80C51 XA 十六位微控制器系统设计、器件和应用开发

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出版者:北京航空航天大学出版社
作者:邬宽明
出品人:
页数:315
译者:
出版时间:1996-05
价格:27.50
装帧:平装
isbn号码:9787810126342
丛书系列:
图书标签:
  • 80C51
  • 单片机
  • 微控制器
  • 系统设计
  • 器件
  • 应用开发
  • 嵌入式系统
  • 电子工程
  • 数字电路
  • XA架构
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具体描述

内容简介

由Philips最新推出的新一代的功能增强型80C51系列16位微控制器――80C51XA,具有执

行速度快、支持高级语言和实时多任务执行、易于形成系列派生产品以及其它一些重要性能,并与

当今广泛使用的80C51系统保持源码级兼容性,是未来21世纪最优秀的16位微控制器之一。

本书从系统的高度分析了80C51XA的一些重要设计考虑,着重分析了80C51XA系统设计

要点和发展战略,详细阐述了XA的片内硬件资源,使用了大量篇幅详细阐述了XA的各类指令、

并与80C51作了详细比较。具体介绍了XA第一代派生产品P51XA一G3系列,还介绍了XA的大

量典型应用及其开发支持工具。

本书充分考虑了自学的特点,列有一定数量的应用实例和编程实例,既可以作为有关专业本

科生和研究生的参考教材和教学参考书,也可以作为从事微控制器技术开发和应用人员的实用参

考工具书和自学用书。

《嵌入式系统设计与实践:基于ARM Cortex-M架构的探索》 图书简介 本书记载了一套完整的、面向现代嵌入式系统设计与实现的实践性指导。全书围绕当前主流的、高性能低功耗的 ARM Cortex-M 微控制器架构展开,旨在为读者构建从底层硬件理解到上层应用开发的全面知识体系。本书强调理论与实践的紧密结合,通过大量的实际案例和项目驱动的学习路径,使用户能够熟练掌握新一代嵌入式系统的开发流程与关键技术。 第一部分:嵌入式系统基础与Cortex-M架构解析 本部分奠定了读者理解现代嵌入式系统的理论基石。首先,系统性地回顾了嵌入式系统的基本概念、发展历程与典型应用领域,并深入探讨了实时操作系统(RTOS)在现代嵌入式应用中的核心地位和设计原理。 随后,本书的核心内容聚焦于 ARM Cortex-M 内核的深度剖析。我们详细讲解了Cortex-M系列(如M0/M3/M4/M7)的架构差异、流水线设计、特权等级(如Handler Mode与Thread Mode)以及中断与异常处理机制。重点阐述了NVIC(嵌套向量中断控制器)的配置与优先级管理,这是实现高效实时响应的关键。此外,对内存保护单元(MPU)和总线接口(如AHB/APB)的原理和操作也进行了详尽的图解和描述,帮助读者理解处理器如何与外部设备进行高效通信。 第二部分:STM32系列微控制器的高级编程与外设驱动 鉴于 STMicroelectronics STM32 平台在工业和消费电子领域的广泛应用,本书选取该平台作为主要的实践载体。我们不仅停留在寄存器层面的直接操作,更侧重于使用 HAL(硬件抽象层) 库和 LL(底层库) 驱动进行开发,并对比分析了它们的优劣与适用场景。 本部分深入讲解了以下关键外设的配置与应用: 1. 时钟系统(RCC)与电源管理: 讲解如何通过PLL、分频器配置复杂时钟树,实现系统在不同功耗状态下的灵活切换,包括低功耗模式(睡眠、停止、待机)的唤醒机制设计。 2. 高级定时器与脉宽调制(PWM): 详细介绍了如何利用高级定时器实现高精度时间测量、输入捕获以及复杂波形生成,这对于电机控制和电源管理至关重要。 3. 通信接口的深度应用: UART/USART: 不仅包括基础的数据收发,还涵盖了流控制和异步通信协议的实现。 SPI/I2C: 重点讲解了多设备总线仲裁、仲裁时序要求以及如何高效地读写外部EEPROM、传感器和显示驱动器。 CAN(控制器局域网): 阐述了CAN协议的帧结构、报文过滤器的配置,以及在车载和工业控制网络中的应用实践。 第三部分:实时操作系统(RTOS)与任务管理 现代嵌入式系统几乎都离不开RTOS来管理并发任务和资源。本部分选取当前主流的、轻量级的 FreeRTOS 作为实例,全面教授其内核机制。 内容包括: 任务控制块(TCB)与上下文切换: 深入分析任务创建、就绪态、阻塞态和删除的生命周期。 调度器原理: 阐释抢占式调度和协作式调度的实现,以及如何通过修改Tick频率和优先级实现定制化调度策略。 任务间通信(IPC)机制: 详细介绍了信号量(Semaphore)、互斥锁(Mutex)在临界区保护中的应用,以及消息队列(Queue)和事件组(Event Group)在数据传递和事件同步中的高效用法。 内存管理: 对RTOS提供的堆内存管理方案(如vPortMalloc/vPortFree)进行剖析,并强调内存碎片化对实时性的影响。 第四部分:人机交互界面(HMI)与数据存储 本部分关注嵌入式系统如何与用户和外部环境进行交互,并保证数据的持久性。 1. 图形用户界面(GUI): 介绍了嵌入式GUI库(如LVGL或类似的开源框架)的基本架构,包括屏幕驱动(TFT/LCD控制器)、触控输入采集与事件处理。重点讲解如何构建具有良好用户体验的动态界面,并处理图形渲染的性能瓶颈。 2. 非易失性存储技术: 深入探讨了FLASH(闪存)和EEPROM的读写特性、擦除块大小、寿命限制等。演示如何利用微控制器内置的 FAT文件系统(如LittleFS或FatFs) 管理SD卡或eMMC,实现日志记录、固件升级(OTA)和数据备份功能。 第五部分:嵌入式系统的调试、测试与高级主题 成功的嵌入式项目依赖于严谨的调试与测试流程。本部分教授专业级的调试技巧和前沿技术。 1. 硬件调试工具: 详细介绍了 JTAG/SWD 调试接口的工作原理,以及如何使用 Keil MDK 或 STM32CubeIDE 结合硬件调试器(如ST-Link/J-Link)进行断点设置、单步执行、寄存器观察和内存追踪。 2. 软件层面的调试: 讲解了打印调试(printf重定向到UART)、逻辑分析仪的使用,以及利用 Segger SystemView 等工具对RTOS行为进行可视化分析。 3. 系统可靠性与安全: 讨论了看门狗(WDT)在系统复位和故障恢复中的配置,并引入了嵌入式系统安全启动(Secure Boot)和代码加密的基本概念,为开发高可靠性产品打下基础。 本书结构严谨,内容涵盖从微控制器内核到复杂应用软件的全栈开发流程,是电子工程、计算机科学专业学生及一线嵌入式工程师快速掌握现代32位微控制器系统开发的理想参考资料。

作者简介

目录信息

目录
第一章 80C 51 XA系统设计概览
第一节 微控制器产品发展概述
第二节 80C51主要特点及其系列产品发展
第三节 80C51XA系统设计要点
一、中央处理单元(CPU)
二、存贮器结构
三、80C51XA指令系统
四、80C51XA外部总线
五、端口
六、在片外围设备
七、多任务管理
八、与80C51兼容性
第四节 80C51XA发展战略
第二章 80C 51XA在片硬件资源
第一节 中央处理单元
一、程序状态字
二、系统配置寄存器
三、复位
四、振荡器
五、低功耗工作方式
六、堆栈
七、中断系统
八、跟踪方式调试
第二节 存贮系统
一、寄存器堆
二、存贮器空间
三、数据存贮器
四、程序存贮器
五、特殊功能寄存器
第三节 XA在片外设部件
一、外设部件与XA内核接口
二、通用定时器
三、可编程计数器阵列(PCA)
四、I2C总线系统
五、监视跟踪定时器(WDT)
六、异步串行通信接口(UART)
七、通用外设接口(UPI)
第四节 外部总线
一、外部总线信号
二、总线配置
三、总线定时和时序
四、端口
第五节 特殊功能寄存器总线(SFR总线)
一、实现和功能增强
二、“读―修改―写”
第六节 与80C51硬件兼容性
一、存贮器映像和寻址
二、中断和异常处理
三、在片外设部件
四、总线接口
第三章 80C51 XA 指令系统
第一节 寻址方式
一、寄存器寻址
二、间接寻址
三、间接一偏移量寻址
四、直接寻址
五、SFR寻址
六、立即寻址
七、位寻址
第二节 数据类型和符号约定
一、数据类型
二、符号约定
三、关于相对分支转移和跳转地址的约定
第三节 算术操作类指令
一、ADD 整数加
二、ADDC带进位位整数加
三、ADDS4位带符号立即数加
四、ASL算术左移
五、ASR算术右移
六、CMP整数比较
七、DA十进制调整字节寄存器
八、DIV各类除法
九、LEA加载带8位或16位偏移量的16位有效地址至寄存器
十、MUL各类乘法
十一、NEG求补
十二、SEXT带符号扩展
十三、SUB整数减
十四、SUBB带借位位减
第四节 逻辑操作类指令
一、AND逻辑与
二、CPL整数求反
三、LSR逻辑右移
四、NORM归一化
五、OR逻辑或
六、RO TATE旋转
七、XO R逻辑异或
第五节 数据传送类指令
一、MOV传送
二、MOVC代码传送
三、MOVS传送4位带符号立即数
四、MOVX传送外部数据
五、PUSH/PUSHU压栈
六、PUSH/PUSHU重复压栈
七、POP/POPU弹栈
八、POP/POPU重复弹栈
九、XCH交换
第六节 程序转移类指令
一、Branch分支转移
二、CALL子程序调用
三、CJNE比较,若不相等则跳转
四、DJNZ减1,若不为零则跳转
五、JUMP跳转
六、NOP空操作
七、RET由子程序返回
八、RETI由中断返回
第七节 位操作类指令
一、ANL位逻辑与
二、CLR清除位
三、MOV位传送
四、ORL位逻辑或
五、SETB位置位
第八节 异常/陷阱类指令
一、BKPT断点
二、RESET软件复位
三、TRAP软件陷阱
第九节 与80C51软件兼容性
一、指令设置
二、代码转换
三、80C51XA中新设置的指令
附:80C51XA中的操作数非法组合
第四章 80C51 XA系列派生产品
第一节 概述
第二节 P51XA―G3主要部件功能
一、定时器/计数器
二、监视跟踪定时器(WDT)
三、通用异步收/发器(UART)
四、I/O口输出配置和外部总线
五、中断
六、运行中一些问题
第三节 极限参数和电气特性
一、极限参数
二、直流电气特性
三、交流电气特性
第四节 EPROM特性
一、快速脉冲编程
二、程序校验
三、擦除特性
四、加密位
第五节 P51XA―C3和P51XA―S3
一、P51XA一C3
二、P51XA―S3
第五章 80C51XA系列应用及开发
第一节 80C51XA的实时多任务应用
一、双堆栈方法
二、寄存器组
三、中断等待和内务操作
四、保护
第二节 80C51XA用于单精度浮点算术运算
一、浮点数表示方法
二、算法实现
三、单精度浮点算术运算C语言程序清单
第三节 80C51XA用于数字滤波
一、数字滤波算法
二、数字滤波实现
三、实现FIR程序清单
第四节 XA与80C51兼容性设计
一、设计考虑
二、存贮器配置
三、CPU功能和外设
四、指令概览
五、一个实例
第五节 XA对高级语言的支持
一、支持HLL和XA结构
二、数据
三、变量
四、算符
五、其他支持措施
第六节 XA,68000.80C196和80C51性能评估
一、汽车发动机管理汇编语言标准检查程序
二、XA基准例行程序
三、80C51基准例行程序
四、68000基准例行程序
五、80C196基准例行程序
六、位操作
七、评估结果和结论
八、标准检查程序的局限
第七节 80C51XA开发及其支持工具
一、概 述
二、EMUL51XA在线仿真器
三、DB―XA开发板
四、PHILIPS的两种开发工具
附录:本书及80C51XA中常用英文缩写索引
主要参考书目和文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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从应用开发的视角来看,这本书的价值在于它提供了一套完整的设计哲学,而不仅仅是孤立的模块介绍。在后续的“应用开发”章节中,作者将前面讲解的I/O、定时器、中断、串行通信等模块串联起来,构建了几个典型的应用案例。令我印象深刻的是,它详细阐述了如何利用80C51XA的异步串行通信接口(UART)来实现可靠的PC机通信,包括波特率的精确计算、数据帧的校验以及软件对发送和接收缓冲区的管理。更有意思的是,书中讨论了如何利用定时器来构建软件PWM(脉宽调制)输出,并用这个PWM来控制一个简单的电机调速系统。这个例子完美地展示了如何将多个底层功能组合起来解决一个实际的控制问题。这种自底向上的设计方法论,教会读者如何从最小的可编程单元开始,逐步搭建起一个完整的、可信赖的系统,而不是仅仅依赖于现成的库函数,这对于培养独立解决复杂问题的能力非常有帮助。

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这本书的结构布局和内容的组织方式,体现出一种老派但极为严谨的工程学思维。它并非那种以“项目实战”为导向的轻快读物,而更像是一本详尽的参考手册,需要读者带着问题去查阅,去钻研。我特别欣赏它在“器件”部分的处理方式,它似乎将80C51XA的Datasheet进行了二次提炼和重构,用更符合教学逻辑的方式进行了归类。例如,在讲解片内RAM和SFR(特殊功能寄存器)的映射时,作者没有简单地罗列地址,而是根据功能模块(如定时器组、串行通信组、I/O组)进行划分,并用表格的形式清晰地标注了每个寄存器的位定义(Bit Definition)。这种组织方式极大地提高了查找效率。此外,书中关于存储器扩展的内容也颇具深度。它不仅介绍了基本的外部RAM和ROM的连接方法,还讨论了BANK选择机制以及如何通过I/O口线来实现地址分段的复杂操作,甚至触及了早期的EPROM/EEPROM编程接口的要求。对于那些需要设计带有较大程序空间或数据存储需求的嵌入式系统开发者而言,这部分内容提供的理论指导和设计思路是相当宝贵的,远超一般入门教程的范畴。

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这本书的整体风格是沉稳且充满学术气息的,这使得它在处理像“系统设计”这类抽象概念时显得尤为到位。它不是简单地告诉你“应该怎么做”,而是先建立起一套严谨的理论基础,然后引导你思考“为什么必须这么做”。我特别留意了书中关于系统资源分配和功耗管理的章节。在80C51XA这种资源受限的系统中,如何高效地利用有限的SFR空间和片内RAM,是项目成功的关键。书中详细讨论了如何在多个任务之间切换时,确保寄存器组的上下文保存和恢复是完整且无损的,这在多任务环境(即使是简单的轮询式多任务)中至关重要。此外,对于一些相对前沿(对于那个时代的微控制器而言)的应用,比如简单的A/D转换器的接口程序设计,它也给出了详细的初始化流程和数据读取的时序要求。总而言之,这本书像是一份经过时间考验的工程蓝图,它的价值在于其深度和广度,它迫使读者去理解每一个操作背后的物理或逻辑意义,而非仅仅停留在表面的功能实现上。

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这本书的书名虽然听起来挺专业的,直奔主题地提到了80C51XA这个核心,但对于我这个初入嵌入式领域的新手来说,它更像是一本技术宝典,厚重而充满了挑战。我印象最深的是书中对硬件接口的讲解部分,简直是事无巨细。比如,它详细剖析了并行输入输出端口的底层结构,不仅仅是告诉你哪个引脚管什么功能,而是深入到了寄存器级别的操作细节,如何通过设置不同的控制位来实现准双向、推挽输出或是高阻态。这种详尽的描述,对于理解微控制器I/O的真正工作原理至关重要,避免了许多初学者仅仅停留在“调用函数”的层面,而不知道背后发生了什么。特别是关于中断控制器的部分,从外部中断的触发条件设置,到定时器/计数器的不同工作模式(如波特率发生器的应用),书中都配有大量的时序图和电路图来辅助说明。这些图示清晰地展示了信号的来龙去脉,让人能够直观地把握时序关系,这在调试复杂的外部设备驱动时简直是救命稻草。我记得我曾为了搞清楚一个特定模式下的定时器溢出中断优先级,翻阅了好几页,最终才恍然大悟,原来是书中提到的小小的“中断嵌套位”在起作用。可以说,这本书在基础硬件操作的深度挖掘上,做得非常扎实,为后续的系统集成打下了坚实的基础。

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当我尝试将书中的理论知识应用于实际的嵌入式软件开发时,我发现这本书对汇编语言的讲解部分是其一大特色,尽管现代开发多以C语言为主,但理解底层汇编依然是成为高级工程师的必经之路。作者在介绍指令集时,并没有停留在简单的助记符说明,而是深入剖析了每条指令执行时的CPU内部状态变化,比如哪些标志位(Flag)会受到影响,以及访问内部存储器和外部存储器指令在时钟周期上的细微差别。这种对指令周期和CPU执行流程的精细刻画,对于编写对时间要求极高的实时代码至关重要。例如,在处理快速数据采集或精确波形输出的场景中,精确控制延迟是关键,书中关于如何利用空指令序列来构造微秒级延迟的例子,就显得尤为实用。同时,书中也穿插了一些关于程序优化的小技巧,比如如何高效地使用堆栈,如何利用程序存储器的查表功能来代替复杂的计算。这些内容,虽然略显“过时”,但却是理解微控制器性能瓶颈和优化潜力的核心钥匙,展现了作者深厚的实践经验。

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