高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导

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出版者:清华大学
作者:胡汉才
出品人:
页数:164
译者:
出版时间:2008-3
价格:18.00元
装帧:
isbn号码:9787302159391
丛书系列:
图书标签:
  • 单片机
  • AVR单片机
  • 单片机原理
  • 嵌入式系统
  • 电子工程
  • 电路设计
  • 实验指导
  • 习题集
  • 高档AVR
  • 微控制器
  • 应用开发
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具体描述

《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》是《高档AVR单片机原理及应用》的配套教材。《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》共分4章:高档AVR单片机原理及应用习题解答、ATmega 8单片机开发实验器、ATmega 8的实验、ATmega 8的实验解答。

深入理解与实践:现代嵌入式系统开发导论 本书旨在为读者提供一个全面且深入的现代嵌入式系统开发基础框架,重点关注当前行业主流的微控制器架构、设计流程、软件工具链以及实际应用中的关键技术。本书内容不涉及任何特定品牌或系列的高档单片机(如您提到的AVR系列)的原理、习题或实验指导。 --- 第一部分:嵌入式系统基础概念与架构剖析 本部分将奠定读者对嵌入式系统世界的整体认知,从硬件基础到软件架构进行系统性的梳理。 第1章:嵌入式系统的核心定义与发展历程 本章将首先界定“嵌入式系统”的精确含义,区分其与通用计算机系统的本质区别。我们将探讨嵌入式系统在各个工业领域(如汽车电子、物联网、消费电子)中的关键作用及其发展脉络。重点分析从早期的8位控制器到现代多核系统的技术演进路径,强调实时性、功耗效率和成本控制在设计中的核心地位。 第2章:微控制器(MCU)通用架构原理 本章聚焦于主流微控制器芯片内部的核心构成。我们将详细阐述精简指令集计算(RISC)和复杂指令集计算(CISC)架构在嵌入式领域中的应用差异。重点解析中央处理单元(CPU)的基本工作机制,包括指令的取指、译码、执行和写回过程。此外,还将深入探讨存储器层次结构,区分易失性存储(如SRAM、DRAM)与非易失性存储(如Flash、EEPROM)的功能与物理实现,并讨论存储器保护单元(MPU)的作用。 第3章:关键硬件模块功能详解 本章系统介绍嵌入式系统中常见的关键外设模块,这些模块是实现特定功能的基石,但与特定AVR架构无关。 通用输入/输出(GPIO)端口: 讨论端口寄存器、数据方向控制、推挽与开漏输出模式的电气特性及其在电平转换中的应用。 定时器/计数器(Timer/Counter): 深入分析定时器的工作模式(普通、CTC、快速PWM、相位修正PWM),及其在产生精确时间延迟和波形合成中的应用。 模数转换器(ADC)与数模转换器(DAC): 探讨采样理论基础,分辨率、转换速度的影响因素,以及过采样、欠采样等高级技术。 通信接口标准: 详细解析异步串行通信(如UART/USART)的波特率计算、奇偶校验机制;同步串行通信(如SPI、I2C)的主从模式、时钟极性与相位(CPOL/CPHA)的配置,并初步介绍更高层级的通信协议基础。 --- 第二部分:嵌入式软件开发技术与工具链 本部分将重点讲解现代嵌入式软件的设计方法论、编译流程以及调试策略,这些技能是跨平台通用的核心能力。 第4章:嵌入式C语言的特性与编程范式 嵌入式开发严重依赖C语言,本章将强调C语言在资源受限环境下的特殊用法。内容包括: volatile关键字的精确语义及其在访问硬件寄存器和中断服务程序中的重要性。 位操作的效率优化与位域(Bit Fields)的使用规范。 内存映射I/O(Memory-Mapped I/O)的概念,即如何通过指针操作硬件寄存器。 函数调用约定(Calling Conventions)对堆栈和寄存器使用的影响。 第5章:编译、链接与固件生成流程 理解代码如何从源代码转化为在目标硬件上运行的二进制文件至关重要。本章将详细解析: 预处理、编译、汇编、链接四个阶段的详细过程。 链接脚本(Linker Script)的作用:如何定义程序在目标存储器(Flash/RAM)中的布局,包括代码段(.text)、数据段(.data, .bss)的分配规则。 目标文件格式(如ELF)的结构分析。 启动代码(Startup Code)的功能:包括堆栈初始化、数据段的复制/清零以及跳转至主函数`main()`之前的必要设置。 第6章:中断驱动与实时性管理 实时操作是许多嵌入式系统的核心要求。本章不涉及特定RTOS的细节,而是侧重于中断系统的通用原理。 中断的产生与响应流程: 向量表(Vector Table)的查找、上下文的自动保存与恢复机制。 中断服务程序(ISR)的设计原则: 最小化ISR执行时间、重入性问题处理、以及如何安全地与主程序共享数据(使用临界区或原子操作)。 软件延迟与时间管理基础: 探讨基于定时器的软件循环延迟的局限性,以及实现精确时间基准的方法。 --- 第三部分:系统集成、调试与质量保证 本部分将把理论知识与实际工程实践相结合,介绍现代嵌入式项目中的调试工具和质量控制流程。 第7章:硬件接口的软件抽象层(HAL)设计 为了提高代码的可移植性和可维护性,软件抽象层的设计是现代嵌入式开发的重要课题。本章探讨如何设计模块化的驱动程序结构,将底层的寄存器操作与上层应用逻辑解耦。 抽象层的分层设计: 硬件抽象层(HAL)与板级支持包(BSP)的界限划分。 统一的API接口设计,以适应不同供应商的同类外设。 配置代码的生成与管理,确保一致性和可追溯性。 第8章:调试、仿真与测试方法 有效的调试是项目成功的关键。本章将侧重于通用的硬件调试技术,而非特定编程环境下的模拟器功能。 在线调试接口(如JTAG/SWD基础概念): 调试器如何与目标芯片通信,断点设置的原理。 逻辑分析仪与示波器的应用: 如何通过观察引脚电平、时序关系来验证串行通信(如I2C/SPI)和PWM信号的正确性。 单元测试与集成测试在嵌入式软件中的落地:如何构造模拟环境对关键软件模块进行白盒测试。 第9章:功耗优化与固件更新策略 随着物联网设备增多,功耗管理成为核心设计指标。 低功耗模式(Sleep Modes)的通用原理: 时钟门控、电压调节、外设关闭策略。 唤醒源的优先级管理:如何平衡快速响应与深度休眠的需求。 固件空中升级(OTA)的基础概念: 引导加载程序(Bootloader)的角色、应用固件的存储分区(如双备份A/B方案),以及更新过程中的数据完整性校验方法。 --- 目标读者: 本书适合于电子工程、计算机科学、自动化等专业的学生,以及希望系统性学习现代微控制器(除AVR体系外)开发流程的初级和中级工程师。通过本书的学习,读者将掌握跨越不同硬件平台的通用嵌入式系统设计思维和工程实践能力。

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我购买《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》这本书,是希望能找到一个能够帮助我“融会贯通”的工具。我之前也阅读过一些AVR单片机的书籍,但总感觉知识点之间是零散的,缺乏联系。我希望这本书的“原理”部分,能够清晰地阐述AVR单片机的内部工作机制,比如它的总线架构、中断向量表、堆栈操作等,并且能够将这些原理与具体的“应用”场景联系起来。例如,在讲解定时器时,我希望它能解释清楚定时器是如何通过硬件逻辑实现的,以及它的溢出信号是如何触发中断的。而在“应用”部分,我希望能够看到这些原理在实际项目中的体现。比如,在做一个LED闪烁的实验时,我希望它能讲解为什么需要使用定时器来实现精确的延时,而不是简单的软件延时循环。同样,在讲解ADC采样时,我希望它能解释ADC转换过程中涉及到的模拟信号和数字信号的转换原理,以及如何通过软件配置来控制采样精度和速度。总而言之,我希望这本书能够帮助我理解AVR单片机“为什么这么工作”,而不是仅仅停留在“怎么使用”的层面。这种“知其然,更知其所以然”的学习方法,对于我深入理解单片机技术,提升自主解决问题的能力至关重要。

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我购买《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》这本书,是希望能通过系统的习题和实验,真正地“掌握”AVR单片机。我理解“掌握”不仅仅是能够照着例子敲代码,而是能够理解其背后的原理,并能够举一反三。所以我对“习题”部分的要求是,它应该能够引导我进行深度思考。例如,在学习了定时器/计数器的PWM功能之后,我希望习题能让我去设计一个能够精确控制舵机角度的程序,而不仅仅是输出一个固定的占空比。这需要我深入理解PWM的原理,以及如何根据舵机的脉冲宽度要求来精确计算和生成PWM信号。又或者,在学习了外部中断之后,我希望习题能要求我设计一个能够响应多个不同优先级中断源的系统,并能正确处理中断嵌套和优先级冲突。在“实验指导”部分,我希望它能提供一些能够让我“玩起来”的实验。比如,我可以尝试用AVR单片机驱动一个OLED显示屏,显示一些动态的图形或者文字;或者尝试连接一个MP3模块,实现简单的音乐播放功能。这些实验不仅能够巩固我所学的知识,更重要的是能够让我体会到硬件与软件结合的乐趣,并激发我进一步学习和探索的动力。我期待这本书能成为我嵌入式开发旅程中的得力助手。

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这本书,虽然我还没来得及翻开细读,但仅仅从书名《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》的排版和印刷质量上,我就能感受到它传递出的那种严谨与专业。封面的设计简洁大气,没有过多的花哨元素,点明了核心——“高档AVR单片机”,这立刻吸引了我这个正在学习嵌入式开发,特别是对AVR系列情有独钟的读者。我一直觉得,对于深入理解一个技术体系,光有理论是远远不够的,实践的反馈和习题的训练是必不可少的环节。这本书的副标题“习题与实验指导”正是我当前最迫切需要的。我尝试过不少零散的资料,但总感觉不成体系,缺乏系统的训练。我特别期待它在“原理”部分能有别于市面上那些泛泛而谈的教材,能够深入剖析AVR单片机的核心架构,比如它的指令集、中断系统、存储器管理等,最好能结合具体的AVR型号(例如ATmega系列,这是我常用的)进行讲解,而不是笼统地讨论。而“应用”部分,我更是充满期待,希望它能覆盖一些比较前沿或者实用的应用场景,例如物联网接口、传感器数据采集、电机控制、显示驱动等等。毕竟,脱离了实际应用的理论知识,就像无根的浮萍,很难真正转化为解决问题的能力。而且,如果它能提供一些与时俱进的实验项目,不仅仅是简单的LED闪烁,而是能够引导读者搭建一些小型系统,比如简单的温湿度监测器、智能小车控制板等,那将是极大的加分项。我对“指导”这个词也特别看重,希望它能在实验步骤上做到详尽清晰,参数设置、代码实现、硬件连接等方面都有细致的说明,甚至能预见读者可能遇到的问题并给出解决方案。我非常希望这本书能够帮助我巩固基础,提升实操能力,让我能够更有信心地去攻克更复杂的嵌入式项目。

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我对《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》这本书的期待,很大程度上源于我对“高档AVR单片机”这个定位的认同。在市面上,关于AVR单片机的书籍并不少见,但很多往往停留在比较基础的层面,或者仅仅是针对某一个型号进行泛泛介绍。我希望这本书能够深入挖掘AVR单片机更高级的特性和应用。我期待它能在“原理”部分,对AVR内部的Flash、EEPROM、SRAM等存储器的读写机制进行详尽解析,对它的各种时钟源、电源管理模式以及低功耗设计有深入的探讨。我还希望它能对AVR的DMA控制器、USB接口(如果适用的话)等高级外设的功能和使用进行详细的讲解,这些通常是进阶学习和开发复杂项目所必需的。在“应用”部分,我希望它能呈现一些更加贴近实际工程需求的案例,例如如何设计一个完整的嵌入式系统,包括主控芯片的选择、外设的接口设计、电源管理、软件架构等等。我特别希望书中能有一些关于实时操作系统(RTOS)在AVR上的应用介绍,比如FreeRTOS在AVR上的移植和使用,这对于开发大型、复杂的嵌入式项目至关重要。此外,如果能够包含一些关于AVR单片机与ARM等更高级别处理器协同工作的原理和方法,那将更是锦上添花。当然,这一切都离不开配套的“习题与实验指导”,我希望这些实践环节能够帮助我真正理解和掌握这些“高档”技术的应用。

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我刚拿到这本《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》,虽然还在初步浏览阶段,但能感觉到作者在内容编排上花了不少心思。我特别关注的是它的“习题”部分。我一直觉得,学习嵌入式技术,尤其是单片机,光看不练是绝对不行的。很多时候,理论知识在书本上看起来很简单,但一旦自己动手去实现,就会遇到各种各样的问题。这本教材的习题设计,我期望它能做到由浅入深,循序渐进。一开始应该是基础概念的巩固,比如寄存器操作、GPIO配置、定时器应用等,这些是理解AVR单片机工作的基础。然后,逐渐过渡到更复杂的章节,比如中断处理、ADC采样、PWM输出、UART通信等等,这些都是实际项目中非常常用的功能。我希望习题能够不仅仅是简单的填空或者选择,而是需要读者进行实际的代码编写和调试,甚至是对硬件进行一定的配置。如果习题中能提供一些标准答案或者参考代码,那就更好了,这样我可以在自己完成之后对照检查,发现自己的不足之处。而且,如果习题能够紧密结合“应用”部分的内容,那就更能体现其价值。比如,在讲解了某个应用模块之后,紧跟着提供相关的习题,让读者立刻去尝试实现,这样能够加深理解,也更能培养解决实际问题的能力。我个人对一些涉及到数据采集和处理的习题很感兴趣,比如如何利用ADC读取传感器数据,如何对这些数据进行滤波和分析,如何通过UART将数据发送出去等等。这些都是我在实际项目中所需要面对的挑战。

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看到《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》这个书名,我首先想到的是它在解决“知其然,更知其所以然”方面的潜在价值。我最近在学习AVR单片机,但常常会遇到一些“为什么会这样?”的疑问。比如,在配置中断优先级时,我希望这本书能解释清楚不同中断源之间的优先级是如何确定的,以及在中断发生时,CPU是如何选择执行哪个中断服务程序的。同样,在使用DMA控制器时,我希望能详细了解DMA传输的原理,它与CPU之间的协同工作机制,以及在实际应用中如何优化DMA的传输效率。我期待“原理”部分能够提供一些底层细节的讲解,而不只是简单地罗列API函数的使用方法。例如,对于定时器/计数器,我希望它能详细介绍不同模式下(如普通模式、CTC模式、PWM模式)的寄存器配置如何影响其工作行为,以及定时器溢出中断和输入捕获是如何工作的。而在“应用”部分,我希望能够看到这些原理是如何转化为实际功能的。比如,在讲解ADC采样时,我希望不仅能看到如何配置ADC,还能理解采样过程中可能出现的误差(如量化误差、噪声)以及如何通过软件或硬件手段来减小这些误差。对我而言,一本好的教材,应该能够帮助我建立起一个完整的知识体系,让我能够从底层原理出发,去理解和解决实际应用中的问题,而不是仅仅停留在“调包侠”的层面。

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我对《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》这本书的关注点,主要集中在它的“应用”层面,尤其是那些能够让我快速上手并且做出一些有实际意义项目的应用。我希望它不仅仅是罗列一些AVR单片机的通用功能,而是能提供一些具体的、可落地的应用案例。例如,我一直想学习如何利用AVR单片机做一个简单的智能家居控制器,能够通过Wi-Fi模块(如ESP8266)接收指令,然后控制家里的LED灯、继电器等。我希望这本书能提供这样的案例,并详细讲解其实现原理、硬件连接和软件开发流程。又或者,我希望它能介绍如何利用AVR单片机实现一个简单的运动检测系统,比如通过PIR传感器或者超声波传感器检测人体移动,并触发相应的报警或照明功能。此外,我对于数据可视化方面也很有兴趣,如果书中能介绍如何将AVR单片机采集到的数据通过蓝牙或串口发送到手机APP或者电脑端进行显示和分析,那将是非常吸引人的。我尤其看重的是,这些应用案例是否能够做到“拎包入住”,即提供完整的原理图、源代码、物料清单(BOM),让即使是初学者也能够轻松地复现。这对于我这样时间有限,但又希望快速提升动手能力的学习者来说,具有非常大的价值。

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这本《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》的“习题”部分,我希望能看到一种“解构式”的训练方式。也就是说,不仅仅是提供一些独立的练习题,而是能够将一个复杂的应用分解成一个个小的、可控的模块,然后针对每个模块设计相应的习题。比如,在一个涉及串口通信的应用中,可以先设计一道习题,让读者熟悉AVR单片机的UART发送功能;紧接着,设计一道习题,让读者掌握UART的接收功能;然后,再设计一道习题,要求读者结合发送和接收,实现双向通信。通过这样的循序渐进,可以帮助读者逐步掌握复杂的功能。我特别希望习题的设计能够注重考察读者的逻辑思维和问题解决能力,而不是简单的记忆性题目。比如,设计一道题,要求读者根据给定的传感器特性和采样要求,自行设计ADC采样流程和滤波算法;或者,设计一道题,要求读者在理解定时器工作原理的基础上,自行配置定时器实现一个特定周期的PWM输出。此外,如果习题中能提供一些“陷阱题”,能够引导读者思考一些容易出错的地方,并教会他们如何避免,那就更加完美了。我相信,通过这样有针对性、有深度、有难度的习题训练,能够极大地提升我解决实际问题的能力,让我能够更从容地应对各种嵌入式开发挑战。

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我对《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》的“实验指导”部分,有着非常高的期望,希望它能够成为我进入嵌入式开发领域的一盏明灯。我希望它提供的实验项目不仅仅是枯燥乏味的理论验证,而是能够激发我的创造力和兴趣。例如,我希望能看到一些结合了传感器、执行器和通信模块的综合性实验,比如构建一个简单的环境监测站,能够采集温度、湿度、光照等数据,并通过蓝牙发送到手机上;或者搭建一个基础的自动化小车,能够实现路径跟随、避障等功能。我希望实验指导能够提供完整的硬件设计方案,包括元器件选型、原理图设计,以及PCB布局的建议(如果可能的话)。在软件方面,我期望它能提供清晰的代码框架和详细的注释,让我能够理解每一段代码的作用,并能够在此基础上进行二次开发和功能扩展。我尤其看重的是,实验指导中是否能体现一些“工程实践”的经验,比如如何进行代码的模块化设计,如何进行有效的调试,以及如何优化程序的性能和功耗。如果书中能介绍一些常用的开发工具链(如Atmel Studio/Microchip Studio,GCC编译器等)的使用技巧,以及一些代码调试的方法(如使用IDE的调试器,printf重定向等),那将极大地提升实验的学习效率。

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坦白说,我购买《高档AVR单片机原理及应用习题与实验指导》很大程度上是被“实验指导”这几个字所吸引。我对AVR单片机的学习已经有了一段时间的基础,阅读了一些理论书籍,但总觉得实践经验不足,很多想法停留在理论层面。我希望这本书的实验指导部分能够非常具体和实用。我期待它能够提供一系列完整的实验项目,从最基本的硬件连接、开发环境的搭建,到具体的代码编写、程序烧录和调试,每一步都能够清晰地讲解。例如,在进行UART通信实验时,我希望能详细说明如何连接MAX232芯片,如何配置AVR的UART模块,如何编写发送和接收函数,以及如何使用串口调试助手进行通信验证。又比如,在进行电机控制实验时,我希望能介绍如何使用PWM输出控制直流电机的速度,如何配合L298N等电机驱动模块,甚至是如何实现简单的PID控制算法。我更希望实验指导能够覆盖一些更具挑战性的内容,比如利用ADC采集多路传感器数据并进行平均滤波,或者实现一个简单的SPI/I2C通信接口与其他外设进行数据交换。我特别看重的是,实验指导中提供的代码示例是否清晰易懂,是否有详细的注释,是否能够直接运行或者稍作修改就能适配不同的AVR型号。我希望作者能够提供源代码,方便我学习和参考。此外,如果实验指导中能够给出一些“小技巧”或者“注意事项”,帮助我避免一些常见的硬件或软件上的陷阱,那将是非常宝贵的。这本书的出版,正是我渴望将理论知识转化为实际动手能力的一个重要契机。

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