单片机原理及应用教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业

作者:赵全利

出品人:

页数:247

译者:

出版时间:2003-7

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787111125303

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《嵌入式系统设计与实践：基于ARM Cortex-M微控制器》 图书简介 本书特色与定位 本书深入探讨了现代嵌入式系统设计的核心技术与实践方法，专注于当前工业界和学术界应用最广泛的 ARM Cortex-M 系列微控制器。与传统的基于8位或16位单片机的教程不同，本书着眼于高性能、低功耗的32位架构，旨在培养读者面向复杂项目、具备系统级思维的嵌入式工程师。我们不关注特定的、过时的微控制器系列，而是聚焦于通用的、先进的微控制器体系结构、高效的软件开发流程以及关键的外设驱动和实时操作系统集成。 全书内容结构清晰，理论与实践紧密结合，配有大量源代码示例和基于实际开发板的实验指导，确保读者能够快速将所学知识转化为解决实际问题的能力。 --- 第一部分：Cortex-M 架构基础与开发环境搭建 本部分为后续高级主题奠定坚实的理论基础，重点讲解了现代32位微控制器与传统8位机在设计哲学上的根本区别。 第一章：32位嵌入式系统概览与Cortex-M内核介绍 嵌入式系统的新范式： 概述从8/16位到32位微控制器迁移的驱动力，包括性能需求、内存管理和复杂算法处理。 ARM Cortex-M 家族系列： 详细剖析M0、M3、M4（含FPU）和M7内核的关键特性、流水线深度、指令集差异（Thumb-2）及其适用场景。 存储器映射与总线结构： 解析AHB（Advanced High-performance Bus）和APB（Advanced Peripheral Bus）的总线协议，理解内存保护单元（MPU）的基本原理，及其对系统稳定性的意义。 启动流程与初始化： 深入解析微控制器上电复位（POR）后的执行流程，向量表（Vector Table）的设置与中断优先级管理。 第二章：高效的工具链与软件开发流程 交叉编译环境配置： 介绍GCC for ARM工具链的安装、配置与使用，包括汇编器、链接器脚本的编写与解析。 链接脚本深度解析： 详细讲解`.ld`文件如何控制代码（TEXT）、数据（DATA）和堆栈（HEAP/STACK）在内部SRAM和外部Flash中的精确布局，这是实现复杂代码移植和优化布局的关键。 调试技术： 重点讲解 JTAG/SWD（串行线调试）接口的原理，使用OpenOCD配合GDB进行硬件级调试，包括断点设置、内存/寄存器观察、实时跟踪（Trace）功能的配置。 --- 第二部分：核心外设驱动与底层编程 本部分将重点讲解如何高效、可靠地操作微控制器内部标准模块，实现与外部世界的精确交互。 第三章：时钟系统与定时器的高级应用 RCC（复位与时钟控制）： 详述内部/外部振荡源的切换、PLL（锁相环）的配置以产生高频主系统时钟，以及时钟域的划分与管理。 通用定时器（TIM）： 不仅覆盖基础的计数和溢出中断，更侧重于输入捕获（用于测量脉冲宽度、频率）和输出比较/PWM生成（用于电机控制、信号调制），以及利用编码器接口模式读取位置信息。 低功耗定时器（LPTIM）与看门狗（WDT）： 讲解如何在深度睡眠模式下使用低功耗定时器进行唤醒操作，以及WDT在保证系统可靠性中的作用。 第四章：通信协议栈的实现与优化 UART/USART（异步串行通信）： 讲解波特率的精确计算、中断驱动与DMA（直接内存存取）模式下的数据传输效率对比。 SPI（串行外设接口）： 深入分析主/从模式的选择，时钟极性（CPOL）与相位（CPHA）对数据采集的影响，并提供高速SD卡或LCD驱动的实践案例。 I2C/SMBus： 重点讨论多主站仲裁机制、时序约束，以及如何实现对EEPROM或传感器的高效读写操作。 CAN（控制器局域网）基础： 介绍CAN总线在工业控制中的应用，报文帧的结构解析，以及基本的报文发送与接收滤波器的配置。 第五章：模数转换（ADC）与数模转换（DAC）的精确控制 ADC工作模式： 详述单次转换、连续转换、扫描模式与注入模式。重点讲解多通道采样顺序的优化和通道间串扰的消除。 DMA与ADC的结合： 实现高效、不占用CPU资源的连续数据采集，并将采集结果自动存入SRAM缓冲区。 DAC输出与波形生成： 利用DAC产生标准的模拟信号，并探讨如何通过定时器触发DAC实现波形合成。 --- 第三部分：系统级设计与高级主题 本部分内容转向更复杂的系统集成、软件架构设计以及提升系统可靠性的关键技术。 第六章：直接内存存取（DMA）的高效利用 DMA控制器架构： 详解DMA通道的分配、优先级设置、源地址/目标地址的自动递增/固定特性。 外设到内存、内存到外设、内存到内存的传输模式： 针对性地优化数据搬运效率，减少CPU干预。 循环模式与半传输中断： 用于实现对环形缓冲区（Ring Buffer）的数据填充与处理，是音频和高速数据流处理的基础。 第七章：内存管理与高效代码优化 SRAM与Flash的层次结构： 分析不同存储区域的读写时序和特性，如何安全地在Flash中存储配置数据。 数据对齐与缓存（针对更高性能内核）： 探讨数据访问对齐如何影响内存访问效率，以及如何管理缓存（Cache Line）以避免数据不一致问题。 代码重入性与非阻塞式编程： 如何设计驱动代码使其具备良好的可重入性，避免在中断服务程序（ISR）中执行可能阻塞长时间的操作。 第八章：实时操作系统（RTOS）基础与集成 RTOS核心概念： 任务（Task）状态管理、上下文切换机制（基于Cortex-M的SVC/PendSV中断）、调度策略（抢占式、时间片）。 信号量、互斥锁与消息队列： 讲解这些同步原语在解决并发访问共享资源和任务间通信中的作用与陷阱（如优先级反转）。 在Cortex-M上移植与应用FreeRTOS（或同类轻量级RTOS）： 重点在于如何配置RTOS的内核时钟源、系统节拍，并将其与硬件中断向量正确对接。 --- 第四部分：系统可靠性与调试 第九章：中断系统与错误处理机制 NVIC（嵌套向量中断控制器）： 深度解析中断的分组（Priority Grouping）、抢占优先级与子优先级，确保中断响应的确定性。 系统异常与错误断言： 识别并处理HardFault、UsageFault等系统异常，建立健壮的错误处理流程。 系统调试日志： 介绍基于UART或ITM（Instrumentation Trace Macrocell）的轻量级调试输出方法，用于替代硬件调试器在产品环境中的监控需求。 本书目标读者： 本书面向电子工程、自动化、计算机科学等专业的本科高年级学生、研究生，以及需要从传统单片机平台向32位高性能嵌入式平台迁移的工程师。掌握本书内容，读者将能够独立设计、实现和调试基于现代32位微控制器的复杂嵌入式应用系统。

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这本书的叙事风格非常严谨，行文之间透着一股沉稳的气质，读起来有一种穿越时空的正式感。作者的措辞非常精准，很少使用那些花哨的修饰词或模糊的表达，每一个术语的引入都伴随着清晰的定义和限定条件。这种高度的学术规范性，使得全书的逻辑链条异常坚固，章节间的过渡也显得水到渠成。我尤其欣赏作者在引入新概念时，总是会先回顾前置知识点，形成一个紧密的知识网络。例如，在讲解定时器溢出中断时，会先回顾时钟源的计算和预分频器的作用，确保读者不会在某个环节掉队。这种教科书式的稳健推进，虽然不像网络上的某些教程那样追求“酷炫”的开场，但它所建立起来的知识体系结构，其稳固性和可扩展性是其他快餐式读物无法比拟的，让人感觉是在攀登一座结构精良的知识高塔。

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从实用性角度来看，这本书的实践指导价值是无与伦比的。它非常注重理论与工程实践的结合，书中选取的应用案例极具代表性，涵盖了从简单的I/O控制到复杂的数据采集与实时控制等多个领域。最让我印象深刻的是，作者在讲解某一个控制算法时，不仅给出了伪代码，还贴心地提供了基于特定开发环境（比如汇编和C语言）的完整实现方案。这对于我们这些需要快速将想法转化为产品的工程师来说，简直是福音。而且，书中对于调试技巧的介绍也相当到位，比如如何利用示波器和逻辑分析仪来排查时序错误，如何巧妙地利用调试端口进行代码跟踪，这些“野路子”的经验，往往是大学教材中缺失却至关重要的宝贵财富。它教会的不仅仅是“如何做”，更是“为什么这样做”，这才是区分普通教程和经典著作的关键所在。

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这本书的排版真是让人眼前一亮，那种老派的教科书风格，厚重又扎实，一看就知道是下了功夫的。书中的插图，尤其是那些电路原理图，细节处理得非常到位，不是那种敷衍了事的线条勾勒，而是能让人清晰地理解信号流向和元件布局。我特别欣赏作者在讲解基础概念时的耐心，那种循序渐进的叙述方式，即便是对单片机领域的新手来说，也不会感到太过晦涩难懂。比如，对寄存器组的划分和功能描述，清晰得就像手绘的思维导图，辅助理解那些复杂的位操作。而且，书中对于实验部分的描述也相当详尽，配套的例程代码注释得一丝不苟，让人在动手实践时心里很有底气，生怕弄错一个小数点或一个逻辑门。这种对细节的极致追求，体现了作者深厚的专业素养和对教学质量的负责态度，读起来感觉像是得到了一位资深工程师的亲自指导，而不是面对冷冰冰的理论堆砌。

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这本书的理论深度和广度都超出了我的预期，它绝非那种浅尝辄止的“入门读物”。作者在介绍微处理器架构时，并没有仅仅停留在功能介绍层面，而是深入挖掘了其内部设计哲学，比如流水线技术如何优化指令执行效率，中断响应机制背后的时序控制逻辑等等。这种深挖根源的做法，极大地提升了读者的底层思维能力。我花了很长时间去啃那些关于存储器访问时序的章节，书中的图表解析非常精妙，将高速信号的建立时间和保持时间与指令周期的关系描绘得淋漓尽致，即便是硬件设计经验相对丰富的工程师，也能从中找到新的启发点。它更像是一本为未来打基础的工具书，而不是快餐式的速成指南。每一次阅读，都能从那些看似枯燥的参数描述中，挖掘出隐藏在硬件设计背后的精妙权衡与妥协，让人不得不佩服作者对整个电子系统生命周期的深刻洞察。

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这本书的“韧性”令人称道，它不仅是一本关于特定型号单片机的教程，更像是一部关于嵌入式系统设计思想的“武功秘籍”。它没有过度依赖于某个特定厂商的生态系统或过时的特定芯片型号，而是将更多的篇幅放在了那些跨越硬件代际、永恒不变的底层原理上，例如总线仲裁机制、存储器映射、I/O端口的电气特性分析等。这种超越具体产品的设计，使得书中的知识具备了极强的生命力，即便是技术更新换代迅猛的今天，书中的核心概念依然是理解新一代微控制器的基石。我体会到，这本书的真正价值在于培养一种“系统思维”，教会我们如何从最底层的晶体管行为出发，一步步构建起复杂的控制逻辑，这种能力比掌握任何一个特定IDE的使用技巧都来得更为珍贵和持久。

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