单片机外围电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:沙占友

出品人:

页数:252

译者:

出版时间:2003-1

价格:23.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505384132

丛书系列:

图书标签:

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《智能系统嵌入式开发实战》图书简介 一、 内容概述与定位 本书并非探讨传统单片机硬件外围电路的搭建与优化，而是将焦点完全转向基于现代微控制器（MCU）与嵌入式系统的高级应用开发与软件工程实践。本书旨在填补理论学习与实际工业级项目需求之间的鸿沟，面向希望掌握如何利用强大的嵌入式平台构建复杂、可靠、可维护的智能系统的工程师、高级技术爱好者及相关专业学生。 全书内容紧密围绕“智能”与“实战”两大核心，深入剖析了从底层驱动到上层应用框架的完整开发流程，尤其强调现代嵌入式系统所必需的软件架构设计、实时性保障以及系统级互联能力。 二、 核心技术模块详解 本书内容结构清晰，划分为六大核心模块，确保读者能够系统化地掌握前沿的嵌入式开发技能： 模块一：现代微控制器架构深度解析与裸机优化 本模块将不再局限于基础的I/O配置，而是深入探讨高性能32位及以上级别MCU（如Cortex-M系列的高级内核）的内部机制。 流水线与中断机制深度优化： 详细分析中断向量表管理、优先级仲裁逻辑、延迟分析以及如何通过编程技巧最小化中断服务程序（ISR）的执行时间，确保关键任务的实时响应。 内存管理单元（MPU/MMU）应用： 阐述如何利用MPU/MMU对内存区域进行保护、权限划分，从而提升系统健壮性，尤其是在需要运行混合关键性等级代码的场景。 片上资源的高效利用： 重点讲解DMA（直接存储器存取）在数据高速传输中的高级配置，以及如何利用定时器/计数器的捕获、比较和脉冲宽度调制（PWM）的复杂模式来驱动高精度外设。 模块二：实时操作系统（RTOS）的原理与工程化应用 RTOS是构建复杂智能系统的基石。本模块将基于主流的RTOS内核（如FreeRTOS或特定厂商的RTOS），进行深入的软件工程实践。 任务调度与同步机制： 详述抢占式、协作式调度的原理，并重点讲解信号量、互斥锁、消息队列、事件组等同步原语的正确使用场景与陷阱规避（如死锁分析与预防）。 内存池与动态内存管理： 探讨RTOS环境下的内存碎片化问题，介绍内存池（MemPool）和动态内存分配策略，以保障系统在长期运行中的稳定性。 时间管理与低功耗设计： 讲解RTOS中的软件定时器管理，以及如何结合MCU的低功耗模式（如睡眠、停止、待机）与RTOS的任务状态切换，实现高效的能源管理方案。 模块三：嵌入式网络与通信协议栈实现 现代智能系统无不涉及数据互联。本模块聚焦于如何将MCU接入本地局域网或广域网，并确保通信的可靠性。 TCP/IP协议栈的移植与裁剪： 介绍轻量级TCP/IP协议栈（如LwIP）的集成过程，包括Socket编程接口的应用，以及针对资源受限设备的协议栈优化。 物联网（IoT）关键协议实践： 详细演示MQTT、CoAP协议的客户端实现与服务器对接流程，强调安全证书（TLS/SSL）在嵌入式设备上的集成与密钥管理。 工业与现场总线通信： 涵盖CAN总线（包括CANopen协议简介）和RS-485/Modbus协议在工业自动化场景中的软件驱动与数据解析。 模块四：嵌入式机器学习（TinyML）与传感器数据处理 这是本书体现“智能”特性的核心部分。我们关注如何在资源有限的MCU上部署和运行轻量级AI模型。 传感器数据采集与预处理： 深入讲解I2C、SPI接口驱动高精度传感器（如IMU、环境光、气体传感器）的底层软件实现，并进行数字滤波（如卡尔曼滤波）的应用。 模型量化与部署： 介绍如何将TensorFlow Lite for Microcontrollers等工具链集成到嵌入式开发流程中，讨论模型从浮点数到定点数的量化过程，以及内存占用和计算效率的权衡。 推理加速与边缘计算： 探讨利用MCU的DSP或NPU加速单元（如有）进行模型推理的软件配置方法，实现本地快速决策。 模块五：嵌入式Linux与跨平台驱动开发（针对更高级别SoC） 对于需要运行更复杂应用（如图形界面、多任务并行处理）的系统，本书会介绍如何利用Linux环境下的驱动开发范式。 设备树（Device Tree）的应用： 详细讲解如何编写和修改设备树文件来描述硬件拓扑，以及内核如何解析这些信息来初始化硬件。 字符设备与I/O控制： 演示如何编写Linux内核模块（LKM）以实现自定义的外设驱动，并通过ioctl接口与用户空间程序进行安全通信。 用户空间应用开发基础： 介绍如何使用标准C/C++库或Python等语言，通过系统调用或库接口（如libudev）来控制和监控底层硬件资源。 模块六：系统级可靠性、调试与持续集成 一个成功的智能产品必须是健壮且易于维护的。 故障检测与容错机制： 探讨看门狗（WDT）的配置、电源监控（POR/PVD）的使用，以及系统崩溃后的自动重启与状态保存机制。 固件空中升级（OTA）： 设计和实现安全的OTA升级方案，包括版本校验、分块传输、双备份分区（A/B Slot）机制，确保升级过程中的系统可用性。 自动化构建与版本控制： 引入CMake/SCons等构建系统，结合Git进行版本控制，并介绍CI/CD（持续集成/持续部署）流程在嵌入式项目中的初步应用，实现代码的自动化编译、测试与部署。 三、 适合读者 本书适合具备C语言基础，对微控制器有基本了解，并希望从基础的“点灯”阶段跨越到构建具备通信、数据处理和自主决策能力的智能嵌入式产品的工程师和高级学习者。通过大量的工程实例和代码模板，读者将能够直接应用于实际的工业控制、消费电子、物联网终端等领域。

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这本书给我留下了深刻的印象，虽然我购买它的初衷是为了深入了解单片机硬件设计，尤其是外围电路的搭建，但意外地，它在理论深度和实际应用之间找到了一个绝佳的平衡点。作者并没有仅仅停留在罗列各种外围芯片的 datasheet，而是以一种非常系统性的方式，将常见的单片机外围电路模块，如电源管理、信号调理、人机交互接口、通信接口等，逐一剖析。我尤其欣赏其中对这些模块工作原理的深入讲解，不仅仅是“是什么”，更是“为什么这么设计”，这对于我这种想要理解“根源”的读者来说，非常有帮助。例如，在讲解电源滤波部分，作者详细解释了不同类型电容在滤波电路中的作用机理，以及如何根据噪声特性选择合适的滤波元件，而不是简单地给出一个“万能”的电路图。这种深入的分析，让我能够举一反三，在面对新的设计需求时，能够更自信地进行电路选择和优化。而且，书中穿插了大量的实际案例，这些案例涵盖了从简单的LED驱动到复杂的传感器数据采集，从基础的按键输入到高级的无线通信模块集成，都提供了详细的电路图和元器件选型建议，这对于我这种动手能力强，喜欢边学边做的读者来说，无疑是极大的福音。我尝试着按照书中的指导，搭建了一个简单的温湿度采集模块，结果非常顺利，数据输出准确，这极大地增强了我继续深入学习的信心。书中的讲解语言流畅易懂，即使是对于一些相对复杂的概念，也能通过生动的比喻和图示，变得清晰明了，这让我感觉阅读过程非常愉快，而不是枯燥的学习。

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这本书带给我最直接的感受就是“实用性”和“前瞻性”。它并不是一本泛泛而谈的书，而是充满了具体的、可操作的设计指南。我尤其欣赏书中关于“信号完整性”的论述。在高速数字信号传输的时代，信号的完整性直接影响到系统的稳定性和可靠性。作者在这部分内容中，详细介绍了阻抗匹配、回流路径、串扰、过冲和下冲等概念，并提供了具体的PCB布线规则和仿真方法。我曾经因为PCB布线不当，导致高速ADC的采样数据出现严重的失真，当时花了很长时间才找到原因。如果我早点读到这本书，就能避免很多不必要的弯路。书中还对各种通信协议的外围电路设计进行了深入的剖析，例如CAN总线、RS485、以太网等，不仅仅是简单的协议介绍，而是深入到物理层接口电路的设计，包括信号电平转换、差分信号驱动、终端匹配等。这对于我这种需要进行各种嵌入式系统互联的开发者来说，是非常宝贵的知识。我尝试着按照书中的指导，设计了一个CAN总线接口电路，并与现有的设备进行了通信测试，结果非常理想，数据传输稳定可靠。而且，书中对新技术的引入也非常及时，例如对一些新型传感器和通信模块的介绍，让我能够及时了解到行业的发展趋势，并将其应用到我的设计中。这本书绝对是单片机外围电路设计领域不可多得的优秀教材。

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这本书绝对是单片机外围电路设计领域的一本“百科全书”式指南，它以一种非常易于理解和吸收的方式，系统地讲解了从基础到高级的外围电路设计知识。我最看重的是书中对于“调试技巧”的重视。很多读者在完成电路设计后，往往会陷入漫长的调试过程，而这本书为我们提供了一套系统性的调试方法论。作者详细介绍了如何使用示波器、逻辑分析仪等工具，来分析电路中的信号异常，如何定位硬件故障，以及如何进行软件配合调试。例如，在讲解ADC采集异常时，作者不仅仅给出了电路设计的建议，还详细说明了如何通过示波器观察采样波形，如何分析数字总线上的数据，从而快速定位是硬件问题还是软件问题。这对于我这种经常需要独立完成项目的人来说，是极其宝贵的经验。此外，书中还对各种“特殊应用”的外围电路进行了详细的讲解，例如电池管理、低功耗设计、加密模块接口等。这些都是在实际项目中经常会遇到的问题，而这本书能够提供非常详细的解决方案。我曾经在设计一款低功耗产品时，为了延长电池寿命而苦恼，阅读了本书关于低功耗设计的章节后，我学到了很多实用的技巧，例如如何选择合适的低功耗器件，如何设计高效的电源管理方案，以及如何优化软件的功耗策略。总的来说，这本书不仅教授了我“如何设计”，更教会了我“如何解决问题”，这对于我这样的学习者来说，具有非凡的价值。

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这本书的出版，着实让我在单片机外围电路设计的道路上找到了一个强有力的伙伴。作为一个资深的电子爱好者，我接触过不少关于单片机开发的书籍，但很多都侧重于软件编程，或者只是浅尝辄止地介绍一些硬件接口。而这本书，则完全聚焦于“外围电路”这个核心环节，并且做到了极致。我特别喜欢书中关于“接口匹配”的章节，这部分内容往往是新手在硬件设计中最容易出错的地方。作者通过大量的实例，详细阐述了不同单片机芯片与各种外围设备（如LCD、EEPROM、ADC、DAC、各类传感器）在信号电平、时序、驱动能力等方面的匹配问题，并提供了切实可行的解决方案。我曾经在项目开发中屡次栽跟头，就是因为忽略了接口匹配的细节，导致信号不稳定甚至硬件损坏。阅读了这本书后，我对这些潜在的风险有了更深的认识，并且学会了如何系统地进行接口设计和验证。另外，书中对“EMC/EMI”的探讨，虽然篇幅不算特别大，但却抓住了核心要点。在很多商业产品中，电磁兼容性是至关重要的一个环节，而这本书能够在这个层面上进行讲解，并且给出一些基础的设计原则和PCB布线建议，对于想要设计出合格产品的读者来说，是极其宝贵的。我尝试着将书中的一些PCB布局建议应用到我最近的一个项目中，确实发现电路的稳定性有所提升，抗干扰能力也增强了。总的来说，这本书不仅仅是教你如何连接元器件，更是教你如何“思考”和“设计”一个稳定可靠的单片机外围电路，这对于提升设计能力非常有帮助。

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坦白说，我刚拿到这本书时，并没有抱有多大的期望，毕竟市面上关于单片机外围电路的书籍琳琅满目。但当我翻开它，并深入阅读其中的内容后，我完全被它所展现出的深度和广度所折服。作者在讲解时，并没有回避那些“难懂”的细节，反而将其分解，并通过精心设计的图示和表格，让复杂的电路原理变得一目了然。我特别喜欢书中关于“电源完整性”的章节。在实际的嵌入式系统设计中，一个稳定可靠的电源是所有电路正常工作的基础。本书系统地讲解了从低压差线性稳压器（LDO）到开关电源（SMPS）的选型、设计和优化，以及如何处理电源噪声和纹波。作者甚至还探讨了PCB电源层和地层的设计原则，以及如何通过去耦电容的合理布局来抑制高频噪声。这些内容对于很多教科书来说都是非常超前的，但对于实际的硬件工程师而言，却是必不可少的知识。我曾经在自己的项目中遇到过电源不稳定的问题，导致整个系统时常重启，当时束手无策。阅读了这本书的电源章节后，我茅塞顿开，找到了问题的根源，并最终解决了它。此外，书中还对各种传感器接口，如I2C、SPI、UART、ADC等，进行了详细的解析，不仅仅是接口的定义，更重要的是如何根据不同的应用场景，选择合适的接口模式，并进行数据采集和处理。这种深入的分析，让我不再是简单地“调用”接口，而是真正理解了接口背后的工作机制。

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