开。
3.驱动模块：-电机和轮子：用于实现小车的运动，可选用直流电机或者步进电机，轮子要具备良好的抓地力和摩擦力。
-舵机：用于实现小车的转向，根据循迹传感器的信号来控制舵机的角度。
4.通信模块：-Wi-Fi模块：用于实现远程遥控功能，将小车与遥控设备连接在同一个无线网络中，通过网络通信进行控制。
-数据传输模块：用于实现数据上报功能，将小车的运行状态和数据通过无线通信传输到指定的接收端。
三、软件设计：1.循迹算法：根据光电循迹传感器的反馈信号，确定小车的行进方向。
为了提高循迹的精度和稳定性，可以采用PID控制算法进行修正。
2.避障算法：通过超声波传感器检测前方障碍物的距离，当距离过近时，触发避障算法，通过调整小车的行进方向来避开障碍物。
3.遥控功能：通过Wi-Fi模块与遥控设备建立连接，接收遥控指令并解析，根据指令调整小车的运动状态。
4.数据上报功能：定时采集小车的各项运行数据，并通过数据传输模块将数据发送到指定的接收端，供用户进行实时监测和分析。
四、系统实现：1.硬件组装：根据设计要求进行硬件的组装和连接，确保各个模块之间的正常通信。
2.软件编程：根据功能要求，进行主控模块的编程，实现循迹、避障、遥控和数据上报等功能。
3.调试测试：对整个系统进行调试和测试，确保各项功能正常运行，并进行性能和稳定性的优化。
4.用户界面设计：设计一个用户友好的界面，实现对小车的远程控制和数据监测，提供良好的用户体验。
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课程报告
课程名称：嵌入式系统与应用项目名称：自动循迹小车院系：理学院
专业：自动化1401学号：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
姓名：xxxxxxxx
指导导师：xxxxxxxx
2017年05月23日
西京学院理学院制
摘要
本次课程设计主要完成基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的系统设计。
此智能小车系统的组成主要包括STM32F103控制器、电机驱动电路、红外探测电路。
本次试验采用STM32F103微处理器为核心芯片，利用PWM技术对速度进行控制，循迹模块进行黑白检测，其他外围扩展电路实现系统整体功能。
实现了智能小车能够自动跟踪地面上的黑色轨迹的任务。
关键字：STM32；红外探测；PWM；电机控制
Abstract
This course design mainly completes the system design of intelligent car control system based on STM32F103 microprocessor. The composition of this intelligent car system mainly includes STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit. This test uses STM32F103 microprocessor as the core chip, the use of PWM technology to control the speed, tracking module for black and white detection, other peripheral expansion circuit to achieve the overall function of the system. To achieve the smart car can automatically track the black track on the ground task.
Keywords：STM32；infrared detection；PWM；motor control
目录
1设计任务要求 (1)
2方案设计及选型 (1)
2.1 总体方案选择 (1)
2.2 车型选型 (2)
2.3 器件选型 (2)
3系统电路设计 (3)
3.1 循迹模块接口电路设计 (3)
3.2 电机驱动模块接口电路设计 (4)
3.3 电源设计 (5)
3.4 STM32小系统 (6)
4系统软件设计 (7)
4.1 主程序设计 (7)
4.2 功能函数设计 (7)
5系统测试 (7)
6结束语 (8)
参考文献 (10)
附录一：系统总体电路图 (9)
附录二：部分程序 (12)
附录三：作品实物图 (13)
1设计任务要求
本设计通过对轨迹跟踪问题的分析，制作了一辆能够自动跟踪地面上的黑色轨迹的智能小车。
（1）设计搭建小车结构框架，两驱或四驱不限，机械转向灵活。
（2）设计选型电源、电机、传感器、STM32控制器板等电路模块，完成方案设计和电路图绘制。
（3）设计功能函数和软件流程图。
2方案设计及选型
2.1 总体方案选择
基于对小车循迹准确性以及速度的综合考虑，我们最终选择的系统框图如图2-1所示：
图2-1 总体方案框图
2.2 车型选型
基于在循迹小车设计报告的实际完成情况，我们考虑到小车调试频繁的问题、电池使用时间长短以及小车的灵活性，我么们选择了由俩个电机与一个万向轮组成的俩驱小车。
车架使用市面上的合成简易车架。
2.3 器件选型
（1）循迹模块选型
方案一：采用红外对管对黑带进行高频率扫描，并将扫描结果串行输出，用斯密特触发器对波形整形后，将数据送入STM32进行分析判断。
优点：节省系统消耗的功率，节约STM32的I/O，硬件电路的接线变得简洁。
缺点：信息处理速度相对于并行输出慢，相邻红外会产生干扰。
方案二：采用多路反射型的光电传感器TCRT5000对地面进行检测，将所采集到的信息并行输入比较器比较后，再将数据送入STM32处理。
优点：信息处理速度快，相邻传感器不会相互干扰，操作方便，结构简单。
缺点：占用STM32的I/O较多，连线相对繁琐。
方案选择：考虑到小车对信息的采集速度及检测的准确性，我们最终选用了方案二。
（2）驱动及电机选择
①驱动选择：由于L298N驱动有以下优点：
a.可实现电机正反转；
b.启动性能好，启动转矩大；
c.可同时驱动两台直流电机；
所以我们最终选择了L298N驱动。
②电机选择：直流减速电机转速平稳，速度快，功耗低，又因为本设计是用电池供电，所以我们最终选择了6V的直流减速电机作为小车的驱动电机。
3系统电路设计
3.1 循迹模块接口电路设计
小车在白色地面行驶时，红外发射管发出的红外信号被反射，接收管接收到信号后，输出端为低电平。
红外传感器的三个输出端口分别与控制模块的PA4-PA6依次相连，而当红外信号遇到黑色导轨时，红外信号被吸收，接收管不能接收到信号，输出端为高电平。
单片机通过采集每个红外接收管的输出信号，便可以检测出所处位置，从而控制小车的转向。
我们采用的传感器为红外避障模块传感器，它是采用高发射功率红外光电二极管和高度灵敏光电晶体管组成。
红外避障传感器的发射管和接收管是一起封装在矩形塑料壳中，为了使检测更加准确，我们用了红外避障传感器检测黑线，其中一只放在黑线上方其余2只对称分布在黑线的两侧。
循迹模块实物如图3-1所示：
图3-1 红外避障模块传感器实物图
图3-2 循迹模块原理图
3.2 电机驱动模块接口电路设计
对于小车车轮的两个直流电机，我们采用了一片电机驱动芯片L298N对其进行驱动。
STM32为芯片提供驱动信号，传至PWM控制各个电机的转速，从而调整小车的前进速度和转向。
其实物模块如图3-2所示。
其中左前电机：PB12（方向）+PA8（PWM），右前电机：PB13（方向）+PA9（PWM）。
图3-3 电机驱动实物模块图
图3-4 电机驱动模块原理图
3.3 电源设计
本设计中采用的是6V电池供电，因为主控芯片以及其余模块均采用的3.3V供电，直流减速电机采用6V供电，传感器采用5V供电，其实物图如3-3所示。
图3-5 电源模块实物图
3.4 STM32小系统
本设计采用了一片STM32单片机为控制核心。
通过循迹模块、驱动模块的应用，实现了小车转速调节、自动循迹的任务。
其原理图如图3-4所示：
图3-6 主控制模块原理图
4系统软件设计
4.1 主程序设计
当开机时，系统复位，然后进入自动运行状态。
使小车沿黑线行进，并且在小车偏离轨道后自动调整走向使之返回预定路线。
该模块的具体设计流程框图如图4-1所示。
图4-1 系统软件设计框图
4.2 功能函数设计
（1）方向判断由if..else if函数书写；
（2）用定时器来生成PWM的占空比；
（3）定时器初始化函数Tim1_Init()；
5系统测试
（1）测试仪器：示波器，电源，万用表。
测试方法：采用模拟电路由前端到后段，数字电路先仿真再试测，先逐个模块测试
再整体调试的办法。
（2）循迹模块测试
连接好电路，调好灵敏度，然后用万用表分别测量光电传感器接收端的输出电压值，其值如表5-1所示：
（3）占空比与小车运行速度测试
6结束语
首先谢谢老师对我门的指导，谢谢同学给我们的帮助。
在以后的学习工作中，我们一定会将今天所学习到的知识应用于生产实践中。
当然，该小车还存在着一些缺陷，比如：功耗较大、外型不够美观等。
导致我们的小车出现那好多问题。
总之，我们的设计还有很大的提升空间。
本次设计我们无论是在硬件还是软件上的能力都有很大的提高，比如，接线端口有误，没有检查仔细是我们的进程有了延误。
这使我们经历了一个设计从方案提出到确定，到最后的调试出实物，看到效果。
在这个过程中收获巨大。
通过竞赛，我们提高了自学能力以及团队协作能力，并进一步提高了对本专业的兴趣。
本次竞
赛对自己的信心也有很大提高，在以后的学习中，我们会再接再厉。
参考文献
[1] 刘军，张洋.原子教你玩STM32[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013-05-01
[2] 李亚巨，樊东.基于stm32f103zet6的智能小车的制作[J].电子制作，2013-11
[3] 李婕.基于STM32的智能小车的制无线视频监控智能小车设计[D].兰州：兰州理工大学出版社，2014-4
[4] 刘火良，杨森.电子与嵌入式系统设计丛书.机械工业出版社，2017-2
[5] 蒋建春，曾素华.嵌入式系统原理及应用.高等教育出版社，2014-01-01
[6] 刘彦文.基于ARM的嵌入式系统原理及应用，清华大学出版社，2017-02-01
[7] 谭会生.ARM嵌入式系统原理及应用开发，西安电子科技大学出版社，2017-02-01。