单片机编程与应用入门

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出版者:第1版 (2004年1月1日)
作者:杨西明等编
出品人:
页数:248
译者:
出版时间:2004-6
价格:16.0
装帧:平装
isbn号码:9787111142904
丛书系列:
图书标签:
  • 单片机
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  • 嵌入式系统
  • C语言
  • 编程入门
  • 电子工程
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  • 51单片机
  • 硬件开发
  • 实践教程
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具体描述

本书面向广大单片机技术的初学者,分为三个学习阶段。第一阶段包括第一章到第三章内容,除介绍单片机的基础知识外,重点讲述以DIY方式制作一套单片机编程和实验用的学习工具,并利用这套学习工具进行简易编程和实验。第二阶段包括第四章内容,进一步学习MCS-51系列单片机指令、汇编语言及编程实例,嵌入式系统的组成实例。第三阶段包括第五章和第六章内容,介绍单片机C语言编程和应用。通过这三个阶段的学习,即可以较顺利地进入单片机广阔的应用领域。本书起点低、操作性强,同时具有相当的高度。其中,简易编程、CAL芯片应用及单片机的C语言编程,对于初学者来说都是较新的知识,是广大初学者学习单片机的良好入门读物。

电子设计与实践:从基础元件到系统集成 前言 本手册旨在为电子工程领域的初学者和希望拓宽技能的工程师提供一个全面、深入的实践指南。它并非针对特定微控制器平台的编程入门,而是着眼于电子系统设计的底层逻辑、元件特性理解以及系统集成的方法论。我们将重点探讨如何将离散的电子元件组合成稳定、高效的工作系统,涵盖从信号的产生、调理到最终输出的完整流程。 第一部分:基础电子元件的深入解析与应用 本部分将详细剖析电子电路中最常用、最核心的无源与有源元件。我们不满足于教科书上对这些元件的简单定义,而是深入探讨其在实际工作环境中的非理想特性、参数选择的考量以及对电路性能的具体影响。 1.1 电阻的艺术:从欧姆定律到功率耗散 电阻的物理本质与制造工艺: 探讨薄膜电阻、线绕电阻、金属氧化膜电阻的结构差异、温度系数(TCR)及其对精密测量的影响。 非线性效应与噪声源: 深入分析电阻的电感和电容寄生参数,尤其是在高频应用中,以及电流噪声(Johnson-Nyquist 噪声)的产生机理和抑制方法。 功率处理与散热设计: 如何根据实际功耗、环境温度和允许的温升裕度来选择合适的封装(如 SMD vs. 通孔)和降额设计。 1.2 电容与电感的动态特性 电容器的等效电路模型(ESR/ESL): 详细阐述等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)对滤波、去耦和时序电路性能的决定性影响。如何根据应用频率选择钽电容、陶瓷电容(MLCC)或电解电容,并讨论MLCC的“击穿”风险与X7R/C0G等介质的选择。 电感的耦合与饱和: 探讨变压器和扼流电感中的磁芯材料(铁氧体、坡莫合金)对电感值和饱和电流的影响。分析互感和串扰在高密度电路中的表现。 1.3 晶体管的开关与放大机制 BJT与MOSFET的导通特性对比: 深入比较双极性晶体管(BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在输入阻抗、开关速度、饱和压降($V_{CE(sat)}$ 或 $R_{DS(on)}$)上的异同。重点分析MOSFET的栅极电荷($Q_g$)对驱动电路设计的重要性。 晶体管的非线性区应用: 阐述如何利用晶体管的线性区进行小信号放大设计,包括偏置点的稳定、跨导($g_m$)的计算以及反馈网络的引入。 第二部分:模拟信号的调理与处理 本部分聚焦于如何精确地采集、放大和转换真实世界中的物理信号(如温度、压力、光照)。 2.1 传感器接口与信号采集 放大器的精细选择: 不仅介绍运算放大器(Op-Amp)的基本拓扑,更侧重于参数的实战意义,如输入失调电压($V_{os}$)、失调漂移、共模抑制比(CMRR)和开环增益带宽积(GBWP)。针对低噪声应用(如麦克风放大)和高精度测量(如桥式传感器放大)设计特定的电路结构。 滤波器设计与频率响应: 详细讲解巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔滤波器的特性差异及其适用场景。提供使用Spice工具进行滤波器原型设计和参数迭代的具体步骤。 2.2 数据转换技术:ADC与DAC的实战考量 模数转换器(ADC)的精度与速度: 分析SAR、Sigma-Delta、Flash型ADC的工作原理和应用限制。深入探讨有效位数(ENOB)、积分非线性(INL)和微分非线性(DNL)对测量结果保真度的影响。 数模转换器(DAC)的建立时间与毛刺抑制: 讨论电压输出型与电流输出型DAC的选择,以及如何通过输出缓冲和滤波器来消除转换过程中的瞬态毛刺。 第三部分:电源管理与系统稳定 一个稳定可靠的电子系统,其核心在于电源的质量和管理。本部分将系统地介绍如何设计和实施高效、低噪声的供电网络。 3.1 线性稳压器(LDO)与开关电源(SMPS) LDO的噪声特性与压降裕度: 讨论LDO的PSRR(电源抑制比)在不同频率下的表现,以及如何通过选择低噪声LDO来保障模拟电路的纯净供电。 开关电源的拓扑与控制: 深入分析降压(Buck)、升压(Boost)和反相(Inverting)拓扑的效率模型。重点讲解电流模式控制与电压模式控制的区别,以及磁性元件的选择对纹波和瞬态响应的影响。 3.2 电磁兼容性(EMC)与接地设计 回路电流与辐射源识别: 阐述高频开关节点(如MOSFET的开关过渡)如何成为主要的电磁干扰源。 有效的接地策略: 区分单点接地、多点接地和混合接地,并针对混合信号系统提出分层和隔离的接地布局建议。讨论屏蔽罩(Shielding)的设计与安装对系统抗扰度的提升作用。 第四部分:数字逻辑与接口设计 本部分从基础逻辑门出发,构建复杂功能模块,并实现系统间的可靠通信。 4.1 组合逻辑与时序逻辑的实现 基本逻辑门的扇入与扇出限制: 讨论驱动能力、上升/下降时间与逻辑门间的时序关系。 触发器与状态机设计: 详细阐述D触发器、JK触发器的同步与异步操作,并应用有限状态机(FSM)理论来描述复杂的系统控制流程,确保状态转移的无竞争冒险。 4.2 通用通信协议的硬件实现 异步串行通信(UART/RS-232): 深入讲解波特率的产生、起止位的时间要求,以及电平转换芯片的应用。 同步总线协议(SPI/I2C): 分析SPI的四线制时序(CPOL/CPHA)在不同从设备间的配置,以及I2C协议中地址冲突、仲裁机制和上拉电阻的选择。 差分信号传输的完整性: 讲解LVDS和RS-485等差分对在长距离、高噪声环境下的优势,包括阻抗匹配和终端电阻的设置。 结语 本书籍提供的是一套系统的、面向硬件实现的思维框架。掌握这些基础元件的特性、信号调理的方法以及电源管理的原则,是构建任何复杂电子系统的基石。通过深入理解这些“为什么”和“如何做”,读者将能够独立分析和解决实际工程中遇到的各种性能瓶颈和兼容性问题。

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读后感

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用户评价

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这本书对我最大的启发在于,它打破了我对单片机“只能做简单控制”的刻板印象。我之前总觉得单片机就是个小小的芯片,只能控制几个LED灯,或者做些简单的计算。但通过阅读这本书,我才发现,单片机的功能远不止于此,它可以作为各种智能设备的“大脑”,实现各种复杂的应用。书中提到的很多案例,都让我惊叹不已。比如,如何利用单片机实现一个简单的“智能小车”,能够自主避障;如何利用单片机驱动一个“液晶显示屏”,显示各种信息;甚至如何利用单片机实现一个简单的“数据采集系统”,将传感器的数据记录下来。这些应用场景,让我看到了单片机在现实生活中的巨大潜力,也激发了我自己动手去创造的欲望。我不再只是被动地学习知识,而是开始思考,我能不能用单片机来解决我身边遇到的某个问题,或者实现我一直以来的某个小想法。这本书就像一颗火种,点燃了我对单片机开发的无限热情,让我对未来充满了期待。我甚至开始想象,如果我能掌握好单片机技术,我或许也能开发出一些有意义的产品,为社会做出贡献。

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这本书真的让我大开眼界,完全打开了我对单片机世界的大门。我之前对这个领域完全是小白一个,只知道它存在,但具体是啥、能干啥,一点概念都没有。拿到这本书,我最开始还有点忐忑,怕它过于理论化,枯燥乏味。但读进去之后,完全被吸引了。作者的讲解方式非常平易近人,从最基础的概念讲起,比如什么是单片机,它和我们日常接触到的电脑有什么区别,就像在跟你唠家常一样,一点点铺垫,让你慢慢理解。然后,他会引入一些实际的例子,比如如何让一个小灯泡闪烁,如何控制一个简单的电机转动。这些看似简单的操作,在书中都被拆解得非常细致,每一步的操作、每个引脚的作用、每段代码的含义,都解释得清清楚楚,生怕你跟不上。我印象最深的是,书中关于“数据手册”的讲解,一开始我看到那个厚厚的、全是英文的册子就头大,感觉像天书一样。但作者把它比喻成单片机的“说明书”,并且一步步教你如何从中找到你需要的信息,比如某个引脚的功能、某个寄存器的配置方法。这一下子就把我从畏惧变成了好奇,甚至有点跃跃欲试。书中提供的代码示例也非常实用,可以直接拿来参考,稍作修改就能实现自己的小项目。而且,作者还会引导你去思考,为什么这么做,这样做有什么好处,有没有其他方法。这种启发式的教学方式,让我不仅学到了“怎么做”,更重要的是学到了“为什么这么做”,这对深入理解单片机原理非常有帮助。这本书真的就像一位循循善诱的老师,把我从门外汉一步步引进了单片机的殿堂,让我对这个领域充满了探索的兴趣。

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这本书的深度和广度都拿捏得恰到好处,既能满足入门者的需求,又能为进阶者提供进一步探索的空间。我个人觉得,它最出彩的地方在于,它不仅仅告诉你“是什么”,更重要的是告诉你“为什么”和“怎么做”。举个例子,在讲解“位操作”的时候,作者并没有简单地罗列各种位运算符,而是会详细解释为什么我们需要进行位操作,它能带来什么样的效率提升,以及在实际项目中,我们经常会遇到哪些需要进行位操作的场景。然后,他会通过具体的代码示例,一步步地演示如何进行位操作,以及如何通过位操作来优化程序。这种深入的讲解方式,让我对单片机的底层工作原理有了更深刻的理解。我不再只是机械地记忆指令,而是开始理解指令背后的逻辑。而且,书中对于一些高级特性的介绍,比如“DMA”(直接内存访问)、“ADC”(模数转换)等,虽然没有像入门部分那样铺天盖地,但也是点到为止,并且会引导你去了解这些特性的作用和应用场景。这让我知道,原来单片机还能做这么多事情,也为我日后深入学习这些高级内容埋下了伏笔。我特别喜欢书中关于“系统时钟”的讲解,它不仅仅介绍了时钟的原理,还详细讲解了如何配置不同的时钟模式,以及不同的时钟模式对单片机性能和功耗的影响。这让我意识到,即使是时钟这样一个基础的硬件,也蕴含着很多可以优化的空间,而这些优化,往往能带来显著的性能提升。

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这本书的语言风格和内容组织,都充满了“过来人”的智慧和经验,让人感觉像在跟一位经验丰富的前辈交流,而不是在阅读一本冷冰冰的技术手册。作者在书中穿插了大量的“实战经验分享”,比如在讲解某个功能时,会提到在实际项目中,这个功能可能会遇到哪些坑,以及如何去规避这些问题。这种“踩坑”经验的分享,对于初学者来说,简直是无价之宝。它让我们在学习过程中,能够预见可能遇到的困难,并提前做好准备,从而大大减少了调试和试错的时间。而且,作者在讲解某些关键概念时,还会提供多种不同的解释方式,或者从不同的角度去阐述,以确保不同理解能力的读者都能掌握。我记得在讲解“浮点数运算”的时候,作者就详细解释了为什么单片机通常会避免直接进行浮点数运算,以及在必须进行浮点数运算时,有哪些高效的方法可以使用。这种对细节的关注,以及对多种解决方案的探讨,让我觉得这本书的内容非常全面和深入。这本书不仅仅是教会我“怎么做”,更是教会我“如何做得更好”,如何从一个初学者成长为一个合格的单片机开发者。我感觉自己仿佛在跟随作者的脚步,一步步地走向成熟。

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这本书最大的优点在于它的“用户友好度”极高,完全没有让人望而生畏的感觉。即使你之前对电子工程或者编程完全是零基础,也能在作者的引导下,一步步地走进来。我特别欣赏作者的语言风格,非常通俗易懂,没有过多的专业术语堆砌,而是用最生活化的比喻来解释复杂的概念。比如,他把CPU比作单片机的“大脑”,把内存比作“临时记事本”,把I/O口比作“跟外界交流的嘴巴和耳朵”。这种形象的比喻,让那些抽象的概念一下子变得生动起来,不再是枯燥的文字。而且,书中对于开发环境的搭建和使用,也进行了非常详细的介绍。从软件的安装、配置,到如何编写、编译、下载程序,每一个步骤都讲解得非常细致,配有清晰的截图。这对于很多初学者来说,是至关重要的一步,因为很多人卡在这一步就放弃了。我之前尝试过其他一些单片机入门书籍,但很多都过于理论化,或者对开发环境的介绍含糊其辞,导致我根本无法开始实践。这本书在这方面做得非常到位,让我可以很顺利地搭建起自己的开发环境,并成功地运行了第一个程序,那种成就感是无与伦比的。此外,书中还会穿插一些“小贴士”和“注意事项”,提醒你在实践中可能会遇到的问题,以及如何避免这些问题。这些细节之处,都体现了作者的用心良苦,也大大提升了阅读和学习的体验。

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这本书在内容编排上,我个人觉得非常科学和人性化,它充分考虑到了读者从入门到熟练的认知过程。开篇部分,作者非常细心地为完全陌生的读者构建了一个“认知框架”,从最宏观的概念入手,逐渐收窄到微观的硬件和软件细节。比如,在介绍单片机是什么时,它会将其与我们熟悉的电脑、手机进行类比,解释其核心功能和特点,避免了上来就陷入技术术语的泥潭。随后,它会循序渐进地引入硬件结构,如CPU、内存、I/O端口等,但讲解的方式非常生动,避免了晦涩难懂的专业描述。让我印象深刻的是,书中对“寄存器”的讲解,它没有直接给出复杂的表格和二进制码,而是将其比作单片机内部的“小抽屉”,每个抽屉都有特定的用途,而我们通过写入特定的数据到这些抽屉里,就可以控制单片机做事情。这种比喻,极大地降低了学习门槛。更重要的是,在每一章节的末尾,作者都会设计一些小练习或者思考题,促使读者将所学知识付诸实践,并进一步巩固理解。这些练习题,难度适中,不会让人产生挫败感,但又能有效地检验学习效果。我喜欢这种“学以致用”的学习模式,它让我感觉自己不是在被动地吸收知识,而是在主动地参与学习过程。

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这本书的结构设计得太巧妙了,它不是那种一股脑儿把所有知识堆在你面前的书,而是像搭积木一样,一点点构建起你的知识体系。一开始,它会带你认识最核心的“大脑”——单片机本身,讲它的组成,就像告诉你一个身体有心、肝、脾、肺、肾一样,让你有个整体概念。接着,它会深入到“神经系统”——输入输出端口,告诉你怎么给单片机“发号施令”,怎么接收它的“反馈”。最让我惊喜的是,书中没有回避那些看起来很“硬核”的部分,比如时钟、中断、定时器这些概念。但作者的处理方式非常高明,他不是直接抛出复杂的公式和原理,而是通过非常形象的比喻和生动的实验场景来解释。比如讲解定时器的时候,他会把它比作一个精确的“计时器”,告诉你它怎么精确地控制时间,然后怎么用它来实现各种“定时任务”,比如控制LED灯的闪烁频率,或者测量脉冲宽度。这让我一下子就明白了这些抽象概念的实际意义。而且,书中对于不同类型单片机的侧重讲解,也让我觉得非常实用。它并没有局限于某一个特定的型号,而是选择了几个在入门阶段比较常见且有代表性的型号进行深入剖析,让你在学习过程中,既能掌握通用的单片机原理,又能对具体型号的应用有所了解,为后续的学习打下坚实的基础。我尤其喜欢书中关于“中断”的章节,以前觉得中断是个很高深的概念,但作者通过一个“打断你正在做的事情去做另一件事”的例子,就把它讲得清晰明了,让我瞬间茅塞顿开。

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这本书在讲解过程中,非常注重培养读者的“解决问题”的能力,而不是简单地灌输知识。我最欣赏的一点是,它不会直接给你一个现成的答案,而是会引导你一步步地去思考,去分析问题,然后自己找到解决方案。比如,在讲解如何控制电机转速的时候,它会先让你思考,电机转速受哪些因素影响,如何才能精确地控制它。然后,它会介绍PWM(脉冲宽度调制)这种技术,并解释PWM是如何实现对电机转速的控制的。最后,它会提供一个基于PWM控制电机转速的示例代码,但这个代码并不是最终版本,它会引导你去思考,如何根据实际需求,对代码进行优化和修改,比如如何实现更平滑的调速,或者如何加入一个简单的用户界面来调节转速。这种“引导式”的学习方法,让我感觉自己像是在参与一个实际的开发项目,而不是在枯燥地背诵教材。每一次遇到问题,我都能主动地去查找资料,去尝试不同的方法,去分析代码的逻辑。这种解决问题的过程,让我对单片机的理解更加深入,也让我对自己解决问题的能力充满了信心。我发现,一旦掌握了解决问题的思路和方法,即使遇到新的、更复杂的单片机应用,我也能迎刃而解。

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作为一名在校大学生,我一直在寻找能够真正提升我实际操作能力的教材,而这本书可以说是完美地填补了这个空缺。在学校的课程中,我们虽然会接触到一些理论知识,但往往缺乏将理论与实践相结合的引导。这本书就恰恰弥补了这一点。它不仅仅是讲解枯燥的指令集和寄存器配置,更重要的是,它通过一系列精心设计的实验项目,将这些理论知识“活化”了。从最简单的“点亮一个LED”开始,到后面控制更复杂的硬件,比如数码管显示、键盘输入、甚至简单的传感器交互,每一步都循序渐进,让我感觉自己真的在“创造”东西。作者在讲解每个实验项目时,都会详细列出所需的硬件元件,以及详细的接线图,这对于初学者来说简直是福音。我不用再对着电路图发愁,可以直接按照图纸搭建电路。更重要的是,书中对每个代码段的讲解都非常到位,它会告诉你每一行代码的作用,以及为什么这样写。不像有些书,直接给一段代码,让你自己去琢磨。这本书还会引导你去思考,如果我想实现某个稍微复杂的功能,我应该怎么修改代码,怎么去组合这些基本的指令。这种“授人以渔”的方式,让我觉得受益匪浅。我感觉自己不再是被动地学习,而是主动地去解决问题,去实现自己的想法。通过这些实践项目,我对单片机在各种实际应用中的可能性有了更深的认识,比如在智能家居、工业控制等领域的应用,这让我对未来的学习和就业方向有了更清晰的规划。

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从这本书中,我学到了很多关于“工程化”的思维方式,这对于我理解单片机在实际项目中的应用至关重要。作者并没有把每一个程序都写得像个“玩具”,而是会融入一些实际项目开发的思路。比如,他会讲解如何进行代码的模块化设计,如何编写可读性强的注释,如何进行基本的错误处理,以及如何进行程序的调试。这让我意识到,写一个能跑的程序,和写一个易于维护、可靠的程序,是完全不同的概念。我记得书中有一个章节,讲解的是如何利用中断来处理多个并发的事件。作者并没有简单地给出解决方案,而是先分析了如果不使用中断,可能会遇到的问题,比如程序响应慢、逻辑混乱等。然后,他再引入中断的概念,并详细讲解了如何通过中断来优雅地解决这些问题。这个讲解过程,让我深刻体会到了良好的程序设计的重要性。此外,书中还会介绍一些常用的调试工具和技巧,比如如何使用串口打印信息来跟踪程序的执行流程,如何利用逻辑分析仪来观察信号的变化。这些实际的调试方法,对于我在遇到程序bug时,能够快速定位问题,并找到解决方案,起到了巨大的帮助。这本书就像一位经验丰富的工程师,在分享他的开发心得和实践经验,让我受益匪浅。

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