单片机原理及应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:李全利

出品人:

页数:245

译者:

出版时间:2004-11

价格:20.30元

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isbn号码:9787040157512

丛书系列:

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• 嵌入式系统
• 电子工程
• 微控制器
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• 实践教程

《嵌入式系统开发实战指南》 内容简介 在当今高度互联和智能化的时代，嵌入式系统已成为现代科技不可或缺的基石，渗透到我们生活的方方面面。从日常的智能家电、穿戴设备，到高端的汽车电子、工业自动化、医疗设备，再到蓬勃发展的物联网和人工智能应用，嵌入式系统无处不在，驱动着万物互联的进程。本书旨在为广大嵌入式系统开发爱好者、初学者以及希望深入理解嵌入式系统开发流程的工程师提供一本全面、实用且具有指导意义的技术指南。 本书并非仅仅停留在理论层面，而是更侧重于实战。我们相信，掌握嵌入式系统开发的关键在于理论与实践的深度结合。因此，本书将从基础概念入手，逐步深入到嵌入式系统的硬件选型、软件设计、开发工具使用、调试技巧以及项目实战等各个环节，力求为读者构建一个清晰、完整的嵌入式系统开发知识体系。 第一部分：嵌入式系统基础与核心概念 在本部分，我们将为您打下坚实的理论基础。首先，您将了解到嵌入式系统的定义、特点及其在不同领域的广泛应用，理解嵌入式系统为何与通用计算机系统存在本质区别。我们将详细阐述嵌入式系统的基本组成，包括处理器（CPU/MCU）、存储器（RAM/ROM/Flash）、输入/输出设备（I/O）以及其他外围接口，并分析它们在嵌入式系统中的作用和相互关系。 接着，我们将深入探讨嵌入式系统中最核心的部分——嵌入式微处理器（Microprocessor Unit, MPU）和微控制器（Microcontroller Unit, MCU）。我们会区分两者的概念、架构差异和应用场景，并介绍目前市场上主流的嵌入式处理器系列，如ARM Cortex-M系列、RISC-V架构等，帮助读者了解不同处理器的优势和适用性。 内存管理也是嵌入式系统开发中的一个重要环节。我们将讲解嵌入式系统中常见的内存类型，如SRAM、DRAM、Flash Memory等，以及它们的工作原理和特点。对于操作系统而言，内存管理单元（MMU）和内存保护单元（MPU）的概念及作用也将进行详细介绍，这对于理解更复杂的嵌入式系统设计至关重要。 第二部分：嵌入式硬件选型与接口设计 硬件是嵌入式系统的载体，合理的硬件选型是项目成功的关键。在本部分，我们将引导您掌握嵌入式硬件的设计与选型原则。首先，我们将从项目需求分析入手，教会您如何根据功能需求、成本预算、功耗限制、实时性要求等因素，选择合适的微控制器或微处理器。我们将列举一些常用的评估板和开发板，并分析其优劣，为您的项目选型提供参考。 接着，我们将聚焦于各种常见的嵌入式接口技术。这包括但不限于： 串行通信接口： UART、SPI、I2C等，这些接口在连接各种传感器、通信模块和外围设备时至关重要，我们将详细介绍它们的工作原理、数据传输方式以及实际应用中的注意事项。 并行通信接口： Parallel Port等，了解其基本原理及在特定场景下的应用。 总线接口： USB、CAN、Ethernet等，这些是连接更复杂设备和实现网络通信的关键，我们将深入讲解它们的协议、拓扑结构和驱动开发。 存储器接口： SD Card、NAND Flash、NOR Flash等，掌握如何连接和管理外部存储设备，以满足数据存储的需求。 模拟/数字转换（ADC/DAC）： 讲解如何读取模拟信号和输出模拟信号，这是嵌入式系统与物理世界交互的重要桥梁。 GPIO（通用输入/输出）： 这是最基本的接口，我们将演示如何通过GPIO控制LED、读取按键等。 此外，我们还将讨论电源管理、时钟系统、复位电路等基础但不可忽视的硬件设计要素。了解如何设计高效的电源管理方案，如何选择合适的时钟源，以及如何处理系统复位，将有助于提升嵌入式系统的稳定性和可靠性。 第三部分：嵌入式软件开发环境与工具 强大的软件开发环境和高效的工具链是嵌入式系统开发的左膀右臂。本部分将带领您熟悉主流的嵌入式软件开发流程和必备的工具。 首先，我们将介绍嵌入式开发中常用的集成开发环境（IDE），如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、VS Code配合PlatformIO等。我们将演示如何创建、配置和管理嵌入式项目，包括工程设置、源文件组织、编译和链接等基本操作。 接下来，调试是嵌入式开发中不可或缺的环节。我们将重点讲解嵌入式调试技术，包括使用仿真器（JTAG/SWD）、逻辑分析仪、示波器等硬件调试工具，以及在IDE中设置断点、单步执行、观察变量、内存查看等软件调试方法。掌握有效的调试技巧，能够极大地提高开发效率，快速定位和解决问题。 编译器和链接器是生成可执行代码的关键。我们将介绍嵌入式系统中常用的编译器（如GCC、ARM Compiler）的工作原理，以及链接脚本的作用，理解代码如何从源文件转换为最终的机器码，并加载到目标硬件中运行。 版本控制系统，如Git，在团队协作和项目管理中扮演着重要角色。我们将简要介绍Git的基本概念和常用命令，帮助您更好地管理和维护嵌入式项目代码。 第四部分：嵌入式操作系统（RTOS）与应用开发 对于大多数复杂的嵌入式系统，操作系统是必不可少的。本部分将重点介绍嵌入式实时操作系统（RTOS）的概念、原理及其在实际项目中的应用。 我们将详细讲解RTOS的核心概念，包括任务（Task）、调度（Scheduling）、任务间通信（IPC，如消息队列、信号量、互斥锁）、中断处理（ISR）、定时器（Timer）等。我们会以FreeRTOS为例，深入剖析其API接口和工作流程，并通过实际代码示例展示如何创建和管理任务，实现任务间的同步与通信。 除了FreeRTOS，我们还会简要介绍其他一些流行的RTOS，如RT-Thread、Zephyr等，帮助您了解它们的特点和适用范围。 对于不需要RTOS的简单嵌入式应用，裸机编程也是一种重要的开发方式。我们将演示如何在没有RTOS的情况下，直接通过寄存器操作和中断服务程序来控制硬件，实现基本功能。 第五部分：嵌入式系统项目实战 理论结合实践，本书的第五部分将通过一系列精心设计的项目实战，将前面所学知识融会贯通。每个项目都将从需求分析、硬件选型、软件设计、编码实现、调试测试等环节进行详细讲解。 我们将选择一些具有代表性的嵌入式应用场景，例如： 智能家居设备开发： 例如，使用传感器采集环境数据（温度、湿度），通过无线模块（Wi-Fi/Bluetooth）上传到云端，并通过手机APP进行控制。 工业数据采集与监控： 例如，开发一个数据采集节点，读取工业现场的各种传感器信号，进行数据处理后，通过CAN总线或Ethernet发送到上位机。 嵌入式Web服务器： 利用ESP32等芯片，构建一个简单的Web服务器，通过浏览器控制连接的设备，实现远程监控和管理。 嵌入式GUI应用开发： 介绍如何使用LVGL等嵌入式图形库，在嵌入式设备上实现友好的图形用户界面，例如，开发一个简单的触摸屏控制界面。 每个项目都会提供完整的代码示例、电路图以及详细的开发步骤，并深入分析项目中的关键技术难点和解决方案。这些实战项目旨在帮助读者在真实的应用场景中巩固所学知识，提升实际动手能力，并能够独立完成自己的嵌入式项目。 第六部分：嵌入式系统进阶主题与未来趋势 在掌握了嵌入式系统的基础开发流程后，本部分将为您打开更广阔的视野，介绍一些嵌入式系统开发的进阶主题，并展望未来的发展趋势。 我们将探讨嵌入式安全（Embedded Security）的重要性，包括固件加密、安全启动、数据保护等方面，以及如何在嵌入式系统中实现这些安全机制。 此外，低功耗设计（Low Power Design）在许多嵌入式应用中至关重要，我们将介绍各种低功耗设计策略和技术，如休眠模式、动态电压频率调整（DVFS）等。 随着物联网（IoT）和人工智能（AI）的飞速发展，嵌入式AI（Embedded AI）和边缘计算（Edge Computing）正成为新的研究热点。我们将介绍如何在资源受限的嵌入式设备上部署和运行AI模型，以及边缘计算的优势和应用场景。 最后，我们将对嵌入式系统的未来发展趋势进行展望，包括更强大的处理器、更先进的通信技术、更智能的传感器以及更加普及的物联网应用，激励读者持续学习和探索。 本书特色： 理论与实践紧密结合： 既有扎实的理论基础，又有丰富的实战项目，帮助读者全面掌握嵌入式系统开发。 循序渐进的教学方式： 从基础概念到高级应用，由浅入深，适合不同层次的读者。 丰富的代码示例： 提供大量可运行的代码，方便读者理解和修改。 贴近实际应用： 项目案例贴近工业界和实际生活，具有很强的参考价值。 前沿技术展望： 关注嵌入式系统领域的最新发展，帮助读者了解行业趋势。 本书适合作为高等院校相关专业学生的教材，也是嵌入式系统初学者、硬件工程师、软件工程师以及对嵌入式系统开发感兴趣的业余爱好者进行自学和提升的理想读物。通过本书的学习，读者将能够从容应对各种嵌入式系统开发挑战，成为一名优秀的嵌入式系统工程师。

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作为一名业余爱好者，我原本以为这类书籍会对我构成巨大的阅读障碍，充斥着我无法理解的专业术语和晦涩难懂的电路图。然而，这本书在“应用技术”方面的处理非常贴心。它没有直接抛出一个复杂的系统框图，而是从一个最基础的“点亮LED”开始，逐步增加难度，引入定时器、计数器，再到复杂的外设驱动。这种由浅入深、螺旋上升的教学方法，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。例如，在讲解定时器模式时，作者不仅解释了它在计时中的作用，还立刻给出了一个实际的脉冲宽度调制（PWM）应用案例，让我能马上看到理论如何转化为可见的物理效果。这种即时的反馈机制，极大地增强了学习的乐趣和成就感，让我不再畏惧那些看似高深的电子学概念，而是将其视为解决实际问题的工具。这本书更像是一位耐心十足的私人导师，陪伴你一步步建立起信心。

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这本书的叙事风格非常严谨和逻辑化，读起来有一种步步为营的踏实感，丝毫没有那种为了凑字数而堆砌空泛描述的倾向。每一个概念的引入都建立在坚实的前置知识之上，形成了非常清晰的知识链条，这对于系统性学习电子设计原理至关重要。我尤其欣赏它在软件架构设计部分的处理方式，比如如何有效地组织初始化代码、如何管理任务优先级以及如何进行资源竞争的协调。这些内容往往是初级教材会略过，但却是实际项目中决定产品稳定性的关键因素。作者的行文极其精准，术语使用规范，每一次公式的推导都清晰可见，没有模糊不清的跳跃步骤，这极大地减少了反复翻阅资料来确认推导过程的需要。这本教材的价值不仅仅在于传授知识点，更在于塑造一种严谨的、自上而下解决问题的思维模式，培养读者对系统健壮性的追求。

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这本书的装帧设计和排版布局给我留下了非常深刻的印象，色彩运用大胆而又不失稳重，特别是章节标题和重要公式的着重处理，使得在快速浏览时也能迅速抓住核心要点。我特别喜欢它在理论推导和实际应用案例之间的平衡把握，虽然书名听起来有些硬核，但内容组织却非常流畅，就像一位经验丰富的老工程师在耐心地为你拆解复杂的系统。例如，在讲解中断处理机制时，作者不仅给出了详细的时序图，还穿插了几个不同场景下的应用实例，让我这种初学者也能很快建立起“知其所以然”的认知。而且，书中的插图质量极高，不仅仅是简单的框图示意，很多都融入了逻辑流程和寄存器映射的细节，这对于理解底层工作原理至关重要。如果说有什么可以改进的地方，也许是个别复杂算法的伪代码部分可以再多一些注释，以便于读者在没有参考其他资料的情况下也能完全跟上思路。总的来说，这是一本非常注重阅读体验和知识传递效率的教材，让人愿意沉下心去仔细研读每一个细节，而不是仅仅停留在表面概念的了解。

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读完这本书后，我最大的感受是它在底层硬件交互层面展现出的深度和广度，远超我预期的“原理”范畴，更像是一本面向实际工程问题的参考手册。它对特定微控制器系列的寄存器操作进行了详尽的剖析，尤其是涉及到外部设备接口如SPI、I2C以及ADC/DAC的配置章节，简直可以作为现场调试时的“圣经”。我尝试用书中的方法去复现一个之前总是出错的通信协议初始化过程，结果发现问题出在对某个关键时钟分频位的理解偏差上，而这本书精准地指出了这个容易被忽略的细节。更值得称赞的是，它并没有停留在标准的教科书叙事上，而是巧妙地融入了一些“陷阱”和“最佳实践”的经验之谈，这些都是通过大量的试错成本换来的宝贵知识，对于快速提升工程实践能力非常有帮助。对于那些已经掌握了基本编程语言，但苦于无法有效“驱动”硬件的工程师来说，这本书提供的桥梁作用是无可替代的，它真正教会了你如何与芯片“对话”。

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这本书的知识覆盖面非常全面，它似乎试图构建一个微控制器技术学习的完整生态系统。除了核心的CPU结构和指令集，它还花费了大量的篇幅来讨论存储器的组织、低功耗设计策略以及基础的嵌入式软件调试方法论。这种全局性的视角对于想要从事固件开发的人来说是至关重要的，因为它提醒我们，一个成功的嵌入式系统不仅仅是代码跑起来那么简单，还需要考虑功耗、内存占用和调试的便捷性。特别是关于看门狗（Watchdog Timer）和异常向量表处理的章节，写得尤为深刻，不仅解释了“是什么”，更深入探讨了“为什么”要这样设计，从而帮助读者理解这些保护机制背后的工程哲学。它引导我思考如何编写出不仅能工作，而且能在恶劣环境下依然保持稳定和可维护性的代码，这无疑是衡量一个工程师专业水平的重要标志。这本书的深度和广度，使其成为一本可以伴随职业生涯持续参考的宝贵资源。

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