单片机原理及接口技术/全国高等职业技术院校电工类专业教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国劳动社会保障出版社

作者:郝瑞生 编

出品人:

页数:191

译者:

出版时间:2004-1

价格:19.00元

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isbn号码:9787504542557

丛书系列:

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《嵌入式系统设计与应用：基于STM32微控制器》 内容概要 本书旨在全面、深入地介绍当前主流的嵌入式微控制器——基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列芯片的原理、开发环境搭建、底层硬件驱动实现以及复杂应用系统的设计与实现。全书理论与实践紧密结合，涵盖了从基础的C语言程序设计到高级的实时操作系统（RTOS）应用的全过程，特别注重培养读者的工程实践能力和系统级设计思维。 第一部分：嵌入式系统基础与STM32概述 本部分首先界定了嵌入式系统的基本概念、发展历程及其在现代工业、消费电子和物联网中的关键作用。随后，详细阐述了微控制器（MCU）与微处理器（MPU）的区别与联系。 核心内容聚焦于STM32微控制器家族的整体架构介绍。我们将深入解析Cortex-M3内核的指令集、流水线结构、寄存器组以及特权模式的工作机制，这是理解STM32性能潜力的基础。接着，系统地介绍了STM32芯片的存储器映射结构（包括Flash、SRAM、外设寄存器区域的划分），以及启动过程（Bootloader模式的选择与执行流程）。 第二部分：STM32硬件资源详解与底层驱动开发 本部分是本书实践操作的核心，详细讲解了STM32片上丰富的外设模块及其在实际应用中的配置与编程方法。 1. 时钟系统与复位（RCC）： 详细剖析STM32的内部振荡器（HSI/LSI）和外部振荡器（HSE/LSE）的配置，PLL倍频锁相环的工作原理，以及如何精确地为系统和各个外设分配时钟源和分频系数，确保系统运行的稳定性和功耗优化。讲解系统复位（POR/PDR/BOR）的触发条件和效果。 2. 通用输入/输出端口（GPIO）： 不仅仅停留在端口置位操作，而是深入讲解了GPIO的五种工作模式（输入浮空、下拉/上拉、开漏输出、推挽输出）的电气特性，以及复用功能（AFR寄存器配置）在连接内部或外部ADC/定时器/通信接口时的映射关系。讲解高速驱动下的电流限制与防寄生触发设计。 3. 中断与异常管理（NVIC）： 详细解析了嵌套向量中断控制器（NVIC）的中断优先级分组（Preemption Priority vs. Sub-Priority）、中断使能与清除机制。通过实例展示如何高效地处理外部事件中断（EXTI）和内部系统异常（如总线错误、HardFault）。重点讨论中断服务程序的编写规范和上下文保存与恢复。 4. 定时器（TIM）： 覆盖基础的通用定时器（如TIM2/3/4）和高级定时器（如TIM1/8）。讲解计数器模式、输入捕获、输出比较、PWM生成（包括互补输出和死区时间配置）。通过编码器接口模式的实践，展示如何精确测量转速和角度。 5. 模/数转换器（ADC）与数/模转换器（DAC）： 详述ADC的采样保持电路、转换顺序、扫描模式与注入模式。重点介绍多通道序列采集的配置方法，以及如何利用DMA（直接内存存取）实现高效的连续数据采集，避免CPU干预。DAC模块的波形生成应用也作了详细说明。 6. 串行通信接口： 系统讲解USART/UART（异步串行通信），包括波特率计算、奇偶校验、数据帧格式。深入探讨SPI（同步外设接口）的主从模式切换、时钟极性/相位（CPOL/CPHA）的四种组合，以及I2C（两线总线）的仲裁机制、从机地址匹配和数据传输时序的严格要求。 第三部分：高级功能与系统集成 本部分将开发重点从单个外设驱动提升到系统级功能集成与性能优化。 1. 直接内存存取（DMA）： 讲解DMA控制器的基本结构、传输模式（普通/循环）、数据宽度匹配以及外设到内存、内存到内存的数据传输配置。通过实例演示如何使用DMA配合ADC或定时器实现数据流的零拷贝传输，大幅提升数据吞吐率。 2. 存储器访问与Flash编程： 介绍STM32内部Flash的扇区划分、擦除/写入操作的时序要求。讲解如何实现Bootloader的基本框架，包括从外部存储器（如SD卡或U盘）读取新固件并安全地写入Flash中的用户代码区域。 3. 低功耗设计与电源管理： 详细分析STM32的待机（Standby）、停止（Stop）和低功耗（Sleep）模式的功耗特征和唤醒源配置。讲解如何通过RCC和PVD（电源电压监测）实现高效的电源管理策略，以延长电池供电设备的续航时间。 第四部分：实时操作系统（RTOS）与应用框架 本部分引入现代嵌入式软件架构的核心——实时操作系统。 1. RTOS核心概念： 介绍实时系统的基本概念，包括任务（Task）、调度策略（抢占式与协作式）、时间片轮转、任务优先级与临界区。 2. FreeRTOS移植与应用： 详细介绍如何将FreeRTOS内核移植到STM32平台，包括时钟节拍的配置（SysTick或定时器中断）。重点讲解任务的创建、删除、状态切换、以及信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）和消息队列（Queue）在解决多任务间同步与通信问题中的实际应用，避免死锁和竞态条件。 3. 综合应用实例： 通过一个中等复杂度的项目（如一个基于Modbus协议的工业数据采集与控制模块），展示如何结合STM32的硬件资源（如USART/SPI）、DMA和FreeRTOS，构建一个稳定、可维护、响应及时的嵌入式应用软件框架。 本书采用STM32CubeMX（图形化配置工具）辅助初始化代码生成，但强调对底层寄存器操作的理解，确保读者不仅能“用”工具，更能“理解”工具生成代码背后的原理，从而具备独立调试和优化复杂系统的能力。

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从接口技术这一块来看，这本书的覆盖面和更新速度都令人满意。它没有固守于非常老旧的接口标准，而是将当前工业和嵌入式领域常用的标准，如SPI、I2C等，进行了深入的对比和讲解。特别是对于I2C总线的仲裁机制和多主从模式的处理，分析得非常透彻，这在实际的传感器网络集成中是经常遇到的难题。书中对时序图的使用达到了教科书级别的标准，任何复杂的时序要求，通过对应图示，都能一目了然。同时，书中对一些常见接口的电气特性，比如上拉电阻的必要性以及电平转换的要求，也都有明确的说明，这在实际电路焊接和调试中，能有效避免因为电气不匹配导致的调试失败。这种对物理层和逻辑层同步讲解的结构，保证了读者在未来进行硬件选型和电路设计时，能够有更全面的考量。

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这本书的阅读体验，在我接触过的同类教材中，绝对是名列前茅的。它的行文风格非常平实、亲切，没有那种高高在上的学术腔调。我尤其喜欢它在引入新技术模块时所采用的“情景导入”方式。比如在介绍串行通信（UART）时，它没有直接给出波特率的计算公式，而是先描述了数据在两条导线上传输过程中，如何通过约定好的速率和数据位格式来保证信息的完整性，这种描述方式极大地降低了初学者的心理门槛。而且，全书的章节划分逻辑性极强，知识点的递进关系非常自然，就像是跟着一位经验丰富的工程师一步步在搭建一个系统。你学完前一个模块，自然就能理解下一个模块的引入背景和必要性。这种流畅的知识流，让学习过程充满了发现的乐趣，而不是被动地接受一堆孤立的知识点。

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对于职业教育的教材而言，最大的挑战是如何平衡理论的深度和实操的可行性。这本书在这方面拿捏得恰到好处。它提供的实验指导部分非常具有实操性，每一个实验都紧密围绕着课程的学习目标展开，并且难度递增，循序渐进。我发现，很多教材的实验往往只是简单地验证一个功能，但这本书的实验设计更侧重于“故障排除”和“性能优化”。比如，在某个定时器实验中，它会引导学生尝试改变外部干扰条件，观察系统响应，从而理解系统鲁棒性的重要性。这种“做中学，学中思”的教学理念贯穿始终。对于我们未来走上工作岗位，直接面对生产线上的各种“疑难杂症”来说，这种培养独立分析和解决问题能力的训练，比单纯记住几个寄存器设置要宝贵得多。这本书确实为电工类专业学生打下了坚实的技术基础。

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说实话，我一开始对“全国高等职业技术院校电工类专业教材”这个定位有点保守，担心内容会偏向理论的简化处理，不够“硬核”。但读下来发现完全不是那么回事，这本书在深度上做得相当到位。它没有满足于停留在“会用”的层面，而是花了不少篇幅去解释底层寄存器的位操作和时序逻辑，这对于想要深入理解系统底层是如何协同工作的学生来说，无疑是极大的加分项。例如，在讲解定时器/计数器时，它不仅展示了如何设置初值和工作模式，还详细分析了不同晶振频率下计数溢出的精确时间计算，这在需要进行精确时间控制的工控项目中至关重要。更值得称赞的是，书中的代码示例和电路图都非常规范和清晰，注释详尽，几乎可以直接作为项目模板来参考。这种对细节的打磨，体现了编者对工程严谨性的深刻理解，也让这本书超越了一般的入门读物，更像是一本实用的技术手册。

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这本书的内容真是让人眼前一亮，尤其是在讲解那些看似枯燥的硬件接口原理时，作者总能找到非常贴合实际应用的例子，让原本抽象的概念变得立体起来。我记得有一次学习中断通信协议，书里居然用了一个模拟家庭网络数据交换的场景来解释帧结构和校验机制，一下子就理解了。很多教材喜欢堆砌理论公式，但这本则更注重“为什么”和“怎么用”。对于我们这种动手能力要求高的专业来说，这种注重实践的编写风格简直是福音。从最基础的I/O口操作，到复杂的模数转换（ADC/DAC），再到后期的外部设备驱动，每一步的讲解都非常细致，不会让你感到信息过载，但同时又保证了知识的深度。特别是关于中断处理的那几章，作者深入浅出地剖析了不同中断源的优先级和响应机制，配上清晰的流程图，即便是初次接触单片机复杂系统设计的同学，也能迅速把握核心脉络。这种将理论与工程实践紧密结合的编排方式，极大地提升了学习效率和解决实际问题的能力。

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