单片机原理与应用

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出版者:北京大学
作者:高宇
出品人:
页数:221
译者:
出版时间:2007-4
价格:24.00元
装帧:
isbn号码:9787301099667
丛书系列:
图书标签:
  • 单片机
  • 原理
  • 应用
  • 嵌入式系统
  • 电子工程
  • 微控制器
  • C语言
  • 汇编语言
  • 硬件设计
  • 实践教程
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具体描述

本书以MCS-51单片机为背景,介绍单片机的原理与应用。从初学者的角度出发,由浅入深地介绍单片机的硬件系统、组成原理、指令系统。以掌握实际操作能力为目标,对汇编语言程序设计、单片机系统扩展、实用接口电路设计和应用实例方面进行了较为细致的讲述。

为了提高读者的应用能力,在各章中安排了相关的应用实例,使读者全面了解实际应用的全过程,提高学习自信心和创新能力。

全书分为9章,主要内容包括:单片机概述、单片机组成、单片机汇编语言程序设计、单片机的计数/定时器和中断系统、并行接口技术、单片机外部设备接口技术、串行接口与串行通信技术、最新单片机实用开发工具、单片机开发系统应用技术。

本书既可作为高校、高职院校的自动化、电气技术、计算机应用、机电一体化等专业的教学用书,亦可作为从事与单片机应用与产品开发相关的技术人员参考用书。

《嵌入式系统设计实战:从基础到高级应用》 本书旨在为读者提供一套全面、深入的嵌入式系统设计实践指南。它将带领读者从最基础的嵌入式概念出发,逐步构建起坚实的理论基础,并通过大量实际项目案例,将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。本书强调实践性,通过清晰的步骤和详尽的代码示例,帮助读者掌握嵌入式系统的开发流程、核心技术和调试技巧,最终能够独立完成复杂的嵌入式项目。 核心内容概述: 第一部分:嵌入式系统基础知识与开发环境搭建 1. 嵌入式系统概述: 深入解析嵌入式系统的定义、特点、组成部分(硬件、软件、操作系统)以及在现代社会中的广泛应用领域,如消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备、物联网等。本章节将帮助读者建立对嵌入式系统整体的认知框架。 2. 微处理器与微控制器基础: 详细介绍微处理器的核心架构(CPU、内存、I/O接口、总线等)和工作原理。重点讲解微控制器(MCU)作为嵌入式系统核心的优势,对比不同类型的MCU(如ARM Cortex-M系列、AVR、PIC等),分析其在性能、功耗、成本和外设集成度方面的差异。 3. 开发工具链与环境搭建: 引导读者熟悉嵌入式开发常用的集成开发环境(IDE),如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、VS Code结合PlatformIO等。详细介绍交叉编译器的安装与配置、调试器(JTAG/SWD)的使用方法,以及版本控制工具(如Git)在团队协作中的重要性。 4. C语言在嵌入式开发中的应用: 强调C语言作为嵌入式开发主流语言的地位,回顾C语言的指针、内存管理、位操作、结构体和联合体等关键特性,并通过大量嵌入式相关的代码示例,演示如何高效地使用C语言进行硬件抽象、驱动开发和应用逻辑编写。 第二部分:嵌入式硬件交互与驱动开发 1. GPIO(通用输入输出)接口编程: 详细讲解GPIO的工作原理,包括输入模式(上拉、下拉、高阻)、输出模式(推挽、开漏)的配置。通过实例演示如何控制LED闪烁、读取按键状态,以及实现简单的开关量输入输出控制。 2. 中断系统与事件驱动: 深入剖析中断的概念、中断向量表、中断优先级和中断服务程序(ISR)的编写。讲解如何利用外部中断、定时器中断等实现对外部事件的实时响应,以及如何避免中断处理中的常见错误。 3. 定时器/计数器应用: 详细介绍嵌入式系统中定时器/计数器的各种工作模式,如定时、计数、PWM(脉冲宽度调制)生成等。通过实际案例,展示如何利用定时器实现精确延时、周期性任务调度、步进电机控制、DAC(数模转换)输出等。 4. ADC(模数转换器)与DAC(数模转换器)接口: 讲解ADC的采样原理、分辨率、转换速率等参数,以及如何配置ADC进行模拟信号的采集,如读取温度传感器、电位器等。介绍DAC的输出原理,以及如何利用DAC生成模拟信号,例如音频播放或波形生成。 5. 通信接口协议与驱动开发: UART(通用异步收发传输器): 介绍UART的通信原理、波特率、数据格式(起始位、数据位、停止位、校验位)配置。演示如何通过UART实现与PC或其他设备的串行通信,例如上位机调试、数据传输。 SPI(串行外设接口): 讲解SPI总线的时序(时钟、主从模式、数据移位)和通信协议。通过实例展示如何驱动SPI接口的传感器(如加速度计、陀螺仪)、显示屏(如OLED、LCD)或存储器(如SD卡)。 I2C(集成电路互联): 介绍I2C总线的两线制通信方式、地址寻址机制和 ACK/NACK 确认机制。演示如何与I2C接口的传感器(如温湿度传感器、光敏电阻)、EEPROM存储器进行通信。 6. 内存管理与存储器接口: 讲解嵌入式系统中常见的存储器类型,如RAM、ROM、Flash、EEPROM,以及它们在嵌入式系统中的作用。介绍如何进行外部存储器的接口设计和驱动开发,包括SD卡、NAND Flash等。 第三部分:嵌入式操作系统(RTOS)与高级应用 1. 嵌入式操作系统(RTOS)概念与原理: 引入实时操作系统(RTOS)的概念,阐述其在多任务调度、资源管理、中断处理、同步与互斥等方面的优势。介绍RTOS的核心组成,如任务(Thread)、信号量(Semaphore)、互斥锁(Mutex)、消息队列(Message Queue)、事件标志组(Event Flags)等。 2. RTOS任务管理与调度: 详细讲解RTOS中的任务创建、删除、挂起、恢复等操作。深入分析常见的调度算法,如固定优先级调度、轮转调度、优先级继承等,并指导读者如何根据应用需求选择合适的调度策略。 3. RTOS通信机制与同步: 重点讲解RTOS提供的各种进程间通信(IPC)机制,包括共享内存、消息队列、事件标志组等,以及它们在任务间数据交换和协同工作中的应用。深入阐述互斥锁和信号量的使用场景,讲解如何防止竞态条件和死锁。 4. RTOS在实际项目中的应用: 通过多个实际项目案例,展示RTOS在复杂嵌入式系统中的应用。例如: 数据采集与处理系统: 利用RTOS实现多个传感器数据的实时采集、滤波和存储,并通过通信接口将数据发送至云端或上位机。 实时控制系统: 结合PID控制算法,利用RTOS的高精度定时和任务调度能力,实现对电机、舵机等执行器的精确控制。 用户界面(UI)开发: 结合图形库和RTOS,实现嵌入式设备上的图形用户界面,支持触摸屏交互、菜单显示等功能。 网络通信(TCP/IP, MQTT): 介绍嵌入式设备如何接入互联网,利用TCP/IP协议栈进行通信,或通过MQTT协议实现与物联网平台的连接,进行数据上传和远程控制。 第四部分:嵌入式系统调试、测试与优化 1. 调试技巧与工具: 详细介绍硬件调试器(JTAG/SWD)的断点设置、单步执行、变量查看、内存查看、寄存器查看等高级调试技巧。讲解printf重定向、逻辑分析仪、示波器等辅助调试工具的使用。 2. 嵌入式软件测试: 探讨嵌入式软件测试的重要性,介绍单元测试、集成测试、系统测试的方法和流程。讲解如何编写测试用例,模拟各种输入条件,验证软件的正确性和鲁棒性。 3. 性能优化与功耗管理: 提供嵌入式系统性能优化和功耗管理的常用策略,包括代码优化(算法改进、编译器优化选项)、资源管理(内存复用、避免不必要的开销)、低功耗模式的应用等。 本书内容层次分明,由浅入深,从硬件原理到软件开发,再到操作系统和高级应用,力求为读者提供一个完整的嵌入式系统设计学习路径。本书的编写风格注重实践,力求语言通俗易懂,代码示例清晰规范,旨在帮助读者快速掌握嵌入式开发的核心技能,并具备独立解决实际嵌入式工程问题的能力。

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读后感

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用户评价

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这本书的排版和整体设计风格,也充分体现了作者对读者阅读体验的重视。不像有些技术书籍,内容堆砌得密不透风,读起来非常吃力,《单片机原理与应用》的版面布局相当舒朗有致。关键概念和术语都会用粗体或不同的颜色加以区分,使得信息层级非常清晰。我在阅读过程中,发现那些复杂的汇编语言指令集部分,作者采用了表格的形式进行整理,并配有简短的助记符解释,这比纯文字描述要高效得多。而且,书中的图表质量非常高,无论是电路原理图还是程序流程图,线条清晰,逻辑分明,即便是初次接触这些图示的人也能迅速抓住重点。这种注重视觉友好性的编辑处理,极大地减少了长时间阅读带来的视觉疲劳。坦白说,有些参考资料虽然内容详实,但如果阅读体验极差,我可能根本坚持不下来。这本书的设计,让我感觉学习过程本身就是一种享受,它成功地将原本枯燥的技术内容,包装成了一个可以轻松吸收的知识载体。

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我一直认为,学习嵌入式系统,光有理论是不够的,动手能力才是王道。而这本《单片机原理与应用》在实践环节的处理上,简直可以说是教科书级别的范例。它不仅仅停留在简单的“点灯”程序上,而是逐步深入到传感器接口、数据采集以及简单的上位机通信等领域。最让我眼前一亮的是书中关于ADC(模数转换器)的章节,作者没有使用那种一笔带过的方式,而是详细拆解了采样保持电路的工作原理,并给出了在不同工作模式下如何通过软件精确控制转换过程的流程图和代码实现。这对于我后续进行温湿度数据采集的项目至关重要。更难得的是,书中对常用外设的驱动程序进行了模块化封装,这在实际工程开发中是非常重要的习惯。我得以从中学习到如何组织代码结构,如何编写清晰的头文件和源文件,而不是将所有东西都塞进一个`main`函数里。书中提供的配套实验指导,步骤清晰,所需元件列表明确,让我省去了自己摸索实验步骤的大量时间。可以说,这本书不仅仅是一本原理书,它更像是一位经验丰富的工程师手把手带你走进真实的项目开发流程,确保你学到的不仅仅是知识点,更是解决实际问题的能力。

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从另一个角度来看,这本书在对底层硬件细节的描述上,展现出了一种严谨的学术态度和对工程准确性的追求。我之前看过一些偏向于应用层面的书籍,它们往往会为了图快而跳过一些关键的时序细节,这在追求高性能或高稳定性的项目中是致命的。然而,在《单片机原理与应用》中,作者对于诸如I/O端口的推挽、开漏结构差异,以及SRAM和SFR(特殊功能寄存器)的地址映射逻辑,都进行了详尽的图示和文字阐述。特别是对串行通信(UART)的波特率计算公式推导过程,书中给出了清晰的数学依据,这让我终于明白了为什么不同的晶振频率需要不同的设置值,而不是简单地记住几个“魔数”。这种对“为什么”的深度挖掘,极大地满足了我作为一个技术人员的好奇心和对系统底层运作机制的探究欲。这种对细节的把控,保证了读者在遇到复杂问题时,能够通过查阅本书,迅速定位到是硬件初始化配置错误还是软件逻辑冲突,而不是盲目地修改代码。对于想要深入理解芯片工作机制,而非仅仅停留在“会用”层面的读者,这本书的价值是无法估量的。

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我必须强调一下本书在面向未来趋势方面所展现的远见。虽然它以经典的51系列单片机为基础进行讲解,但作者并未将其局限于过时的技术栈中。在全书的最后部分,专门辟出了一章来对比分析了基于ARM内核的微控制器(如STM32)的架构特点和优势。这种横向的对比分析,对于我们这些正处于职业转型期的工程师来说,提供了宝贵的参考视角。它清晰地指出了从传统8位机向32位高性能嵌入式系统迁移的关键技术点,例如流水线操作、特权级管理以及存储器的组织方式等。这使得本书不仅仅是一本“入门指南”,更像是一座连接经典技术与现代嵌入式开发领域的桥梁。读者可以先通过51系列打下坚实的“位操作”和“资源受限编程”的基础,再无缝地过渡到更复杂、更强大的平台。这种结构化的知识延伸路径,确保了读者学到的知识具有长远的生命力和适应性,而不是学完就过时的工具手册。这本书的价值,在于它培养的不仅仅是操作者,更是具有系统性思维的工程师。

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这本《单片机原理与应用》真是让我醍醐灌顶,特别是对那些理论书籍望而生畏的朋友来说,它简直就是一座灯塔。我记得我刚开始接触单片机时,看到那些密密麻麻的寄存器和时序图就头大,感觉自己永远也无法将那些冰冷的数字和抽象的指令串联起来。这本书的厉害之处就在于,它没有一上来就抛出复杂的概念,而是非常耐心地从最基本的电子学原理讲起,仿佛在为一个零基础的新手搭建知识的阶梯。我尤其欣赏作者在讲解中断和定时器这些核心模块时所采取的“情景代入”法,他不是简单地告诉你“这个寄存器用来干嘛”,而是会构建一个具体的应用场景,比如如何用定时器精确控制一个LED灯的闪烁频率,或者如何利用外部中断来实时响应一个按键的按下。这种教学方式极大地降低了初学者的学习门槛,让我不再觉得单片机是高不可攀的“黑箱”,而是可以亲手去掌控和实现的工具。书中的代码示例也非常实用,简洁明了,不像有些教材那样冗长晦涩,直接拿来就能在开发板上跑起来验证效果,这种即时反馈的学习体验,是任何枯燥的理论讲解都无法比拟的。看完前几章,我对8051架构的理解已经比我之前啃了好几本参考手册都要清晰透彻,这本教材的实操指导性,绝对是市面上少有的精品。

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