51单片机应用系统开发典型实例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国电力出版社

作者:戴佳

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2005-9

价格:39.0

装帧:平装

isbn号码:9787508335025

丛书系列:

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深入理解现代微控制器：从基础到前沿的系统设计与实践 本书旨在为电子工程、自动化、计算机科学以及相关领域的学生和专业工程师提供一套全面、深入且紧跟时代前沿的微控制器应用系统开发指南。我们聚焦于当前主流的、具有广泛应用前景的32位高性能微控制器架构，如ARM Cortex-M系列，并辅以必要的嵌入式系统理论知识，构建一个从底层硬件交互到上层应用软件实现的完整知识体系。 本书内容结构设计充分考虑了学习的渐进性和实践的有效性。我们摒弃了对特定、过时单片机平台的过度依赖，转而强调通用的嵌入式设计思维、模块化编程理念以及现代开发工具链的使用。 --- 第一部分：嵌入式系统与现代微控制器基础架构 本部分是理解后续复杂应用开发的基础。我们不讨论特定于早期的8位或16位平台的特性，而是直接切入现代嵌入式系统的核心要素。 1.1 嵌入式系统设计概论与发展趋势： 探讨嵌入式系统在物联网（IoT）、工业控制（IIoT）、消费电子等领域的角色演变。重点分析实时性要求、功耗约束、安全性和互联性（Connectivity）对系统架构选择的影响。 1.2 高性能32位内核架构剖析（以ARM Cortex-M为例）： 详细介绍Cortex-M系列内核的工作原理，包括流水线结构、寄存器组、特权模式（Handler Mode/Thread Mode）的切换机制。深入讲解内存保护单元（MPU）的作用及其在实现安全和稳定运行中的关键作用。 1.3 存储器系统与启动配置： 分析片上RAM（SRAM/DRAM）和非易失性存储器（Flash/EEPROM）的组织结构和访问时序。重点讲解启动序列（Startup Sequence）的完整流程，包括向量表初始化、堆栈设置以及C/C++运行时环境的初始化过程，这是程序正确运行的第一步。 1.4 时钟系统与低功耗管理： 深入讲解多级时钟源（外部晶振、内部RC振荡器、PLL锁相环）的配置与管理。详细阐述低功耗模式（Sleep, Stop, Standby）的进入与唤醒机制，并结合实际应用场景进行功耗优化设计案例分析。 --- 第二部分：核心外设的高级编程与驱动开发 本部分侧重于如何利用现代微控制器丰富且高性能的外设接口，实现高效的数据采集、处理与通信。 2.1 中断系统与实时事件处理： 详述嵌套向量中断控制器（NVIC）的优先级配置、抢占机制与子优先级设置。设计多个并发中断源的调度策略，并介绍如何使用中断服务程序（ISR）与主程序之间进行安全高效的数据交换（如使用队列或标志位）。 2.2 定时器/计数器的高级应用： 超越简单的周期性输出，本章着重讲解如何使用捕获/比较单元（Capture/Compare Unit）实现高精度脉冲宽度调制（PWM）在电机驱动和电源控制中的应用。讨论如何利用定时器构建精确的时间基准和软件延时机制。 2.3 模/数转换器（ADC）与数/模转换器（DAC）的精细控制： 重点关注多通道采样同步、采样保持（Sample and Hold）时序的精确控制，以及如何配置DMA（直接内存访问）通道，实现CPU无干预的高速连续数据采集，减轻CPU负担。DAC部分则侧重于波形生成（如三角波、正弦波）。 2.4 通用异步串行通信（UART/USART）的高级应用： 分析硬件流控（RTS/CTS）的配置与实际应用，探讨多设备通信（如半双工RS-485总线）的驱动设计，并介绍错误校验机制的软件实现。 --- 第三部分：现代通信协议栈与网络集成 本部分聚焦于嵌入式系统如何接入更广阔的网络环境，涵盖工业级和消费级主流通信协议。 3.1 同步串行通信（SPI与I2C）： SPI： 深入分析主/从模式的切换、多从设备的片选（CS）逻辑控制，并讨论如何优化SPI总线的传输效率。 I2C： 详细讲解时钟拉伸（Clock Stretching）、仲裁丢失处理机制，并设计一个用于配置外部EEPROM或传感器设备的I2C驱动库。 3.2 总线通信协议（CAN/LIN）： CAN总线： 重点讲解CAN协议的数据帧结构、位定时参数的计算（波特率匹配）、过滤器（Filter）的配置以实现特定报文的接收，适用于车载和工业控制网络。 LIN总线： 介绍其主/从结构、同步域管理以及调度表的实现，特别是在低成本子系统中的应用。 3.3 嵌入式网络通信基础（Ethernet与TCP/IP栈）： 介绍嵌入式以太网接口（如MAC+PHY结构）的初始化流程，包括MII/RMII接口配置。在此基础上，集成轻量级的TCP/IP协议栈（如LwIP），实现基础的Socket编程，进行数据上传和远程控制。 --- 第四部分：实时操作系统（RTOS）与软件架构设计 本部分是实现复杂、可维护性高的大型嵌入式系统的关键。 4.1 RTOS核心概念与任务管理： 深入解析任务的生命周期（创建、就绪、运行、阻塞、删除）。比较先占式调度（Preemptive Scheduling）与时间片轮转调度的优劣。 4.2 任务间通信与同步机制： 详述信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）与消息队列（Message Queue）在解决竞态条件和数据同步问题中的不同适用场景。特别分析优先级反转问题及其解决方案。 4.3 内存管理与软件模块化： 讨论RTOS中的动态内存分配（Heap Management）策略，以及如何设计模块化的软件架构，确保不同功能模块（如驱动层、业务逻辑层、通信层）之间的低耦合。 4.4 固件升级（FOTA/OTA）与存储管理： 设计安全的双备份（Dual Bank）固件更新机制，确保升级过程中系统仍能稳定运行。讲解Flash扇区管理和文件系统的初步概念在嵌入式系统中的应用。 --- 第五部分：系统调试、测试与工程实践 本部分强调从原型到量产所需的工程化技能。 5.1 调试工具链与高级调试技巧： 熟练使用JTAG/SWD接口进行硬件调试。重点讲解断点设置、观察点（Watchpoint）的使用，以及如何利用跟踪工具（Trace Tools）分析程序执行流程和实时变量变化。 5.2 性能分析与代码优化： 介绍如何使用性能分析工具（Profiler）定位代码中的性能瓶颈。讨论循环展开、位操作优化、以及缓存一致性对程序运行速度的影响。 5.3 软件单元测试与集成测试框架： 介绍如何在嵌入式环境中实施单元测试（Unit Testing），例如使用Google Test等框架的轻量化移植。设计集成测试用例，验证驱动程序与上层应用间的接口正确性。 5.4 嵌入式系统安全基础（可选章节）： 初步探讨软件层面的安全加固，包括输入数据校验、堆栈溢出保护（Stack Canary）、以及安全启动（Secure Boot）的基本概念。 --- 通过本书的学习，读者将不仅仅掌握某个特定微控制器的编程方法，而是能够快速适应新的、基于Cortex-M或同等级别高性能内核的开发平台，并具备设计、实现和调试复杂实时嵌入式系统的核心能力。本书的实践案例将围绕现代传感器接口、网络通信模块和实时控制算法展开，确保理论知识能迅速转化为实际工程能力。

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从技术选型的角度来看，这本书展现了作者对当前行业主流趋势的敏锐洞察力。它所选取的典型应用案例，都具有很强的代表性和前瞻性，涵盖了工业控制、智能家居等多个领域，确保了读者学到的知识在未来几年内依然具有很高的实用价值。我个人非常欣赏作者在介绍新外设或新接口技术时所采用的对比分析方法。比如，在讨论通信协议时，书中会清晰地比较RS-485与CAN总线在特定应用场景下的优劣势和适用范围，这有助于读者在未来的项目中做出更明智的技术选型决策，而不是盲目跟风。这种教人“如何思考”而非仅仅“如何操作”的教学方式，是区分优秀技术书籍和普通教程的关键所在。此外，书中对硬件选型和软件架构设计之间的相互影响也有深入的探讨，强调了软硬件协同设计的重要性，这对于培养全面的嵌入式系统工程师是极其有益的。

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我对这本书的整体阅读体验感到非常振奋，它完全打破了我以往对“教科书”那种枯燥乏味的刻板印象。作者的文笔流畅且富有感染力，仿佛在与一位经验丰富的前辈对话，而不是在被动地接收信息。尤其是在讲解那些需要抽象思维才能理解的概念时，作者常常会穿插一些非常贴近实际生产环境的“小技巧”和“避坑指南”，这些内容在官方手册里是找不到的，却是实际开发中决定项目成败的关键。举个例子，书中对某一个特定中断源的处理流程描述，不是简单地罗列中断向量地址，而是细致地分析了在不同系统负载下，采用轮询还是查询标志位的效率差异，这种对性能优化的关注点，显示出作者深厚的实战积累。此外，书中大量的代码示例，不仅仅是功能的堆砌，而是每一个模块都经过了精心的设计和测试，注释详尽到几乎不需要再依赖其他资料就能理解其意图。这种高质量的代码范例，极大地缩短了从理论到实践的转化时间，让人有种“学完就能用”的踏实感。

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这本书的排版和印刷质量相当不错，拿到手上就能感受到一种踏实的感觉。装帧设计虽然算不上惊艳，但胜在实用和经典，那种略带年代感的封面风格，反而让人觉得内容会非常扎实可靠。我特别欣赏它在章节划分上的逻辑性，从最基础的硬件连接到复杂的程序逻辑，层层递进，过渡自然得就像是专业工程师手把手带着你走。初学者拿到这本书，很容易就能找到自己的学习起点，而有一定基础的人，也能从中找到深化理解的切入点。特别是那些涉及到电路图和底层寄存器操作的部分，绘图清晰，标注明确，即便是复杂的电路结构，通过书中的图例也能一目了然，这在很多同类书籍中是难能可贵的。阅读过程中，我发现作者在叙述技术细节时，总能把握好理论深度和工程实践的平衡，既不会过度陷入晦涩的公式推导，也不会流于表面的功能介绍，而是恰到好处地将两者结合起来，让人在学到“是什么”的同时，也明白了“为什么是这样”。总的来说，这本书在物理呈现和内容组织上都体现出一种严谨的工匠精神。

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这本书在“应用系统开发”这一主题的诠释上，展现了极高的广度和深度。它不仅仅停留在对单一模块功能的展示上，而是着力于构建一个完整的、可工作的系统。例如，在涉及人机交互（HMI）的章节，它没有简单地介绍液晶驱动，而是深入探讨了如何优化显示刷新率以保证用户体验，以及如何处理触摸屏的去抖动算法，这些都是构成一个“系统”必不可少的环节。更值得称道的是，作者似乎对不同层次的读者都做了充分的考量。对于初学者，它提供了最稳妥的起步方案；对于经验丰富的工程师，它又巧妙地引入了一些高级主题，比如低功耗设计策略和实时操作系统（RTOS）的基本概念在资源受限环境下的应用适配。我特别喜欢其中关于“系统调试与故障排查”那一块内容的论述，它提供了一套系统性的诊断流程，而不是简单地给出几个可能出错的地址，这对于提升解决实际工程问题的能力至关重要。这本书更像是一份实战手册，而非纯粹的理论参考。

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这本书的叙事节奏处理得非常高明，它避免了大部分技术书籍常见的“信息轰炸”问题。作者似乎深谙学习曲线的规律，每深入一个新知识点前，都会有一个清晰的铺垫，回顾前置知识，并明确指出新知识点在整个系统中的作用和地位。这种结构化的讲解，使得学习过程保持了一种持续的连贯感和目标感。我感觉自己像是在进行一次有组织的探险，每完成一个章节的学习，都像是在地图上点亮了一个新的区域，对全局的理解也更加清晰。特别是那些涉及到实时性要求的应用实例，作者在描述如何通过合理调度和资源竞争来确保任务优先级时，所采用的比喻和类比非常形象生动，有效地降低了理解复杂时序逻辑的门槛。这本书的价值不在于提供了某一个特定问题的答案，而在于它为读者构建了一个处理、分析和解决“一类问题”的认知框架，这种能力上的迁移性，才是阅读一本经典技术著作最宝贵的回报。

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