MCS-51单片机原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:238

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出版时间:2010-1

价格:27.00元

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isbn号码:9787811248180

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• MCS-51
• 单片机
• 原理
• 应用
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 微控制器
• C51
• 硬件
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• 实践

《嵌入式系统设计与实践》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统设计与实践的指南。我们将从嵌入式系统的基本概念入手，逐步深入到硬件选择、软件开发、系统集成以及最终的调试与优化。本书的目标是帮助工程师、学生和爱好者掌握嵌入式系统设计的核心技术，理解其工作原理，并能够独立完成一个完整的嵌入式项目。 第一部分：嵌入式系统基础 在本书的第一部分，我们将为读者打下坚实的理论基础。 第一章：什么是嵌入式系统？ 我们将首先定义嵌入式系统，并阐述其与通用计算系统的区别。 深入探讨嵌入式系统的关键特征，例如实时性、资源受限性、专用性、可靠性和功耗要求。 通过丰富的实际案例，展示嵌入式系统在各个领域的广泛应用，包括消费电子、工业控制、医疗设备、汽车电子、航空航天以及物联网（IoT）等。 我们将分析嵌入式系统的发展历程和未来趋势，帮助读者建立对该领域的宏观认识。 第二章：嵌入式系统的硬件组成 本章将详细介绍嵌入式系统中的核心硬件组件。 微控制器（MCU）与微处理器（MPU）： 详细对比MCU和MPU的结构、功能和适用场景，并介绍几种主流的嵌入式处理器架构（如ARM、RISC-V等）的基本原理。 存储器： 讲解嵌入式系统中常见的存储器类型，包括RAM（SRAM、DRAM）、ROM（PROM、EPROM、EEPROM）、Flash存储器等，以及它们的特性和选择依据。 外围设备接口： 深入介绍各种常用外围设备接口，如GPIO（通用输入输出）、UART（通用异步收发传输器）、SPI（串行外设接口）、I2C（集成电路总线）、ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）、PWM（脉冲宽度调制）等。我们将解释这些接口的工作原理、通信协议以及在实际应用中的接线和配置方法。 传感器与执行器： 介绍各类传感器（如温度传感器、光敏传感器、加速度传感器、陀螺仪等）和执行器（如电机、继电器、LED等）的工作原理、接口方式以及在嵌入式系统中的集成。 电源管理： 探讨嵌入式系统中低功耗设计的重要性，介绍各种电源管理技术，如稳压器、低功耗模式的实现等。 时钟与复位： 解释时钟信号在嵌入式系统中的作用，介绍时钟源（如晶振）的选择和配置。同时，讲解复位电路的设计与功能。 第三章：嵌入式软件开发基础 本章将为读者介绍嵌入式软件开发的基本概念和流程。 嵌入式软件架构： 讲解常见的嵌入式软件架构，包括裸机编程、实时操作系统（RTOS）以及Linux等。 编程语言： 重点介绍C语言在嵌入式开发中的重要性，以及汇编语言在特定场景下的应用。 开发工具链： 介绍交叉编译、链接、调试等概念，以及常用的开发工具，如GCC、GDB、IDE（集成开发环境）等。 编译器与链接器： 详细讲解编译器如何将源代码转换为机器码，以及链接器如何将多个目标文件和库文件链接成可执行文件。 调试技术： 介绍硬件调试（如JTAG、SWD）和软件调试（如打印日志、断点）等方法，帮助读者快速定位和解决程序错误。 第二部分：嵌入式系统设计与开发实践 在第二部分，我们将结合理论知识，带领读者进行实际的嵌入式系统设计和开发。 第四章：选择合适的嵌入式处理器 本章将指导读者如何根据项目需求选择合适的微控制器或微处理器。 性能考量： 分析CPU主频、指令集、流水线深度等对系统性能的影响。 资源需求： 评估项目所需的RAM、Flash、外设接口数量等，并据此选择合适的器件。 功耗预算： 针对电池供电或对功耗敏感的应用，讨论如何选择低功耗器件和优化功耗设计。 成本与可用性： 综合考虑器件成本、供应商支持以及市场供应情况。 主流处理器家族介绍： 对ARM Cortex-M系列、RISC-V架构等主流嵌入式处理器家族进行概览，介绍其特点和适用范围。 第五章：嵌入式操作系统（RTOS）的应用 本章将深入探讨实时操作系统（RTOS）在嵌入式系统中的作用和使用。 RTOS核心概念： 讲解任务、线程、进程、调度器、信号量、互斥锁、事件标志、消息队列等RTOS核心概念。 RTOS的优势： 分析RTOS如何提高系统的并发性、实时性和可维护性。 常见RTOS介绍： 介绍FreeRTOS、RT-Thread、uC/OS等主流RTOS的特点和使用方法。 RTOS的任务管理： 演示如何创建、删除、挂起和恢复任务，以及不同任务优先级的影响。 RTOS的进程间通信（IPC）： 讲解如何使用信号量、互斥锁、消息队列等机制实现任务间的数据交换和同步。 RTOS的内存管理： 介绍RTOS提供的内存分配与释放机制。 实际案例： 通过一个简单的多任务示例，展示如何在RTOS环境下实现并发任务。 第六章：外设接口编程实践 本章将通过具体的代码示例，演示如何驱动和使用各种常见的嵌入式外设接口。 GPIO编程： 实现LED闪烁、按键输入检测等基本功能。 UART通信： 实现与PC或其他设备的串口通信，数据发送与接收。 SPI/I2C通信： 演示如何与外部传感器、EEPROM等设备进行SPI或I2C通信。 ADC/DAC应用： 采集模拟信号（如电位器输入、温度传感器读数）并输出模拟信号（如控制蜂鸣器音量）。 PWM控制： 实现LED亮度调节、舵机控制等。 中断处理： 讲解如何配置和编写中断服务程序，提高系统的响应速度。 第七章：嵌入式系统调试与优化 本章将关注嵌入式系统开发中的关键环节：调试与性能优化。 硬件调试技术： 详细介绍JTAG、SWD等调试接口的使用，如何连接调试器，以及如何设置断点、单步执行、查看内存和寄存器。 软件调试技巧： 讲解printf调试、逻辑分析仪的使用、内存分析工具等。 性能分析： 介绍如何测量代码的执行时间、CPU占用率，识别性能瓶颈。 功耗优化： 探讨降低系统功耗的方法，包括选择低功耗器件、优化代码、使用低功耗模式等。 代码优化： 介绍编译器优化选项、算法优化、数据结构优化等提高代码效率的技巧。 嵌入式Linux下的调试： 如果涉及嵌入式Linux系统，将介绍GDB Server、strace等调试工具。 第三部分：嵌入式系统高级主题与项目实践 在第三部分，我们将探讨一些更高级的嵌入式系统主题，并引导读者完成一个综合性的项目。 第八章：嵌入式通信协议 本章将深入介绍嵌入式系统中常用的通信协议。 网络协议： 讲解TCP/IP协议栈的基本原理，以及HTTP、MQTT、CoAP等在物联网应用中常用的协议。 无线通信： 介绍Wi-Fi、Bluetooth（BLE）、LoRa、Zigbee等无线通信技术的工作原理和应用。 CAN总线： 讲解CAN总线在汽车电子和工业自动化领域的应用及其通信机制。 USB协议： 简述USB协议的框架和在嵌入式设备中的应用。 第九章：嵌入式系统安全性 随着物联网设备的普及，嵌入式系统的安全性变得越来越重要。 安全威胁与漏洞： 分析嵌入式系统可能面临的安全风险，如固件篡改、数据泄露、拒绝服务攻击等。 安全设计原则： 介绍安全编码实践、最小权限原则、输入验证等。 加密与认证： 讲解对称加密、非对称加密、哈希函数等基本加密技术，以及TLS/SSL等安全传输协议。 安全启动与固件更新： 探讨如何实现安全启动机制，防止未经授权的固件加载，以及安全可靠的固件更新方案。 第十章：嵌入式项目案例分析 本章将通过一个或多个完整的嵌入式项目案例，巩固前面章节所学的知识。 项目选题： 我们可以选择一个具有代表性的项目，例如一个智能家居控制器、一个环境监测系统、一个小型机器人等。 需求分析与方案设计： 带领读者进行项目需求分析，明确功能和性能指标，并设计整体硬件和软件方案。 硬件选型与电路设计： 根据方案设计，选择合适的微控制器、传感器、执行器等，并进行基本的原理图设计。 软件开发与实现： 按照模块化思想，逐步实现各个功能模块，包括驱动程序、应用逻辑、通信接口等。 系统集成与测试： 将各个模块集成起来，并进行系统级的功能测试和性能测试。 问题排查与优化： 在测试过程中，识别并解决遇到的问题，并对系统进行优化。 附录 附录A：常用嵌入式术语表 附录B：推荐开发工具与资源 本书强调理论与实践相结合，力求让读者不仅理解嵌入式系统的原理，更能掌握实际开发技能。通过大量的代码示例、清晰的图解和深入的分析，本书将成为您踏入嵌入式系统领域的得力助手。

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