单片机原理与应用基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防科技大学出版社

作者:元增民

出品人:

页数:295 页

译者:

出版时间:2006年06月

价格:26.0

装帧:平装

isbn号码:9787810992701

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 原理
• 应用
• 基础
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 微控制器
• C语言
• 实践
• 教程

《嵌入式系统设计与开发实战》 内容简介 本书是一本专注于嵌入式系统设计与开发实践的专业技术书籍。它旨在为读者提供一套系统、深入且实用的嵌入式系统开发知识体系，涵盖从硬件选型、软件架构设计到实际项目开发的各个环节。不同于侧重于某一特定微控制器架构的入门教材，本书更着眼于嵌入式系统作为“系统”的整体性，强调跨学科的知识融合与实际工程能力的培养。 第一部分：嵌入式系统概览与核心概念 本部分将首先为读者构建对嵌入式系统的宏观认知。我们将深入探讨嵌入式系统的定义、特点、发展历程及其在当今社会无处不在的应用场景，从消费电子、工业控制到医疗设备、智能家居等，勾勒出嵌入式系统广阔的应用蓝图。 接着，我们将详细剖析嵌入式系统的核心组成部分： 微处理器（Microprocessor）与微控制器（Microcontroller）： 区分两者的概念、架构及在不同应用中的选择考量。我们将简要介绍一些主流的嵌入式处理器架构，如ARM、RISC-V，并探讨它们在性能、功耗、成本等方面的权衡。 存储器系统： 深入讲解嵌入式系统中常见的存储器类型，包括RAM（SRAM、DRAM）、ROM（Flash、EEPROM）的原理、特性及其在系统设计中的作用。我们会探讨存储器容量、速度、功耗对系统性能的影响，以及如何进行有效的存储器管理。 外围设备与接口： 详细介绍嵌入式系统中各种通用和专用外围设备，包括定时器/计数器、中断控制器、ADC/DAC、DMA控制器、通信接口（UART, SPI, I2C, USB, Ethernet, CAN等）。我们将解析这些设备的工作原理、寄存器配置以及在实际应用中的典型用法，并重点介绍如何通过这些接口实现与外部世界的交互。 电源管理： 探讨嵌入式系统中的功耗优化策略，包括低功耗模式、动态电压频率调整（DVFS）、电源监控等技术，对于电池供电或对功耗有严格要求的应用至关重要。 实时性要求： 阐述嵌入式系统对实时性的理解，区分硬实时、软实时和尽力而为（best-effort）的系统。我们将介绍影响系统实时性的关键因素，如中断延迟、任务调度、同步机制等。 第二部分：嵌入式软件开发基础与进阶 本部分将聚焦于嵌入式软件的开发实践，从基础的编程语言到复杂的软件架构。 嵌入式C语言编程： 强调嵌入式C语言在嵌入式开发中的核心地位。我们将复习C语言的基础知识，并重点讲解其在嵌入式环境下的特性，如位操作、指针的高级应用、内存管理（堆栈、全局/静态变量、动态内存分配）、内联汇编以及对硬件寄存器的直接访问。我们将通过大量实例，展示如何编写高效、紧凑且能充分利用硬件资源的C代码。 编译器、链接器与调试工具： 深入讲解嵌入式开发工具链的工作原理。我们将剖析交叉编译器的概念，理解编译、汇编、链接过程，以及如何配置链接脚本来控制程序的内存布局。同时，我们将详细介绍嵌入式调试技术，包括仿真器（Debugger）、JTAG/SWD接口、断点、单步执行、内存监视、寄存器查看等，以及如何有效地利用这些工具定位和解决软件问题。 汇编语言的辅助应用： 简要介绍汇编语言在嵌入式系统中的辅助作用，例如实现特定硬件的初始化、编写性能关键的代码段、或者处理一些C语言难以直接完成的任务。我们会展示如何在C代码中嵌入汇编指令，并分析其应用场景。 驱动程序开发： 详细讲解嵌入式驱动程序的概念、设计原则和开发流程。我们将以常见的硬件外设为例，演示如何编写设备驱动，使其能够被上层应用程序方便地调用。这包括对GPIO、UART、SPI、I2C、ADC等接口的驱动编写，以及中断服务程序的实现。 操作系统（RTOS）导论与应用： 介绍实时操作系统（RTOS）在复杂嵌入式系统中的重要作用。我们将阐述RTOS的核心概念，如任务、线程、进程、进程间通信（IPC）、信号量、互斥锁、事件标志、消息队列、定时器等。我们将选取一款或几款主流的嵌入式RTOS（如FreeRTOS, RT-Thread等）进行深入剖析，讲解其API接口、任务调度机制、内存管理方式，并展示如何利用RTOS来构建多任务、高并发的嵌入式应用程序，从而提高系统的可维护性和可扩展性。 嵌入式Linux基础： 探讨嵌入式Linux在高性能、复杂嵌入式系统中的应用。我们将介绍嵌入式Linux的体系结构，包括引导加载程序（Bootloader）、内核（Kernel）、根文件系统（Root Filesystem）和应用程序（Applications）。我们将讲解交叉编译环境的搭建，应用程序的开发与调试，以及文件系统的烧写等基本操作。 第三部分：嵌入式系统集成与项目实践 本部分将带领读者从理论走向实践，通过具体的项目案例，将前两部分所学的知识融会贯通，掌握嵌入式系统的整体开发流程。 嵌入式系统架构设计： 讲解如何根据项目需求，进行合理的硬件选型、软件模块划分以及整体系统架构的设计。我们将讨论硬件与软件的接口定义、数据流设计、功耗预算、成本控制等关键设计考量。 开发板实战： 选取一款或几款具有代表性的嵌入式开发板（如基于STM32、ESP32、或者某款ARM Cortex-M系列微控制器的开发板），通过搭建开发环境、编写简单例程、调试硬件外设，让读者亲手体验嵌入式开发过程。 传感器数据采集与处理： 以具体的传感器（如温湿度传感器、光敏传感器、加速度计、陀螺仪等）为例，讲解如何通过ADC或特定通信接口读取传感器数据，并进行滤波、校准、融合等数据处理，为上层应用提供有效信息。 通信协议栈实现： 深入讲解嵌入式系统中常见的通信协议，包括TCP/IP协议族（IP, TCP, UDP, HTTP）以及MQTT等物联网通信协议。我们将演示如何在嵌入式设备上实现这些协议，进行网络通信，如数据上传、远程控制等。 人机交互（HMI）设计： 介绍嵌入式系统中常见的人机交互方式，包括按键、LED、LCD显示屏、触摸屏等。我们将讲解如何设计用户界面，实现人机之间的信息交互和指令输入。 嵌入式系统调试与测试： 强调嵌入式系统调试的复杂性，我们将介绍多种调试策略，包括单元测试、集成测试、系统测试以及性能测试。我们将学习如何编写测试用例，并利用逻辑分析仪、示波器等硬件工具来辅助调试。 典型应用案例分析： 智能家居控制系统： 讲解如何设计并实现一个基于无线通信（如Wi-Fi, Zigbee）的智能家居控制中心，连接和管理各种智能设备。 工业自动化数据采集与监控： 阐述如何构建一个工业现场的数据采集单元，通过CAN总线或Ethernet连接PLC和传感器，并将数据上传至上位机。 便携式医疗设备： 分析设计一款便携式医疗监测设备时需要考虑的功耗、精度、可靠性以及人机交互等关键因素。 第四部分：嵌入式系统进阶主题与未来趋势 本部分将对嵌入式系统的一些前沿技术和未来发展趋势进行探讨。 嵌入式系统安全性： 关注嵌入式设备面临的安全威胁，如固件篡改、数据泄露、DDoS攻击等。介绍安全启动（Secure Boot）、加密通信、访问控制、安全存储等安全设计原则。 嵌入式人工智能（Edge AI）： 探讨如何在资源受限的嵌入式设备上实现机器学习和深度学习模型，实现本地化的智能决策，如图像识别、语音识别、异常检测等。 低功耗设计与优化： 进一步深化功耗管理技术，包括硬件层面的低功耗设计、软件算法的功耗优化以及系统级的电源管理策略。 嵌入式系统的高可靠性设计： 探讨如何通过冗余设计、错误检测与纠错（EDAC）、看门狗（Watchdog）等技术，提高嵌入式系统的稳定性和可靠性。 物联网（IoT）与嵌入式系统： 深入分析嵌入式系统在物联网中的核心地位，探讨如何设计和开发能够接入物联网平台的嵌入式终端设备，实现设备间的互联互通和海量数据处理。 本书特色 理论与实践并重： 结合大量的实际案例和代码示例，将抽象的理论知识转化为具体的工程实现。 系统性与全面性： 覆盖嵌入式系统设计与开发的各个关键环节，为读者提供完整的知识体系。 面向工程实践： 强调实际开发中的问题解决能力和工程经验的积累。 前沿技术展望： 引入最新的技术发展趋势，帮助读者保持技术的前瞻性。 目标读者 本书适合于计算机科学、电子工程、自动化等相关专业的本科生、研究生，以及从事嵌入式系统开发、物联网开发、硬件工程师、软件工程师等职业的专业人士。即使是初学者，通过本书的学习，也能快速掌握嵌入式系统开发的门道，并逐步成长为一名合格的嵌入式工程师。

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我最欣赏这本书的地方，在于它没有将单片机系统“孤立”地讲解，而是将其置于一个更广阔的系统中去认识。例如，在讲解数据采集时，作者会自然而然地引入传感器的工作原理、A/D转换的精度问题，甚至还会涉及一些简单的滤波算法。这使得学习过程更加贴近真实世界的应用场景。它培养的不是一个只会写寄存器指令的“代码机器”，而是一个能独立分析和解决实际工程问题的“系统思考者”。这本书为后续深入学习更高阶的嵌入式系统打下了坚实的基础，它教会了我们如何构建一个稳定、可靠、可扩展的微控制器应用系统。

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如果说有什么书能让你对微控制器产生真正的敬畏与热爱，那一定是这本。它不是那种只堆砌专业术语的教科书，而更像是一位经验丰富的老工程师在跟你推心置腹地交流。作者在介绍I/O口和串行通信时，那种对底层硬件细节的洞察力，让人佩服得五体投地。我尤其欣赏它在程序设计思维上的引导，比如如何高效地利用有限的资源，如何编写出可读性强且不易出错的代码。这本书的深度足够老手挖掘新知，广度也足以让新手快速上手，它成功地在学术严谨性和工程实用性之间找到了一个完美的平衡点。读完后，感觉自己对整个嵌入式系统的认知体系都得到了升级。

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这本书的实战性真不是盖的，简直可以当做一本电子制作的“武功秘籍”来用了。我拿着它跟着书里的例子一步步做下来，那些复杂的电路图和寄存器配置，在作者的讲解下变得清晰无比。最让我印象深刻的是关于定时器和中断的章节，理论讲得透彻，代码示例也是拿来就能用的那种，完全没有那种“纸上谈兵”的感觉。我按照书上的指导，成功地用51单片机做出了一个可以根据环境光线自动调节亮度的LED灯，成就感爆棚。这本书的优势在于，它不仅仅告诉你“是什么”，更重要的是手把手教你“怎么做”。对于想从理论走向实践的初学者来说，这本书简直是打开了新世界的大门，让你觉得单片机编程不再是高不可攀的学问。

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坦率地说，我之前对单片机这个领域一直心存芥蒂，觉得那套C语言加上晦涩的汇编指令组合起来太反人类了。然而，这本教材的叙事方式彻底颠覆了我的看法。它的章节安排非常合理，循序渐进，像是精心设计的游戏关卡。从最基础的指令集讲起，到最后复杂的系统集成项目，每一步都有清晰的“前置知识”铺垫。比如，它解释中断服务程序时，用了一个非常形象的比喻，让我一下子就抓住了“如何不打断主程序流程去处理紧急任务”的核心思想。这本书的优点在于，它非常尊重读者的学习曲线，让你在不知不觉中，就完成了从“门外汉”到“初级工程师”的蜕变。

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这本书的排版和图示质量简直是一流的，对于这种需要大量硬件结构图和波形图的学科来说，这一点至关重要。我曾经买过其他几本同类书籍，里面的图画得模糊不清，根本无法用于实际的电路调试。而这本《单片机原理与应用基础》，无论是内部总线结构图还是外部接口电路图，都标注得清清楚楚，颜色区分得当，甚至连焊接时的注意事项都考虑进去了。我拿着书上的电路图去焊接开发板时，几乎没有走弯路。这种对细节的极致追求，体现了作者深厚的教学功力和对读者体验的重视。它让抽象的电子元件操作，变得具体可感，大大降低了学习的挫败感。

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