8XC196K單片機及其應用係統設計

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出版者:清華大學齣版社
作者:劉復華編
出品人:
頁數:377
译者:
出版時間:1900-01-01
價格:29.6
裝幀:平裝
isbn號碼:9787302050469
叢書系列:
圖書標籤:
  • 8XC196K
  • 單片機
  • 嵌入式係統
  • 係統設計
  • 應用開發
  • 微控製器
  • 電子工程
  • 技術教程
  • 實踐案例
  • 電路設計
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具體描述

本書對8×C196KX係列和8×C196 NT l6位單片機的軟、硬件資源及其應用做瞭詳細的論述。

該書可作為高等學校《微機原理》、《微機控製》課程的教材,也可供從事計算機應用的科技人員閱讀。

《嵌入式係統設計與實踐:基於STM32微控製器的高級應用》 圖書簡介 隨著物聯網(IoT)、人工智能(AI)和工業自動化等領域的飛速發展,對高性能、低功耗嵌入式係統的需求日益迫切。本書《嵌入式係統設計與實踐:基於STM32微控製器的高級應用》旨在為電子工程、計算機科學及相關專業的學生、工程師和愛好者提供一個全麵而深入的進階學習平颱。本書的重點聚焦於業界廣泛應用的基於Cortex-M內核的STM32係列微控製器,通過大量的工程實例和實戰項目,將理論知識與實際操作緊密結閤,幫助讀者跨越從基礎理論到復雜係統實現的鴻溝。 本書內容結構嚴謹,層層遞進,共分為六大部分,涵蓋瞭從微控製器核心架構理解到復雜外設驅動、實時操作係統應用、以及麵嚮特定領域的係統集成等多個方麵。 --- 第一部分:STM32微控製器體係結構與基礎開發環境(基礎鞏固與環境搭建) 本部分是讀者進入STM32高級應用設計的基礎。我們將深入剖析Cortex-M內核(如M3/M4/M7)的流水綫、寄存器組、中斷機製(NVIC)以及存儲器映射。不同於停留在指令集的層麵,本書強調理解內核如何與STM32特有的片上外設協同工作。 詳細內容包括: STM32係列選型與特性對比: 重點分析高性能(H7/F7係列)與低功耗(L4/L0係列)産品的適用場景。 開發工具鏈的精細化配置: 不僅介紹標準的IDE(如Keil MDK或STM32CubeIDE),更深入講解交叉編譯、底層調試(SWD/JTAG)的原理,以及如何使用邏輯分析儀、示波器進行硬件層麵的時序驗證。 啓動流程與底層初始化: 詳細解析上電復位(POR/BOR)後的執行路徑,嚮量錶的建立,以及Flash與SRAM的初始化過程,為後續的固件開發打下堅實基礎。 HAL/LL庫與寄存器編程的權衡: 介紹ST官方提供的抽象層庫(HAL/LL),分析其優缺點,並重點指導讀者如何在追求極緻性能和良好可移植性之間,選擇閤適的編程範式。 --- 第二部分:核心外設的高效驅動與編程實踐(通用接口深度挖掘) 本部分是本書的實踐核心,著重於對STM32上最常用、最關鍵的通用功能模塊進行深度驅動和性能優化。 高級定時器與脈衝寬度調製(PWM): 不僅講解基礎的周期和占空比設置,更深入到互補輸齣、死區控製、刹車功能,並結閤無刷直流電機(BLDC)的FOC控製原理進行案例演示。 高速串行通信協議棧實現: USART/UART: 探討DMA模式下的異步數據收發,處理多字節數據流的同步問題。 SPI/I2S: 重點闡述主/從模式切換、全雙工通信的配置,以及用於驅動外部高速ADC或SDRAM的幀格式設計。 I2C/SMBus: 講解多主站仲裁機製、時鍾拉伸處理,以及在復雜總綫環境下實現可靠的數據交換。 模數轉換器(ADC)與數模轉換器(DAC): 涵蓋多通道掃描模式、規則/注入組的交錯采樣,以及如何利用DMA將采集數據高效地傳輸到內存,同時關注采樣率與有效位數(ENOB)的工程優化。 --- 第三部分:內存管理與數據存儲技術(係統可靠性保障) 在復雜的嵌入式應用中,數據的持久化和內存的高效使用是係統穩定性的關鍵。 內部Flash/EEPROM的讀寫與保護: 詳細介紹如何使用FMC(閃存控製器)接口,實現應用代碼的扇區擦除、寫入操作,並探討如何配置讀保護位(RDP)以保護知識産權。 外部存儲器接口(FSMC/FMC): 重點講解如何配置外部SRAM(如PSRAM)和NOR/NAND Flash的接口時序,實現外部大容量內存的映射和訪問,為圖形界麵和大數據緩存提供支持。 數據持久化策略: 介紹關鍵參數的非易失性存儲方法(如使用EEPROM模擬或FATFS在SD卡上存儲),並討論如何實現電量耗盡時的安全數據備份機製。 --- 第四部分:實時操作係統(RTOS)與多任務調度(復雜任務管理) 對於需要並行處理多項任務、具備高實時性要求的係統,RTOS是必不可少的工具。本書選用FreeRTOS作為主要的教學平颱。 FreeRTOS核心概念詳解: 任務創建、狀態切換、優先級繼承、信號量(Semaphore)、互斥鎖(Mutex)和消息隊列(Queue)的正確使用場景與陷阱分析。 任務間通信與同步: 深入探討資源競爭問題,如何設計無死鎖的並發訪問機製。 中斷服務程序(ISR)與RTOS的交互: 強調在ISR中應保持代碼的極簡性,並通過消息隊列將處理延遲到任務級執行,以保證係統的實時性響應。 係統性能度量: 介紹如何使用RTOS提供的鈎子函數(Hook Functions)或外部工具來監控任務棧溢齣、抖動(Jitter)和CPU利用率。 --- 第五部分:高級通信與網絡集成(連接性實現) 現代嵌入式設備必須具備強大的外部連接能力。本部分側重於高速和廣域網通信的實現。 USB設備模式(Device Mode): 詳細講解如何配置CDC(虛擬串口)、MSC(大容量存儲)或HID(人機接口設備)類,並實現自定義協議的端點通信。 以太網(Ethernet MAC/PHY): 重點介紹LwIP協議棧的移植與配置,如何實現TCP/UDP通信,並搭建一個簡易的HTTP服務器用於遠程配置。 低功耗無綫通信基礎(Bluetooth LE/LoRa): 介紹如何通過SPI或UART接口驅動外部無綫模塊,並結閤RTOS實現低功耗管理和數據包的可靠傳輸框架。 --- 第六部分:嵌入式係統的高級設計與調試技巧(工程化能力提升) 本部分著眼於將零散的模塊集成成一個健壯、可維護的最終産品。 電源管理與低功耗設計: 深入分析STM32的多種睡眠模式(Sleep, Stop, Standby),並指導讀者設計喚醒源管理機製,實現超低功耗待機。 固件更新(OTA/FOTA): 講解Bootloader的工作原理,如何實現安全的雙備份分區升級機製,確保在固件升級失敗時係統仍能迴滾到工作版本。 錯誤檢測與診斷: 引入看門狗(WDT)的正確應用,如何利用HardFault_Handler捕獲未定義的內存訪問,並設計日誌記錄係統,便於現場故障重現和分析。 嵌入式軟件架構設計模式: 介紹狀態機(State Machine)模式在設備邏輯控製中的應用,以及如何構建模塊化、高內聚低耦閤的軟件框架。 目標讀者對象: 本書適閤已經掌握C語言基礎,並對8位/16位單片機(如8051係列)有初步瞭解,希望快速掌握當前主流32位嵌入式係統開發技術的在校學生和工程技術人員。通過本書的學習,讀者將能夠獨立設計、實現和調試復雜的、基於STM32的工業控製、消費電子或物聯網終端設備。

作者簡介

第1章 嵌入式控製係統概論

1.1 單片機和嵌入式控製係統的定義、嵌入式係統的分類

1.2 MCS—51單片機在嵌入式控製係統中的地位和作用

1.3 嵌入式控製係統的研究方法

1.3.1 交叉編譯環境Keil C

1.3.2 Keil C51的安裝

1.4 程序的編輯、編譯、調試和運行

1.4.1 建立項目

1.4.2 項目的運行模式

1.4.3 項目的編譯模式

1.4.4 項目的調試

1.5 係統軟件資源

1.6 習題

第2章 MCS—51單片機係統和係統擴展

2.1 MCS—51係列單片機

2.2 MCS—51單片機的外部引腳和總綫

2.2.1 輸入/輸齣引腳

2.2.2 MCS—51單片機的控製綫

2.2.3 MCS—51單片機的片外總綫

2.2.4 MCS—51單片機存儲器結構

2.3 MCS—51單片機的最小係統

2.3.18051/8751的最小係統

2.3.28031最小應用係統

2.4 MCS—51單片機係統擴展

2.4.1 存儲器擴展概述

2.4.2 存儲器擴展的討論

2.5 輸入/輸齣口擴展和使用

2.5.1 簡單I/O接口擴展

2.5.2 I/O口在TTL電路中使用

2.5.3 I/O口在外圍設備中使用

2.6 習題

第3章 STC 89C51/89C52單片機介紹

3.189C51/89C52單片機資源和使用

3.1.189C51/89C52單片機片內資源

3.1.289C52單片機程序調試

3.289C52最小係統和仿真器使用

3.2.189C52最小係統

3.2.2 仿真器使用

3.3 習題

第4章 C51基本語句

4.1 C語言的特點及程序結構

4.1.1 C語言的特點

4.1.2 C語言和C51的程序結構

4.2 C51數據類型

4.2.1 字符型(字節型)char

4.2.2 int整型

4.2.3 long長整型

4.2.4 float浮點型

4.2.5 指針型

4.2.6 特殊功能寄存器型

4.2.7 位類型

4.3 C51的運算量

4.3.1 常量

4.3.2 變量

4.3.3 存儲模式

4.3.4 絕對地址的訪問

4.4 C51的運算符及錶達式

4.4.1 賦值運算符

4.4.2 算術運算符

4.4.3 關係運算符

4.4.4 邏輯運算符

4.4.5“位”運算符

4.4.6 復閤賦值運算符

4.4.7 逗號運算符

4.4.8 條件運算符

4.4.9 指針與地址運算符

4.5 錶達式語句及復閤語句

4.5.1 錶達式語句

4.5.2 復閤語句

4.6 C51的輸入輸齣

4.6.1 格式輸齣函數printf()

4.6.2 格式輸入函數scanf()

4.7 C51程序基本結構與相關語句

4.7.1 C51的基本結構

4.7.2 if語句

4.7.3 switch/case語句

4.7.4 while語句

4.7.5 do while語句

4.7.6 for語句

4.7.7 循環的嵌套

4.7.8 break和continue語句

4.7.9 return語句

4.8 習題

第5章 C51函數

5.1 函數的定義

5.2 函數的調用與聲明

5.3 函數的嵌套與遞歸

5.4 局部變量和全局變量

5.4.1 局部變量

5.4.2 全局變量

5.5 習題

第6章 C51構造數據類型

6.1 數組

6.1.1 一維數組

6.1.2 字符數組

6.2 指針

6.2.1 指針的概念

6.2.2 指針變量的定義

6.2.3 指針變量的引用

6.3 結構

6.3.1 結構與結構變量的定義

6.3.2 結構變量的引用

6.4 聯閤

6.4.1 聯閤的定義

6.4.2 聯閤變量的引用

6.5 枚舉

6.6 習題

第7章 MCS—51可編程並行I/O接口

7.1 可編程並行I/O接口8255A

7.1.18255A的結構和工作方式

7.1.28255A與MCS—51單片機的硬件接口與編程

7.2 可編程I/O擴展接口8155

7.2.18155的結構和工作方式

7.2.28155與MCS—51單片機的連接和軟件編程

7.3 步進電機控製電路

7.4 輸入輸齣程序編寫

7.5 習題

第8章 MCS—51單片機的中斷係統

8.1 中斷的基本概念

8.2 MCS—51單片機的中斷係統

8.2.1 MCS—51單片機的中斷源

8.2.2 優先級控製

8.2.3 中斷響應

8.2.4 中斷應用舉例

8.3 習題

第9章 MCS—51定時器/計數器接口

9.1 定時器/計數器接口概述

9.1.1 定時/計數器的主要特性

9.1.2 定時/計數器T0、T1的結構及工作原理

9.2 定時/計數器的工作方式寄存器和控製寄存器

9.2.1 定時/計數器的方式寄存器TMOD

9.2.2 定時/計數器的控製寄存器TCON

9.3 定時/計數器的工作方式

9.4 定時/計數器的初始化編程及應用

9.4.1 定時/計數器的編程

9.4.2 定時/計數器的應用

9.5 習題

第10章 MCS—51單片機串行接口

10.1 通信的基本概念

10.2 MCS—51單片機串行口功能與結構

10.3 串行口的工作方式

10.3.1 方式0

10.3.2 方式1

10.3.3 方式2和方式3

10.4 串行口波特率計算

10.5 串行口的編程和應用

10.5.1 串行口的編程步驟

10.5.2 串行口的應用實例

10.6 RS232和RS422、RS485通信

10.6.1 RS232通信

10.6.2 RS—422與RS—485串行接口

10.7 習題

第11章 MCS—51與鍵盤、顯示器的接口

11.1 MCS—51單片機與鍵盤接口

11.1.1 獨立式鍵盤

11.1.2 行列式鍵盤

11.2 MCS—51單片機與LED顯示器接口

11.2.1 LED顯示器的結構與原理

11.2.2 LED數碼管顯示器的譯碼方式

11.2.3 LED數碼管的顯示

11.2.4 LED顯示器與單片機的接口

11.3 串行鍵盤/顯示芯片HD7279A介紹

11.3.1 HD7279A簡介

11.3.2 HD7279A命令時序

11.3.3 HD7279A與MCS—51單片機接口

11.3.4 HD7279A驅動程序

11.4 習題

第12章 MCS—51與常用串行芯片接口

12.1 MCS—51單片機與C總綫芯片接口

12.1.1 總綫簡介

12.1.2 C總綫與MCS—51單片機接口

12.1.3 CAT24WCXX與單片機的接口與編程

12.2 MCS—51單片機與串行日曆時鍾芯片接口

12.2.1 串行日曆時鍾芯片DS 1302 簡介

12.2.2 DS1302的輸入輸齣

12.3 單總綫(1—wire)數字溫度傳感器的接口

12.3.1 DS18B20簡介

12.3.2 DS18B20的內部結構

12.3.3 DS18B20的溫度轉換過程

12.3.4 DS18B20的軟件驅動程序

12.4 習題

第13章 MCS—51與D/A、A/D的接口

13.1 A/D、D/A轉換原理及常用芯片介紹

13.1.1 D/A轉換器概述

13.1.2 A/D轉換器原理

13.2 PCF85918位A/D和D/A轉換芯片

13.2.1 PCF8591一般介紹

13.2.2 PCF8591軟件編程

13.3 習題

第14章 漢字和西文字符顯示原理

14.1 英文字符在計算機中的錶示

14.1.1 ASCII碼

14.1.2 英文字符的顯示

14.1.3 其他西文字符在計算機中的存儲和顯示

14.1.4 屏幕上“打點”

14.1.5 漢字顯示概述

14.2 漢字字符集介紹

14.3 漢字的內碼

14.4 內碼轉換為區位碼

14.5 字模提取與小字庫建立

14.5.1 用C語言提取16×16點陣字模

14.5.224×24點陣字模的C語言提取程序

14.5.3 用Delphi提取字模和建立小字庫

14.5.4 通用字模提取程序MinFonBase使用說明

14.6 匯編語言字模與C語言字模互相轉換

14.6.1 匯編語言字模轉換為C語言字模

14.6.2 C語言字模轉換為匯編語言字模

14.7 自造字符和自造圖形點陣方法

14.7.1 自造字符點陣方法

14.7.2 自造圖形點陣方法

14.8習題

第15章 T6963C的漢字字符顯示

15.1 T6963C的一般介紹

15.1.1 T6963C的硬件特點

15.1.2 T6963C的引腳說明及功能

15.1.3 T6963C的狀態字

15.2 T6963C指令係統

15.2.1 指針設置指令

15.2.2 控製指令

15.2.3 數據讀寫指令

15.2.4 屏操作指令

15.2.5 位操作指令

15.3 T6963C和單片機的連接

15.3.1 直接連接

15.3.2 間接連接

15.4 T6963C的驅動程序

15.5 T6963C的內嵌字符錶

15.6 習題

第16章 KS0108液晶顯示器驅動控製

16.1 KS0108液晶顯示器概述

16.1.1 KS0108的硬件特點

16.1.2 KS0108與微處理機的接口

16.1.3 KS0108的電源和對比度調整

16.2 KS0108的指令係統

16.2.1 顯示開/關指令

16.2.2 行列設置命令

16.2.3 數據和狀態讀寫命令

16.3 KS0108的軟件驅動程序

16.4 ASCII 8×8字符庫

16.5 習題

第17章 HD61830液晶顯示器驅動控製

17.1 HD61830液晶顯示器概述

17.2 HD61830的指令係統

17.2.1 方式控製指令

17.2.2 顯示域設置指令

17.2.3 光標設置指令

17.2.4 數據讀寫指令

17.2.5“位”操作指令

17.3 HD61830液晶顯示器驅動控製程序

17.3.1 HD61830液晶顯示器顯示RAM結構

17.3.2 軟件程序

17.4 HD61830 CGRAM字符代碼錶

17.5 習題

參考文獻

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

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這本書的裝幀和排版給人的第一印象就非常“工科”,硬朗、實用,不追求花哨,隻專注於內容的有效傳遞。然而,一旦你深入閱讀,就會發現其中蘊含的匠心獨傢。那些關於特定應用場景的案例分析,比如工業控製中的數據采集模塊設計,或者特定通信協議的硬件實現細節,都體現瞭作者深厚的行業積纍。很多時候,官方文檔寫得晦澀難懂,充滿瞭術語的堆砌,但這本書卻能用非常貼近實際工程的語言進行轉譯。比如在講述如何處理上電復位序列的微妙時序問題時,作者給齣的解決方案不僅是理論上的最優解,更是實際生産綫上經過反復驗證的“抗乾擾”黃金法則。我曾經因為一個時序錯誤睏擾瞭半個月,最後還是從書中一個不起眼的注釋中找到瞭關鍵綫索,這種感覺,無異於在沙漠中找到瞭一口清泉。對於那些想要從“會寫代碼”晉升到“會設計係統”的工程師來說,這本書的價值無法用金錢衡量。

评分☆☆☆☆☆

從我接觸過的眾多微控製器參考資料來看,這本書在“理論深度”和“工程實用性”之間找到瞭一個近乎完美的平衡點。它沒有一味地鼓吹最新的技術概念,而是專注於一個成熟、可靠的平颱上,挖掘其所有潛力。我特彆欣賞作者在代碼示例中對注釋和變量命名的規範性,這對於團隊協作和後期的係統維護至關重要,體現瞭一種嚴謹的職業素養。比如在處理多機通信(如RS-485總綫)時,書中不僅提供瞭完整的硬件連接圖,還詳細分析瞭仲裁機製和錯誤校驗流程,並且給齣瞭可以直接投入使用的C語言函數庫結構。這種“拿來即用,但又清晰知道其原理”的設計思路,極大地提高瞭我的項目開發效率。這本書不是那種讀完就束之高閣的書籍,它更像是一個活的工具箱,隨著我項目復雜度的增加,我總能在其中找到新的、更深刻的洞見。

评分☆☆☆☆☆

這本厚重的書擺在我麵前,感覺就像麵對一座知識的寶庫。光是書名裏那個“8XC196K”就足夠吸引人瞭,它代錶著一個時代的經典單片機架構,對於想深入理解嵌入式係統底層工作原理的人來說,絕對是不可多得的資料。我剛翻開目錄,就被那種嚴謹的結構所震撼。從基礎的硬件結構解析,到復雜的指令集剖析,再到那些讓人頭疼的定時器、中斷、A/D轉換等外設的詳細配置,編排得井井有條,邏輯清晰得像是精密儀器的內部構造圖。這本書顯然不是那種隻停留在錶麵概念的入門讀物,它深入到瞭寄存器級彆的操作,那種手把手教你如何“玩轉”硬件的誠懇態度,讓人倍感親切。我特彆欣賞作者在講解復雜算法時所采用的類比和圖示,即便是初學者也能很快抓住核心脈絡,而對於有經驗的工程師來說,這些翔實的例子和深入的性能分析,更是提供瞭寶貴的參考價值。總而言之,這是一本紮實、專業,並且充滿實踐精神的教科書,絕對是技術人員案頭必備的工具書。

评分☆☆☆☆☆

我必須承認,這本書的閱讀體驗是充滿挑戰性的,它要求讀者有一定的電子電路基礎和編程功底。它不是那種可以輕鬆翻閱,用來打發時間的讀物。每一次的深入研讀,都需要我準備好麵包闆、示波器和大量的咖啡。然而,正是這種高強度的知識密度,造就瞭它的非凡價值。特彆是關於低功耗設計和電磁兼容性(EMC)的章節,處理得極為細緻入微。作者沒有泛泛而談,而是結閤瞭196K這個特定芯片的I/O特性和電源管理機製,給齣瞭具體的布局建議和代碼優化策略。這說明作者對芯片的理解已經達到瞭“骨髓”層麵,知道在哪裏能擠齣每一分性能,節省每一毫安電流。這種對細節的執著和對工程極限的探索精神,是許多理論書籍所缺乏的。閱讀它,不僅是在學習知識,更是在磨練自己的工程思維和解決問題的韌性。

评分☆☆☆☆☆

說實話,我剛接觸單片機那會兒,市麵上的資料大多是零散的資料和論壇上的碎片信息拼湊而成,係統性差得讓人抓狂。直到我找到瞭這本關於8XC196K的專著,纔感覺像是終於找到瞭“定海神針”。這本書的厲害之處在於,它不僅僅是簡單地羅列瞭芯片手冊裏的內容,而是真正站在一個係統設計者的角度,去思考如何將這些底層資源高效地整閤起來。其中關於實時操作係統(RTOS)在196K平颱上的移植和優化章節,簡直是教科書級彆的範例。作者沒有迴避復雜性,反而通過精心設計的案例,將那些看似高深莫測的並發控製、任務調度講得透徹明瞭,讓我對如何構建健壯、可靠的嵌入式軟件有瞭全新的認識。讀這本書,就像有一位經驗豐富、脾氣極好的老工程師在你旁邊手把手指導,哪裏卡住瞭,他立刻就能給你指明方嚮,而且總是能給齣超越預期的解決方案。它真正教會瞭我“如何思考”一個嵌入式問題,而不是僅僅“如何實現”一個功能。

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