单片机原理与接口技术

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出版时间:1900-01-01
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isbn号码:9787115010148
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  • 单片机
  • 原理
  • 接口技术
  • 嵌入式系统
  • 微控制器
  • 电子技术
  • 数字电路
  • C51
  • 汇编语言
  • 硬件设计
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具体描述

《单片机原理与接口技术》是一本深入探讨微控制器(单片机)工作原理及其周边硬件接口设计的专业书籍。本书旨在为读者提供全面而系统的知识体系,帮助他们理解单片机内部结构、指令系统、中断机制、定时器/计数器、串行通信等核心概念,并在此基础上,详细讲解如何通过各种接口技术将单片机与外部世界进行高效、可靠的交互。 核心内容涵盖: 一、单片机系统基础: 微控制器概述: 详细介绍单片机的定义、发展历程、分类(如8051系列、AVR系列、ARM系列等),以及其在现代电子设备中的广泛应用。重点阐述单片机作为嵌入式系统核心的地位和作用。 单片机内部结构: 深入解析典型单片机(以广泛应用的8051系列为例,并辅以现代高性能单片机的介绍)的核心组成部分,包括中央处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入/输出(I/O)端口、定时器/计数器、中断控制器、串行通信接口(UART/USART)、模拟数字转换器(ADC)、数字模拟转换器(DAC)等。详细阐述各部分的逻辑功能和工作原理。 指令系统与寻址方式: 详细介绍单片机的指令集,包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、位操作指令、跳转指令、调用指令等。深入分析各种寻址方式(如立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器间接寻址、基址变址寻址等)的特点和应用场景。 程序存储与执行: 讲解程序存储器的类型(如ROM、Flash ROM),程序如何被加载到存储器中,以及CPU如何按照程序顺序执行指令。 二、单片机关键技术详解: 中断系统: 详细阐述中断的概念、中断源(内部中断、外部中断)、中断优先级、中断服务程序的编写、中断响应过程以及中断嵌套。深入分析中断在提高系统效率和实时性方面的重要作用。 定时器/计数器: 讲解单片机内部定时器/计数器的工作模式(如定时模式、计数模式、PWM生成模式等),如何配置定时器/计数器来实现延时、定时、脉冲测量、波形生成等功能。 串行通信: 详细介绍单片机常用的串行通信接口,如UART/USART,重点讲解异步串行通信的原理(起始位、数据位、校验位、停止位)、波特率的设置、数据发送与接收流程。同时,会介绍同步串行通信(如SPI、I2C)的基本原理和应用。 并行接口: 讲解单片机并行I/O端口的工作原理、数据输入输出的控制方式,以及如何通过并行接口连接各种外围设备,如LED显示器、键盘矩阵等。 三、常用接口技术与外围设备连接: I/O端口扩展: 介绍如何通过常用的I/O扩展芯片(如8255、74HC595、PCF8574等)来扩展单片机的I/O端口数量,以满足更复杂的硬件连接需求。 键盘接口技术: 详细讲解如何连接矩阵键盘,包括按键扫描原理、消抖动处理以及如何通过软件或硬件方式识别按键输入。 显示器接口技术: 涵盖LED数码管的显示原理、驱动方式(段选、位选),LCD液晶显示器的接口原理(字符型LCD、图形LCD),以及如何将数据和文本显示在屏幕上。 A/D和D/A转换接口: 深入讲解模拟信号与数字信号之间的转换原理,介绍常用的ADC(如ADC0804、ADS1115)和DAC(如DAC0808)芯片的工作方式、连接方法和应用。 存储器扩展: 讲解如何扩展外部RAM(如SRAM)和ROM(如EEPROM、Flash)以增加系统的存储容量,重点阐述地址总线、数据总线和控制信号的配合。 其他常用接口: 可能会涉及红外通信、无线通信(如NRF24L01)、CAN总线、USB接口等常用通信接口技术的原理和应用。 四、实践应用与开发调试: 开发环境与工具: 介绍常用的单片机开发环境(IDE)、集成开发工具(如Keil MDK、IAR Embedded Workbench)、编译器、汇编器、仿真器等。 软件编程: 强调C语言和汇编语言在单片机开发中的应用,讲解如何编写高效、可靠的嵌入式软件。 硬件设计: 介绍单片机最小系统的设计原理,包括晶振、复位电路、电源电路等关键部分的配置。 调试方法: 传授单片机程序调试的常用技巧,包括使用仿真器进行单步执行、断点设置、寄存器查看等。 本书内容丰富,逻辑清晰,从基础理论到实际应用,循序渐进,力求使读者能够扎实掌握单片机技术,并具备独立设计和开发基于单片机的嵌入式系统的能力。

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读后感

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用户评价

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这本书对于实际项目开发中的一些常见问题和解决方案也有深入的探讨。例如,在讲解代码调试时,它介绍了一些常用的调试技巧和工具,如断点、单步执行、查看寄存器等,这些都对于我独立完成项目非常有帮助。我记得有一次,我在调试一个传感器数据采集程序时,遇到了一些难以捉摸的bug,正是书中关于调试方法的介绍,让我能够系统地分析问题,并最终找到了解决办法。此外,书中还提供了一些关于电源管理、抗干扰等方面的设计建议,这些都是在实际项目中经常会遇到的问题,而书中提供的解决方案,能够帮助我避免很多不必要的麻烦。这本书不仅教我技术,更教我如何成为一名合格的工程师。

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这本书的理论深度和实践广度结合得非常完美。它不仅仅是停留在概念的介绍,更是将理论知识落地到实际应用中。比如,在讲解定时器/计数器时,它不仅解释了定时器的基本原理,还提供了如何利用定时器实现延时、脉冲输出、PWM(脉冲宽度调制)等功能。特别是PWM的讲解,让我理解了如何通过控制脉冲的占空比来实现电机的调速或者LED的亮度调节,这在很多实际项目中都非常实用。书中还详细介绍了中断的概念和应用,解释了中断响应的流程以及如何编写中断服务程序。我记得我在尝试实现一个需要快速响应外部事件的项目时,正是书中关于中断的详细讲解,帮助我解决了关键的技术难题。它还深入探讨了ADC和DAC(数模转换器)的工作原理和应用,让我能够理解如何将模拟信号转换为数字信号进行处理,以及如何将数字信号转换为模拟信号输出。例如,书中提供的读取温度传感器的例子,让我能够清晰地看到ADC在实际项目中的价值。

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我非常欣赏这本书在代码示例方面的严谨性和实用性。它提供的所有代码示例都是经过精心设计的,清晰易懂,并且能够直接在实际硬件上运行。书中使用的汇编语言和C语言代码都很规范,注释也十分详细,让我能够很容易地理解每一行代码的含义和作用。我曾经尝试着自己去写一些代码,但总是会遇到各种各样的问题,而这本书中的示例代码就像是一本“秘籍”,让我能够快速掌握编程技巧,并且避免了很多常见的错误。特别是书中针对不同外设的驱动代码,非常具有参考价值,我经常会从中借鉴,然后根据自己的项目需求进行修改和优化。我记得有一次,我在调试一个驱动SPI接口的设备时,书中的代码示例给了我非常大的启发,让我很快就找到了问题所在,并且成功实现了通信。这本书不仅仅是教你如何编写代码,更是教你如何思考问题,如何设计出高效、可靠的程序。

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这本书的理论讲解深入浅出,易于理解。作者并没有因为是技术书籍而使用过于晦涩难懂的专业术语,而是尽可能地用通俗易懂的语言来解释复杂的概念。即使是对于没有多少单片机基础的读者,也能通过阅读这本书,逐步建立起对单片机的清晰认识。我记得在讲解逻辑运算时,作者用了一些非常形象的比喻,让我一下子就明白了与、或、非、异或等逻辑运算的含义。同时,书中也并没有因为追求易懂而牺牲理论的严谨性,对于每一个概念的解释都力求准确和全面。我经常会回头翻阅书中的一些基础知识,因为它们是理解更复杂内容的基础。这本书就像是一位循循善诱的老师,它不会让你感到压力,而是让你在轻松愉快的氛围中掌握知识。

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这本书的作者在编写过程中,显然是花费了大量的心血。从内容的选择、讲解的深度,到代码的编写、图示的绘制,每一个细节都体现了作者的专业性和严谨性。我能够感受到作者是站在读者的角度,去思考如何才能让读者更容易地理解和掌握单片机的知识。这本书的每一个章节都经过了精心的打磨,质量非常高。我曾经在阅读其他技术书籍时,遇到过内容陈旧、错误百出的情况,但在这本书中,我从未发现过类似的问题。这本书是我学习单片机过程中最得力的助手,它为我打下了坚实的基础,也为我未来的学习和工作指明了方向。

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这本书在接口技术方面的内容更是让我大开眼界。之前我总是觉得各种传感器、执行器、通信模块之间怎么能互相交流,这本书简直是解开了我的困惑。它详细介绍了各种常用的接口,比如GPIO(通用输入输出)、UART(通用异步收发器)、SPI(串行外设接口)、I2C(集成电路总线)等。对于每一种接口,它不仅解释了其工作原理和时序图,还提供了详细的硬件连接方法和相应的软件配置代码。我印象最深刻的是关于UART的讲解,书本详细阐述了串口通信的各个参数,如波特率、数据位、停止位、校验位等,以及它们是如何影响通信效率和准确性的。当我按照书中的指导,用两个单片机通过UART进行通信时,看着数据在它们之间准确无误地传输,那种成就感简直难以言喻。书中关于SPI和I2C的讲解也非常深入,特别是对于如何驱动LCD显示屏、读取ADC(模数转换器)数据等实际应用案例,让我学到了如何在复杂的硬件环境中进行有效的通信和数据采集。我曾经为了让一个传感器的数据能够被单片机正确读取,翻阅了无数资料,而这本书中的实例让我少走了很多弯路,它提供了完整的思路和关键的代码片段,让问题迎刃而解。

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这本书在知识点的组织和逻辑结构上做得非常出色。它从最基本的概念开始,逐步深入到更复杂的原理和技术。每一章的内容都紧密联系,前后呼应,形成了一个完整的知识体系。这种循序渐进的学习方式,让我能够一步一个脚印地掌握单片机的知识。我尤其欣赏它在介绍某个新技术或者新概念时,都会先回顾一下相关的基础知识,帮助我巩固理解。例如,在介绍嵌入式实时操作系统(RTOS)时,它首先回顾了多任务的概念和进程切换的原理,这让我能够更容易地理解RTOS的设计思想。这本书的结构安排,就像是一本精心编排的教材,让学习过程流畅而高效,每一页都充满了知识的宝藏。

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这本书的排版和图示也非常出色。每一页的布局都非常清晰,重点内容用粗体字或者不同的颜色标示出来,方便读者快速抓住关键信息。大量的流程图、时序图、电路图等图示,将复杂的原理和概念形象地展现出来,极大地提高了学习效率。我特别喜欢书中关于微处理器架构的图示,它将CPU、内存、I/O端口等组件之间的关系清晰地呈现出来,让我对整个系统的运作有了更直观的认识。另外,书中对于各种接口的时序图的绘制也非常专业,让我能够准确理解数据传输的时机和控制信号的配合。我经常会把书中的图示作为参考,在我遇到硬件连接问题或者通信异常时,这些图示都能帮助我快速定位问题。这种图文并茂的学习方式,让我在学习过程中倍感轻松和高效。

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这本书简直是打开了我单片机世界的大门!作为一名初学者,我之前对单片机只停留在“能控制小灯闪烁”的模糊概念上。拿到这本书后,我迫不及待地翻阅起来。首先,它对单片机基本原理的讲解非常到位,从最基础的二进制、八进制、十进制转换,到CPU的工作流程,逻辑门电路的原理,再到各种寄存器的作用,都讲得非常透彻,而且循序渐进,一点都不会让你觉得枯燥乏味。我尤其喜欢它在讲解CPU时,引入了图示和类比,比如将CPU比作大脑,指令寄存器比作大脑中的待办事项清单,极大地降低了理解难度。此外,书中对于存储器的类型,如RAM、ROM、FLASH的介绍也十分清晰,并详细解释了它们各自的特点和应用场景,这对我理解单片机如何存储程序和数据至关重要。我记得当时为了理解存储器寻址,我反复看了好几遍,结合书中的例子,才恍然大悟。而且,书中对指令集的介绍也并非简单的罗列,而是分类讲解,并提供了大量的汇编语言示例,这些示例简洁明了,极具参考价值,让我能够快速上手编写自己的第一段汇编程序。这本书的结构安排非常合理,每一章都承接上一章的内容,让学习过程更加顺畅。

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总而言之,这本书是一本不可多得的单片机学习宝典。无论你是初学者,还是有一定基础的工程师,都能从中获益匪浅。它不仅系统地介绍了单片机的基本原理和接口技术,更重要的是,它将理论与实践紧密结合,提供了大量的实例和代码示例,帮助读者快速上手,解决实际问题。我非常庆幸能够读到这本书,它为我打开了通往嵌入式世界的大门,也让我对单片机技术产生了浓厚的兴趣。我强烈推荐这本书给所有对单片机感兴趣的朋友们,相信它一定会给你带来惊喜和收获。这本书的内容之丰富,讲解之透彻,实用性之强,都让我印象深刻,它绝对是值得我反复研读和珍藏的书籍。

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