单片机原理与程序设计实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安电子科技大学出版

作者:于殿泓

出品人:

页数:206

译者:

出版时间:2007-8

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787560618593

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 原理
• 程序设计
• 实验
• 教程
• 嵌入式系统
• 电子技术
• C语言
• STC
• 51单片机

《嵌入式系统设计与实践：从理论到应用》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且高度实践性的嵌入式系统设计与实现教程。它不仅仅关注特定微控制器（如51、STM32或ARM Cortex-M系列）的编程细节，而是致力于构建一个系统的、跨平台的嵌入式思维框架，帮助工程师和高级学生掌握从硬件底层交互到复杂软件架构构建的全过程。全书结构紧凑，理论与实践紧密结合，覆盖了现代嵌入式系统开发中的核心技术栈。 第一部分：嵌入式系统基础与硬件抽象 本部分奠定坚实的理论基础，深入剖析现代嵌入式系统的基本架构和核心组件。 第一章：嵌入式系统概述与发展趋势 本章首先界定嵌入式系统的定义、特征与分类，对比传统计算机系统与嵌入式系统的核心差异。重点讨论了当前嵌入式领域的热点技术，如物联网（IoT）边缘计算、实时操作系统（RTOS）的普及、以及异构计算架构的兴起。同时，分析了功耗优化、安全性和OTA（空中下载）更新技术在现代嵌入式产品中的重要性。 第二章：微处理器/微控制器体系结构深度解析 本章将不再局限于单一指令集，而是对比分析RISC（精简指令集）与CISC（复杂指令集）的原理，并着重讲解主流的ARM Cortex-M内核的流水线、寄存器组、中断向量表和存储器映射机制。详细阐述了存储器层次结构（Cache、SRAM、Flash）的工作原理及其对程序性能的影响。此外，引入内存保护单元（MPU）的概念，为后续实时性与安全性打下基础。 第三章：高效的硬件接口与底层驱动 本章聚焦于如何高效地与外部世界进行数据交互。内容涵盖通用输入/输出（GPIO）的高级配置，如推挽、开漏、上下拉电阻的选择与应用场景。重点剖析了串行通信协议的精髓： UART/USART： 异步通信的波特率计算、奇偶校验的实现与错误处理。 SPI（Serial Peripheral Interface）： 主从模式的选择、时钟极性（CPOL）与相位（CPHA）的四种模式详解，以及如何实现高速数据突发传输。 I2C（Inter-Integrated Circuit）： 总线仲裁机制、多主站寻址、以及如何驱动EEPROM和传感器等常见从设备。 第四章：中断、定时器与实时性保证 本章是理解系统实时性的关键。详细讲解了中断服务程序（ISR）的设计原则，包括如何最小化ISR的执行时间、如何安全地在中断与主循环间传递数据（如使用队列或标志位）。定时器模块的讲解超越了简单的方波生成，深入到PWM（脉冲宽度调制）在电机控制和电源管理中的应用，以及如何利用低功耗定时器实现精确的事件调度。 第二部分：嵌入式软件架构与操作系统 本部分侧重于软件工程在嵌入式环境中的实践，特别是引入实时操作系统（RTOS）来管理复杂任务。 第五章：嵌入式C语言的高级特性与代码优化 本章强调嵌入式开发中C语言的特殊要求。内容包括：易失性（`volatile`）关键字的精确理解与使用场景、位操作（Bitwise Operations）的效率优势、结构体（Struct）的内存对齐与填充问题、以及函数指针和回调机制在驱动框架中的应用。同时，提供一套成熟的工具链（编译器、链接器）使用技巧，指导读者进行代码大小和执行效率的优化。 第六章：实时操作系统（RTOS）核心概念 本章系统介绍RTOS的核心价值——确定性与多任务管理。深入讲解了任务（Task）的状态转换、优先级继承（Priority Inheritance）与优先级反转（Priority Inversion）问题，以及如何使用信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）和消息队列（Message Queue）等同步原语来构建健壮的并发程序。 第七章：RTOS实战：任务调度与资源管理 基于一个主流的RTOS内核（如FreeRTOS或RT-Thread），本章通过实际案例演示如何搭建多任务系统。内容包括：如何设计任务的粒度、如何避免死锁（Deadlock）、以及如何使用软件定时器和事件组（Event Group）来同步不同周期的任务。最后，讨论了系统栈溢出检测与任务调试的最佳实践。 第三部分：系统集成、调试与前沿技术 本部分将理论知识与实际工程问题相结合，面向实际产品的开发与部署。 第八章：设备驱动程序设计模式 本章探讨如何设计可移植、可复用的驱动程序。引入“平台无关层”（HAL/LL）的概念，阐述如何将特定硬件的寄存器操作与上层应用逻辑分离。通过一个传感器驱动的例子，演示如何使用抽象接口（如`read()`, `write()`, `ioctl()`）来构建统一的驱动模型。 第九章：系统调试、测试与性能分析 硬件与软件的集成是嵌入式开发中最具挑战性的环节。本章详细介绍： 硬件调试工具应用： 逻辑分析仪、示波器在高频信号捕获和时序分析中的作用。 软件调试技术： 断点设置、观察变量、以及利用JTAG/SWD接口进行内存和寄存器级别的在线调试。 内存泄漏与资源跟踪： 在RTOS环境中识别和定位内存碎片化问题。 功耗分析： 介绍如何使用硬件工具测量系统在不同工作模式下的电流消耗，并给出软件层面的低功耗设计策略。 第十章：嵌入式网络通信与数据安全 本章面向现代连接性需求。详细讲解TCP/IP协议栈在嵌入式设备上的移植与应用，包括LwIP或标准Linux Socket API的使用。重点讨论嵌入式网络安全的基础：TLS/SSL握手过程的简化实现、证书管理、以及安全启动（Secure Boot）的概念，为构建可信的边缘节点提供技术支撑。 结论 本书的目的是培养读者解决实际工程问题的能力，而非仅仅停留在对某一特定芯片手册的阅读上。通过对体系结构、并发编程和系统集成的深入探讨，读者将能够快速适应新的硬件平台，设计出高性能、高可靠性的嵌入式应用系统。

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我花了相当长的时间翻阅了这本书的理论章节，尤其是在涉及到微控制器内部寄存器操作和中断机制的部分，作者的处理方式非常严谨。作者似乎非常注重对底层细节的挖掘，很多教科书上常常一带而过的概念，在这里都能找到详尽的解释，甚至还追溯到了早期的经典型号的一些设计哲学。这种深入骨髓的讲解方式，对于希望扎实掌握基础、不仅仅满足于“会用”的读者来说，简直是福音。不过，我发现一个略显遗憾的地方，就是对于某些较新的、在工业界已经开始普及的高级外设功能模块的介绍篇幅相对较少，似乎更侧重于经典或基础功能的讲解。这也许是受限于篇幅，但如果能增加一些选读性质的附录，介绍一下现代MCU中越来越重要的低功耗模式、或者是一些现代总线接口（如SPI、I2C的高级应用技巧），那么这本书的适用范围和前瞻性会大大增强。总的来说，它构建了一个非常坚固的知识地基，但顶部的装修材料略显陈旧了些许。

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在语言风格和叙述逻辑上，这本书表现出一种典型的工程师思维，逻辑清晰到近乎刻板的程度。句子结构通常是主谓宾结构明确，很少使用复杂的从句或文学化的比喻。这种风格极大地提高了信息传递的效率，阅读起来基本不会产生歧义。例如，当解释一个复杂的中断向量表跳转过程时，作者会用一步一步的流程描述来确保每一步的操作都被精确记录。然而，这种高度的逻辑化有时也牺牲了一定的可读性和趣味性。对于那些需要通过故事性或更具启发性的描述来建立对某一知识点兴趣的读者而言，这本书可能会显得有些枯燥和严肃。我甚至觉得，在某些章节的过渡部分，如果能穿插一些作者在实际项目中遇到这些原理时的“心路历程”或者具体的应用案例，哪怕只是简短的引用，也能够极大地软化这种硬邦邦的文本质感，让读者感觉自己是在向一位有经验的同行请教，而不是在阅读标准化的技术文档。

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这本书的实验环节设计，可以说是它的灵魂所在，也是我最花心思去实践的部分。它不像其他教程那样只给出“照猫画虎”式的代码和接线图，而是巧妙地设置了一系列由浅入深的递进式任务。初期的实验目标非常明确，比如点亮LED、读取按键输入，这些都处理得非常稳健。但真正让我眼前一亮的是后续那些需要综合运用定时器、ADC和通信协议的实验。作者在设计这些实验时，显然考虑到了实际工程中可能遇到的兼容性和调试难度，很多地方都留下了“陷阱”或者说是“思维测试点”，迫使读者必须去理解代码背后的真正含义，而不是简单地复制粘贴。唯一的不足可能在于，配套提供的软硬件环境配置指南，虽然详细，但对于首次接触特定开发板的用户来说，初始环境搭建的步骤描述，如果能配上截图或更明确的版本号指示，将能大大减少新手用户在起跑线上的挫败感，节省宝贵的学习时间。

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关于随书附带的资源（如果存在的话）和后续支持的考量，我必须指出，这类传统教材在数字时代面临的挑战是共性的。这本书的价值主要体现在纸质载体上提供的稳定、离线查阅能力。然而，在当今快速迭代的技术环境中，配套的源码库和例程更新速度往往跟不上硬件和编译器版本的变化。我希望未来的修订版能够更多地拥抱在线资源。例如，建立一个专门的在线代码仓库，用于存放最新的实验代码，并提供勘误表和常见问题解答的动态更新渠道。仅仅依赖于印刷物，意味着一旦发现某个代码示例存在细微的错误或过时的库函数调用，读者只能自己去修正，这无疑增加了学习的摩擦力。高质量的理论内容不应该被滞后的配套资源所拖累，这一点是所有严肃技术教材在未来几年都必须认真思考和解决的问题。

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这本书的装帧设计，说实话，第一眼看上去就透着一股朴实无华的工科气息，封面配色沉稳，字体选择也相当传统，完全没有现在一些教材追求花哨包装的倾向。内页的纸张质量尚可，排版布局上，图文的穿插处理得比较到位，尤其是一些电路原理图和程序流程图，都绘制得相当清晰，即便是初学者盯着看一会儿，也不会觉得眼花缭乱。不过，我个人觉得，在某些关键概念的图示上，如果能增加一些三维立体感的渲染图或者更具动态效果的示意图，或许能让那些抽象的硬件结构和信号流向更容易被直观理解。整体而言，这本书给人的感觉就是一本踏踏实实的工具书，没有太多花哨的修饰，一切都围绕着如何清晰、准确地传达技术知识展开，这一点对于我们这些需要反复查阅和对照的读者来说，无疑是加分的。它不像某些宣传册子那样试图用华丽的辞藻来包装内容，而是直接把干货摆在了桌面上，这一点我很欣赏。

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