单片机典型系统设计实例精讲 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业

作者:彭为 等编著

出品人:

页数:378

译者:

出版时间:2006-5

价格:42.00元

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isbn号码:9787121024610

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• 单片机典型系统设计实例精讲
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《嵌入式系统开发实战指南：从理论到实践的进阶之路》 内容梗概 本书旨在为读者提供一套全面、深入的嵌入式系统开发实战教程。它并非罗列零散的知识点，而是通过精心设计的案例，引导读者逐步掌握嵌入式系统的设计、开发、调试与优化流程。全书围绕着“解决实际问题”的核心理念，将理论知识融会贯通于具体的项目实践中，帮助读者建立起完整的嵌入式开发思维模式。 第一部分：嵌入式系统基础与核心组件解析 本部分是理解后续复杂设计的基石。我们不会停留在概念的介绍，而是深入剖析嵌入式系统各个环节的关键技术。 微控制器（MCU）选型与深入理解： 不同架构的比较： ARM Cortex-M 系列（M0, M3, M4, M7等）的特性、优势与适用场景分析；AVR、PIC等经典架构的特点与发展。 关键资源解析： CPU核心、存储器（Flash, RAM, EEPROM）的类型、容量、访问速度与管理；外设接口（GPIO, UART, SPI, I2C, ADC, DAC, PWM, Timer, DMA）的工作原理、配置方法及高级应用。 功耗管理策略： 不同工作模式（Active, Sleep, Standby）的功耗特性，如何通过软件优化降低系统功耗。 时钟系统与复位机制： 晶振选择、PLL倍频、分频设置；上电复位、外部复位、看门狗复位的工作原理与应用。 嵌入式开发环境搭建与流程： 集成开发环境（IDE）的选择与配置： Keil MDK, IAR Embedded Workbench, STM32CubeIDE, SEGGER Embedded Studio等主流IDE的特点、安装与项目创建。 工具链的深入理解： 编译器（GCC, ARM Compiler）、汇编器、链接器的工作原理；链接脚本的作用与编写。 调试器（Debugger）的使用： JTAG, SWD接口原理；断点设置、单步执行、内存查看、寄存器分析、变量监视等高级调试技巧。 版本控制系统（Git）： 协作开发、代码回溯、分支管理的基础与实践。 C语言在嵌入式开发中的高级应用： 指针的精妙运用： 函数指针、数组指针、结构体指针；避免野指针、内存泄漏的策略。 位操作与寄存器访问： 高效地控制硬件；中断向量表、寄存器位定义。 宏定义与预处理： 条件编译、宏展开；提高代码的可读性与复用性。 内存模型与栈/堆管理： 理解静态内存分配、栈分配、堆分配；动态内存分配（malloc/free）的陷阱与替代方案。 内联汇编： 在C代码中嵌入汇编指令，实现特定功能的优化或硬件直接访问。 第二部分：核心外设接口与驱动程序开发 本部分将通过一系列实际项目，讲解如何驱动和控制嵌入式系统中常见的核心外设。 通用输入输出（GPIO）精讲： 输入/输出模式配置： 推挽输出、开漏输出、上拉/下拉输入；电平触发与边沿触发。 中断的配置与服务： 外部中断线配置、中断优先级管理、中断向量表；中断服务函数（ISR）的编写规范与注意事项。 IO复用与速度选择： 理解多功能IO口；配置IO口的驱动能力与速度。 串行通信接口（UART, SPI, I2C）深度实践： UART（通用异步收发传输器）： 波特率、数据位、停止位、校验位配置；全双工通信；如何实现不同MCU之间的通信，以及与PC端通信。 SPI（串行外设接口）： 主/从模式、时钟极性（CPOL）、时钟相位（CPHA）；多设备连接；驱动SPI Flash、SD卡等。 I2C（集成电路互联总线）： 主/从模式、地址寻址、ACK/NACK机制；驱动I2C传感器（温湿度、光照）、EEPROM等。 驱动程序设计模式： HAL库、LL库、标准外设库的应用；抽象层设计；面向对象的驱动开发思路。 模数/数模转换（ADC/DAC）应用： ADC： 分辨率、采样率、参考电压；单次/连续转换模式；多通道扫描；DMA结合ADC实现高效数据采集。 DAC： 输出电压范围、分辨率；如何产生模拟信号，如音频波形、控制信号。 传感器接口实战： 连接并解析来自模拟传感器（如电位器、光敏电阻、热敏电阻）的数据。 定时器（Timer）与脉冲宽度调制（PWM）控制： 定时器功能： 定时、计数、外部事件触发；如何实现精确延时、脉冲发生器、输入捕获。 PWM生成： 占空比、频率控制；驱动舵机、步进电机；LED亮度调节；电机速度控制。 高级定时器功能： 互补PWM、死区时间生成。 第三部分：嵌入式系统设计综合案例实战 本部分将通过构建几个具有代表性的嵌入式系统项目，将前两部分学到的知识融会贯通，展现从需求分析到最终实现的完整过程。 案例一：智能家居温湿度监测与控制系统 需求分析： 实时监测室内温湿度，并通过LCD显示；当温湿度超出设定范围时，自动触发风扇或加热器。 硬件选型： STM32系列MCU、DHT11/DHT22温湿度传感器、LCD1602/OLED显示屏、继电器模块。 软件设计： 温湿度传感器驱动开发（基于单总线或I2C）。 LCD/OLED显示驱动与数据显示刷新。 中断与定时器结合实现周期性数据采集与显示。 比较器或ADC读取设定值，控制继电器开关。 状态机设计，管理系统不同运行状态。 调试与优化： 功耗分析，中断响应时间优化。 案例二：USB HID设备（如自定义键盘/鼠标）开发 需求分析： 设计一个可以模拟标准USB键盘或鼠标功能的自定义设备，通过预设按键发送特定的按键组合或鼠标操作。 硬件选型： 支持USB接口的MCU（如STM32F103, ESP32-S3等），或专门的USB-OTG控制器。 软件设计： USB协议栈的理解与使用（FatFs, FreeRTOS-USB等）。 HID（Human Interface Device）报告描述符的编写。 模拟按键按下/释放、鼠标移动/点击的HID报告构建。 PC端与设备的数据交互（可选，如用于固件更新）。 调试与优化： USB枚举过程调试，数据包传输时序分析。 案例三：基于RTOS的多任务实时数据采集与处理系统 需求分析： 设计一个能够同时采集多个传感器数据（如ADC, I2C传感器），并将数据通过UART发送到上位机进行实时显示与记录，同时还要响应外部按键中断。 硬件选型： 性能较强的MCU，如STM32F4xx系列。 软件设计： 实时操作系统（RTOS）选择与应用： FreeRTOS, RT-Thread等。 任务创建与调度： 数据采集任务、数据处理任务、UART发送任务、按键扫描任务。 任务间通信： 队列（Queue）、信号量（Semaphore）、事件标志（Event Flag）的使用。 中断处理与RTOS集成： 中断服务函数如何唤醒RTOS任务。 设备驱动模块化： 为每个传感器编写独立驱动，并适配RTOS环境。 调试与优化： 任务死锁检测，优先级反转解决，内存占用分析。 案例四：低功耗无线传感器节点设计（可选，根据篇幅） 需求分析： 设计一个电池供电的无线传感器节点，能够定期采集数据并通过低功耗无线通信协议（如LoRa, BLE）发送出去。 硬件选型： 集成MCU与无线模块的SoC，或分立MCU与无线收发芯片。 软件设计： 低功耗模式深入应用： 睡眠模式、深度睡眠模式的唤醒机制。 无线通信协议栈： 了解并实现基于LoRa/BLE的简单通信。 电源管理策略： 电池电压监测，智能开关外设。 调试与优化： 实际功耗测量，通信稳定性测试。 第四部分：系统优化与高级主题 本部分将探讨如何提升嵌入式系统的性能、可靠性与易用性，并介绍一些进阶的主题。 嵌入式Linux基础与驱动开发入门（可选）： Linux内核概念： 进程、线程、内存管理、中断处理。 设备树（Device Tree）的理解与应用： 如何描述硬件。 简单的Linux设备驱动编写（如字符设备驱动）。 嵌入式系统调试与故障排查： 逻辑分析仪与示波器的使用： 信号时序分析，协议解码。 内存分析工具： 检测内存泄漏，分析内存使用情况。 静态代码分析工具： 发现潜在的编码错误。 系统级调试技巧： 如何定位偶发性问题。 嵌入式系统安全性考量： 硬件安全特性： 加密协处理器，安全存储。 软件安全实践： 输入验证，防范缓冲区溢出。 固件更新（OTA）的安全设计。 嵌入式系统性能优化： 算法优化。 代码结构与指令集优化。 DMA与中断流水线设计。 实时性保障。 总结 《嵌入式系统开发实战指南》将带领读者告别碎片化的学习模式，构建起扎实的嵌入式系统开发能力。本书强调理论与实践的紧密结合，通过丰富的实例，使读者能够自信地应对各种嵌入式开发挑战，从容地将创意转化为现实的电子产品。无论您是初学者还是有一定基础的开发者，本书都将是您在嵌入式领域不断进阶的宝贵伙伴。

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这本书在配套资源的丰富性和实用性上，绝对是同类书籍中的佼佼者。电子版配套的源代码文件组织得井井有条，每个实例都对应着清晰的文件夹结构，这极大地便利了读者的对照学习和调试工作。我尝试下载并编译了其中几个中等难度的项目，发现代码结构与书中的描述丝毫不差，基本做到了“书书一致，书实相符”，省去了我大量手动移植和修改头文件的麻烦时间。此外，作者似乎还为读者预留了许多“彩蛋”——一些针对常见硬件问题的调试技巧和快速排错指南，这些内容往往是教科书里不会直接告诉你，但在实际动手过程中又至关重要的“经验之谈”。这些详尽的实践指导，让这本书从一本单纯的理论教材，升华为一本可以随时放在手边查阅的“实践手册”，极大地提高了我的学习效率和解决问题的信心。

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这本书在内容组织上的逻辑性和递进关系处理得极其巧妙，完全符合一个学习者由浅入深、循序渐进的认知过程。它并没有一开始就抛出那些令人望而生畏的复杂项目，而是从最基础的I/O操作、定时器/计数器这些单片机“入门级”的知识点入手，用非常直白易懂的语言和贴近实际的案例进行讲解，就像一位耐心的老师在手把手地引导你迈出第一步。随着章节的深入，难度曲线被控制得非常平缓，新的模块知识点总是建立在前一个知识点理解透彻的基础上。例如，在讲解中断处理机制时，作者不仅详细描述了硬件触发条件，还紧密结合了如何优化代码以减少中断服务程序的执行时间，这种将理论与实践的“效率优化”结合的方式，远超出了我对于一般入门教材的预期。这种精妙的结构设计，使得读者在不知不觉中，就已经掌握了一整套系统设计和调试的完整思路，而不是仅仅停留在对零散知识点的记忆上。

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从技术深度和广度的角度来衡量，这本书的选材可以说是非常务实且具有前瞻性。它没有陷入过时技术的泥潭，而是聚焦于当前工业控制和嵌入式领域中应用最为广泛的主流架构和关键外设。我尤其欣赏作者在选择“典型实例”时的眼光，这些案例并非空中楼阁式的理论演示，而是真正能够在实际生产环境中找到对应需求的场景，比如数据采集、电机控制或者人机交互界面的实现。更难能可贵的是，书中对每一种解决方案的描述，都不仅仅停留在“能跑就行”的层面，而是深入探讨了不同实现路径之间的优劣权衡，比如在选择定时器模式时，哪种方案在资源占用上更具优势，或者在抗干扰能力上表现更佳。这种强调“设计决策背后逻辑”的做法，极大地提升了这本书的含金量，它教会我的不是如何复制代码，而是如何像一个真正的工程师那样去思考和选择技术方案。

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这本书的装帧设计和排版风格给我留下了深刻的印象，它不像许多技术书籍那样刻板严肃，反而透着一股子清晰明快的气质。封面采用的是一种略带磨砂质感的纸张，触感舒适，主色调是沉稳的深蓝色与跳跃的橙色做对比，一下子抓住了我的眼球。内页的纸张选择也相当考究，不仅印刷清晰，墨水浓淡适中，更重要的是，它在长时间阅读下不会让人感到眼睛疲劳，这点对于我这种需要长时间盯着电路图和代码的读者来说简直是福音。更值得称赞的是它的结构布局，每一章的开始都有一个清晰的导读，告诉你本章将要涉及的核心概念和设计目标，这极大地帮助我建立起宏观的认知框架。而在内容展开上，作者非常注重图文的配合，电路原理图的线条干净利落，标识清晰无歧义，与对应的文字说明形成了一种完美的互补。特别是那些复杂的系统框图，经过精心设计和简化处理后，即使是初次接触相关领域的读者也能迅速领会其运作逻辑。整体来看，这本书在视觉传达和阅读体验上做得非常出色，让原本可能略显枯燥的技术学习过程，变成了一种享受。

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书中对软件工程化和代码规范的重视程度，让我这个追求健壮性代码的读者感到非常欣慰。在很多单片机资料中，代码往往被简化到只剩功能实现，错误处理和可读性常常被牺牲。然而，这本书在这方面做得非常到位。每一个功能模块的实现，代码的注释都极其详尽和规范，变量命名也遵循了清晰易懂的原则，这对于后期进行代码维护和功能扩展至关重要。同时，作者还非常负责任地引入了一些高级的软件设计概念，比如如何有效地管理系统级的状态机，如何进行模块间的解耦设计，这些内容通常只在更专业的嵌入式操作系统书籍中才会涉及。通过这些实例，我不仅学到了如何让程序跑起来，更重要的是学到了如何写出专业、健壮、易于维护的嵌入式代码，这无疑是为我未来的项目开发打下了非常坚实的基础。

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