微型计算机原理与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:335

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出版时间:2006-8

价格:29.00元

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isbn号码:9787113070519

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• 微型计算机
• 计算机原理
• 接口技术
• 汇编语言
• 8086
• 微处理器
• 计算机系统
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• 电子技术
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《嵌入式系统设计与实践》 前言 随着信息技术的飞速发展，嵌入式系统已渗透到我们日常生活的方方面面，从智能家电到工业控制，从汽车电子到医疗设备，无处不在。理解嵌入式系统的底层原理、硬件架构以及软件开发流程，是现代电子工程师和软件开发者必备的核心技能。本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有实践性的嵌入式系统学习路径，帮助读者从理论基础迈向实际项目开发。 本书的编写目标是填补当前市场上部分教材过于理论化或过于偏重单一平台的不足。我们力求在确保技术深度与广度的同时，通过大量的实例和实验引导，让学习者能够真正掌握如何设计、实现和调试一个完整的嵌入式系统。 第一部分：嵌入式系统基础概念与硬件平台 第一章：嵌入式系统概述与发展趋势 本章将系统介绍嵌入式系统的定义、特征及其在现代技术生态中的地位。我们将探讨嵌入式系统的基本构成——处理器、存储器、输入/输出设备，并分析实时性、功耗、成本和可靠性等关键设计约束。同时，本章会深入剖析当前嵌入式领域的热点，如物联网（IoT）、边缘计算以及异构计算架构的发展方向，帮助读者建立宏观视野。 第二章：微控制器（MCU）核心架构解析 本章专注于微控制器这一嵌入式系统的核心。我们将详细剖析主流MCU的内部结构，包括但不限于ARM Cortex-M系列、RISC-V架构的基础知识。内容涵盖CPU的流水线设计、指令集特性（如Thumb指令集）、特权级别（Privilege Levels）以及异常/中断处理机制。重点讲解寄存器组、存储器映射（Memory-Mapped I/O）的概念，为后续的编程打下坚实的基础。 第三章：存储器系统与数据管理 嵌入式系统的存储器管理至关重要。本章将深入讲解不同类型的存储器技术：SRAM、DRAM（如SDRAM/DDR的接口原理）、Flash存储器（NOR/NAND）的读写特性与寿命考量。特别关注存储器层次结构（Cache、TLB、MMU的概念介绍，尽管在部分低端MCU中MMU可能缺失，但理解其原理对移植复杂操作系统至关重要）。此外，还将探讨数据在嵌入式系统中的对齐、字节序（Endianness）问题及其对跨平台数据交换的影响。 第四章：片上总线与通信协议 高效的片上通信是系统性能的保障。本章详述了常见的片上总线结构，如AHB（Advanced High-performance Bus）和APB（Advanced Peripheral Bus）的仲裁机制和数据传输流程。在外部通信方面，本书侧重于对主流串行通信协议的深入探讨： 异步串行通信： UART/USART的波特率生成、数据帧格式校验。 同步串行通信： SPI（主/从模式、时钟极性/相位配置）和I2C（多主站、寻址机制、时序要求）。 高速/远距离通信： CAN总线（帧格式、仲裁机制）在车载和工业领域的应用，以及以太网MAC层基础知识。 第二部分：底层驱动与外设编程 第五章：定时器、计数器与脉冲宽度调制（PWM） 定时器是嵌入式系统中实现精确时间控制和周期性任务的基础。本章详细介绍了通用定时器、系统定时器（如SysTick）的内部结构。重点讲解如何配置预分频器、自动重载寄存器（ARR）和捕获/比较寄存器（CCR）来实现： 1. 精确的延时生成。 2. 输入信号的频率和占空比测量（输入捕获模式）。 3. 输出波形生成（PWM模式），包括死区插入和互补输出在电机控制中的应用。 第六章：模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC） 模拟信号的采集与输出是嵌入式系统与物理世界交互的桥梁。本章深入分析ADC的工作原理，包括采样定理、量化误差，以及不同转换模式（单次、连续、扫描模式）的配置要点。对多通道采样时序的优化和外部参考源（Vref）的选择进行讨论。对于DAC，则侧重于其在波形发生和控制反馈回路中的应用。 第七章：中断系统与实时性保障 中断是实现高效、低延迟事件响应的关键机制。本章详尽解析了中断控制器（NVIC/VIC）的架构，包括中断优先级分组（如抢占式和子优先级）、中断向量表、中断服务程序（ISR）的编写规范，以及如何安全地在中断中操作共享资源（禁用/启用中断、原子操作）。 第八章：直接存储器存取（DMA）控制器 DMA是实现数据高速传输、解放CPU资源的核心技术。本章详细阐述了DMA的工作模式（循环、正常）、传输方向（内存到外设、外设到内存）以及优先级管理。通过实例演示如何配置DMA以高效地传输ADC采集数据到内存缓冲区，或从内存批量写入显示控制器。 第三部分：软件开发与系统移植 第九章：汇编语言基础与硬件抽象层（HAL） 虽然高级语言是主流，但汇编语言依然是理解底层操作和优化性能的基石。本章简要介绍目标平台（如ARMv7/v8）的汇编指令集，重点讲解如何编写简单的启动代码（Startup Code）——包括初始化堆栈指针、设置向量表。在此基础上，引入硬件抽象层（HAL）的设计理念，阐述如何通过C语言封装底层寄存器操作，以提高代码的可移植性。 第十章：启动过程与引导加载（Bootloader） 理解系统如何从断电状态启动是系统调试的必备知识。本章逐步解析MCU的复位流程：内部复位控制器的操作、上电后程序计数器（PC）的初始指向、Flash/RAM的初始化顺序。随后，详细介绍简易Bootloader的功能（如通过串口或USB进行固件升级），包括其在存储器中的位置、校验机制以及跳转逻辑。 第十一章：实时操作系统（RTOS）简介与任务管理 对于复杂的嵌入式应用，RTOS是提高并发性、可维护性的必然选择。本章选取一个主流的轻量级RTOS（如FreeRTOS）为例，讲解其核心概念：任务（Task）、上下文切换、任务调度策略（固定优先级、抢占式）。深入探讨任务间的同步与互斥机制：信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）和消息队列（Queue），强调在并发编程中避免死锁和竞态条件的重要性。 第十二章：调试、测试与性能分析工具链 有效的调试工具是成功的关键。本章介绍标准的调试接口JTAG/SWD的工作原理。重点讲解如何使用GDB配合OpenOCD/SEGGER J-Link进行断点设置、内存查看、寄存器读写。此外，还将介绍嵌入式系统特有的性能分析方法，如逻辑分析仪在时序调试中的应用，以及软件定时器和示波器在PWM精度验证中的作用。 附录 附录A：常用寄存器位定义速查表 附录B：嵌入式系统设计中的常见错误与排查指南 附录C：基于特定开发板的入门实验指导 结语 本书的编写始终坚持理论与实践并重。我们相信，通过对这些核心概念的系统学习和动手实践，读者将能够自信地驾驭复杂的嵌入式项目，从零开始构建稳定、高效的智能嵌入式设备。

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坦白讲，我之前对“嵌入式系统”这个概念并不是很熟悉，总觉得它离我的生活很远。然而，读完这本书关于微型计算机在各种嵌入式设备中应用的章节后，我的看法发生了巨大的改变。作者通过大量的实例，例如智能家居、工业自动化、医疗设备等，生动地展示了微型计算机是如何渗透到我们生活的方方面面，并且扮演着至关重要的角色。他们不仅介绍了这些应用的原理，还深入分析了在不同应用场景下，微型计算机和接口技术所面临的特殊要求和挑战。我尤其对书中关于实时操作系统在嵌入式系统中的作用的讲解印象深刻，让我对这些“幕后英雄”的工作有了更深的认识。

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我一直认为，学习一门技术，尤其是像微型计算机这样相对“硬核”的学科，如果缺乏实践的支撑，很容易流于理论的空谈。幸运的是，这本书在这方面做得相当出色。作者在每个关键章节之后，都设计了一些启发性的思考题和一些相对简单的实验建议。虽然我还没有机会完全实践所有建议，但仅仅是阅读这些实验的描述，就已经让我对书中的理论有了更直观的感受。我特别期待能够尝试书中关于 GPIO 接口控制 LED 闪烁的部分，那是我第一次能够亲手“操纵”硬件，我想那将是一种前所未有的满足感。这本书就像一位耐心的老师，不仅传授知识，更鼓励我去动手实践，去验证理论的正确性，去感受科技带来的乐趣。

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我对这本书的另一个深刻印象是其严谨的逻辑结构和清晰的语言表达。作者在阐述每一个概念时，都能够追溯其根源，并层层递进，确保读者能够理解其发展脉络。例如，在讨论中断机制时，作者首先从CPU处理指令的顺序性出发，然后引出中断的必要性，再详细解释中断发生的过程、中断向量表的概念，最后还涉及到了中断优先级等更复杂的议题。这种循序渐进的讲解方式，让我始终能够跟上作者的思路，即使遇到一些比较晦涩的概念，也能通过前面知识的铺垫而豁然开朗。我很少见到一本书能够将如此庞杂的知识体系梳理得如此井井有条，让人阅读起来感觉非常顺畅。

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这本书在我手中已经有些时日了，我几乎是迫不及待地翻开了它的第一页。从一开始，我就被作者流畅且充满智慧的语言所吸引。他们并非直接枯燥地罗列知识点，而是巧妙地将复杂的概念融入到生动形象的比喻和引人入胜的故事之中。例如，在解释CPU的工作原理时，作者竟然将其比作一个孜孜不倦、有条不紊的厨房主厨，而内存则像是整齐排列的菜品架，寄存器则是手边的调味罐。这种生动性让我对微型计算机内部运作的神秘感顿消，取而代之的是一种探究的兴奋。我常常在阅读过程中，脑海中会浮现出各种具体的场景，仿佛自己也置身于那个由亿万晶体管构成的奇妙世界。

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我一直认为，一本优秀的教材，应该能够激发读者的好奇心，而不是简单地灌输知识。这本书在这方面做得非常到位。作者在讲解一些比较前沿或复杂的概念时，总会留下一些开放性的问题，或者对未来的发展趋势进行一些预测。例如，在谈到总线技术时，作者简要介绍了PCIe的最新进展，并引发读者思考未来总线技术可能面临的挑战和机遇。这种“留白”的处理方式，让我对接下来的学习充满了期待，也促使我去主动查阅更多的资料，去探索那些未解之谜。这本书就像一位引路人，指引我走向更广阔的知识海洋。

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我对这本书在图文结合方面的处理也给予高度评价。作者并没有过多依赖枯燥的文字描述，而是穿插了大量的示意图、流程图和数据图表。这些图示不仅能够直观地展示复杂的硬件结构和数据流向，还能够帮助读者快速理解抽象的概念。例如，在讲解CPU的流水线工作原理时，作者绘制了一张非常清晰的流程图，让我一下子就明白了指令执行是如何被分解和并行处理的。这种图文并茂的呈现方式，极大地降低了学习的门槛，也让阅读过程变得更加轻松愉快。

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这本书的价值不仅仅在于其技术内容的深度，更在于其对学习方法和思维方式的启示。作者在书的某些篇章中，会不经意地流露出对学习过程的思考。比如，他们会强调“理解而非记忆”，鼓励读者多问“为什么”，而不是仅仅死记硬背公式和定义。我深以为然。在学习微处理器指令集时，我曾一度陷入了记忆各种助记符的泥潭，直到我读到作者关于“指令集设计哲学”的讨论，我才明白，理解每条指令的本质功能和其在CPU内部的执行过程，远比死记硬背来得更有效。这种学习上的指引，让我受益匪浅，也让我对未来的学习充满了信心。

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坦白说，在接触这本书之前，我对“接口技术”这个词汇总是感到有些遥远和抽象。总觉得那是电脑厂商或工程师们才需要关注的细节，与我这个普通使用者相去甚远。然而，这本书彻底颠覆了我的认知。作者以极其细致且富有条理的方式，将各种各样的接口，从我们日常接触的USB、HDMI，到更底层的SATA、PCIe，一一剖析。他们不仅仅介绍了接口的物理形态，更深入探讨了其背后的通信协议、数据传输方式以及电气特性。我印象特别深刻的是关于USB协议的讲解，作者通过对比不同版本的USB，清晰地展示了技术是如何在速度、兼容性和功能性上不断进步的。这种深入浅出的讲解，让我对“万物互联”有了更深刻的理解，也让我对未来科技的发展充满了期待。

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最后一个让我想要提及的是，这本书的写作风格极具感染力，仿佛作者是一位经验丰富、循循善诱的长者，在与我进行一场知识的对话。他们不会用生硬的术语堆砌，而是用一种更加亲切和人性化的方式来讲解技术。即使是面对一些枯燥的技术细节，他们也能巧妙地将其与现实生活中的事物联系起来，让学习过程充满乐趣。我常常在阅读时，会不自觉地对作者的学识和表达能力发出由衷的赞叹。这本书不仅是一本技术书籍，更是一次思想的启迪，一次知识的盛宴。

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让我感到惊喜的是，这本书并非仅仅局限于纯粹的技术理论。作者在很多地方都融入了历史的视角，讲述了微型计算机和接口技术是如何一步步发展至今的。他们会提及那些在计算机发展史上具有里程碑意义的人物和事件，以及那些曾经辉煌一时但如今已被淘汰的技术。这些历史故事，不仅让阅读过程更加有趣，也让我对当前的技术有了更深的理解。我尤其喜欢关于早期微处理器发展历程的介绍，读到那些充满挑战和创新的故事，我仿佛能感受到那个时代工程师们的热情和智慧。这种历史与技术相结合的叙事方式，使得这本书的内容更加立体和丰满。

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