单片机原理与应用

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

出版者:武汉大学出版社
作者:李群芳 编
出品人:
页数:285
译者:
出版时间:2006-8
价格:25.00元
装帧:
isbn号码:9787307050259
丛书系列:
图书标签:
  • 单片机
  • 原理
  • 应用
  • 嵌入式系统
  • 电子工程
  • 微控制器
  • C语言
  • 汇编语言
  • 硬件设计
  • 实践教程
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具体描述

本书是在作者总结多年的科研和长期教学经验的基础上编写的,力图体现实用性和先进性,教材的编排由浅入深、条理清晰,并精心安排了大量的应用实例,每章有归纳小结和习题与思考题。本教材另有配套的实训教材《单片机原理与应用一嵌入式系统开发基础实训》,实验和课程设计项目集知识性、趣味性、实用性于一体,项目的安排由浅入深、有小到大,遵循循序渐进的认识规律,使学生带着兴趣学习和实践,初步掌握嵌入式系统开发技术。全书内容包括:单片机的内部结构、指令系统、内部各功能部件的工作原理、应用编程技术及外部扩展技术。本教材采用c语言为主要编程语言,同时介绍了汇编语言。

本书可作为计算机类、通信类、机电类专业职业高等教育相应专业的专科生的教材,也可作为二级学院、自学考试等相应专业本、专科学生的教材或教学参考书,还可供相关工程技术人员参考。

全书以目前使用最广泛的51系列单片机为主介绍嵌入式系统开发技术。主要内容包括:单片机的内部结构、指令系统、内部各功能部件的工作原理、应用编程技术及外部扩展技术。本教材采用C语言为主要编程语言,同时介绍了汇编语言。

现代电子系统设计与实践 内容提要: 本书系统地阐述了现代电子系统设计所涉及的核心理论、关键技术和工程实践,旨在为电子工程师、系统架构师以及相关专业学生提供一套全面、深入且具有高度实践指导意义的参考资料。全书内容聚焦于如何将理论知识转化为稳定、高效、可靠的实际产品,覆盖了从底层硬件接口到顶层软件架构的完整设计流程。 第一部分:基础理论与核心模块 第一章:信号完整性与电源完整性 本章深入探讨了高速数字电路设计中的两大核心挑战:信号完整性(SI)和电源完整性(PI)。首先,详细分析了传输线理论,包括阻抗匹配、反射、串扰和时延对系统性能的影响。通过大量的实例讲解了设计规则检查(DRC)和仿真工具的应用,指导读者如何优化PCB布局和走线策略,有效抑制信号失真。 在电源完整性方面,本章重点阐述了电源分配网络(PDN)的设计原则。从去耦电容的选型、布局到地平面和电源平面的设计,全面覆盖了如何最小化电源噪声、抑制瞬态压降(IR Drop)和电磁干扰(EMI)。讲解了PDN阻抗的理论计算与仿真验证方法,确保系统在各种工作负载下都能获得稳定、洁净的供电。 第二章:嵌入式系统架构与微处理器选型 本章旨在建立对现代嵌入式系统整体架构的宏观认知。首先对比了不同类型的处理器内核(如CISC、RISC、DSP)的特点和适用场景。重点分析了高性能多核SoC(系统级芯片)的内部结构,包括缓存层次结构、内存管理单元(MMU/MPU)的工作原理及其对实时性和安全性的影响。 此外,本章详细对比了主流的片上总线标准(如AXI、AHB、APB),解释了如何根据系统需求选择合适的总线仲裁策略和接口协议,以实现高效的数据传输和资源共享。对异构计算环境中的数据流动和同步机制进行了深入探讨。 第三章:高级通信接口技术 现代电子系统依赖于高速、可靠的外部通信。本章集中讨论了当前工业界应用最为广泛的几种高速串行和并行接口技术。 高速串行接口(PCIe与SerDes): 详细解析了PCI Express协议栈的物理层、数据链路层和事务层。重点讲解了链路建立过程、事务排序机制以及如何通过配置空间实现对设备的管理。对于SerDes(串行/解串器)技术,深入探讨了均衡技术(如CTLE、DFE)在补偿信道损耗中的作用。 低延迟嵌入式互联(Ethernet与CAN-FD): 针对工业控制和汽车电子,本章详细阐述了实时以太网(如TSN)的机制,包括时间敏感数据包(TSpec)的确定和时间同步协议(如IEEE 802.1AS)。对于CAN-FD,则侧重分析了其相比经典CAN在波特率和有效载荷上的提升,以及在复杂网络中的仲裁和错误处理机制。 第二部分:软件与固件工程 第四章:实时操作系统(RTOS)内核机制 本章是软件篇的基础,专注于实时操作系统的核心设计与应用。首先,对比了主流RTOS(如FreeRTOS, VxWorks)的设计哲学,并深入解析了任务管理、上下文切换的底层实现。 重点内容包括: 1. 调度算法: 详细对比优先级继承、优先级天花板和分时片轮转等调度策略,并分析其在确定性系统中的优缺点。 2. 同步与互斥: 深入讲解信号量、互斥锁、事件标志组和消息队列等IPC(进程间通信)机制的内部数据结构和操作流程,特别关注如何避免死锁和竞态条件。 3. 内存管理: 探讨RTOS中的静态内存池、动态内存分配(如Heap管理)及其对碎片化问题的处理,指导读者设计高效且内存安全的软件运行环境。 第五章:驱动程序开发与设备抽象 本章将理论与硬件紧密结合,教授如何编写健壮、可移植的设备驱动程序。内容涵盖了字符设备、块设备和网络设备的驱动程序框架。 详细讲解了中断服务程序(ISR)的设计原则,包括如何最小化ISR的执行时间、如何安全地使用原子操作和锁机制来保护共享资源。针对复杂外设,本章演示了如何构建DMA(直接内存访问)传输引擎,以实现高效的数据搬运,减轻CPU负担,并确保数据一致性。同时,探讨了驱动程序在不同操作系统抽象层(如Linux Kernel Module或裸机HAL层)下的适配技巧。 第六章:嵌入式软件的可靠性与安全性 随着系统联网化和智能化程度的提高,软件的可靠性和安全性成为设计的重中之重。 可靠性设计: 讨论了错误检测与恢复机制,包括看门狗定时器(WDT)的有效配置、数据校验(CRC)的应用,以及固件的冗余备份和故障切换策略。讲解了如何通过设计模式(如状态机、看门狗定时器)来增强系统的鲁棒性。 安全基础: 侧重于硬件安全模块(HSM)和安全启动(Secure Boot)流程。解析了固件代码的认证机制、代码签名验证过程。此外,详细介绍了加密算法(如AES, SHA)在数据传输和存储中的加速实现,以及安全启动流程中防止恶意代码注入的关键技术点。 第三部分:系统集成与工程实践 第七章:电源管理与低功耗设计 高效的电源管理是便携式和物联网设备成功的关键。本章从系统层面探讨了功耗优化策略。 首先分析了静态功耗和动态功耗的来源,并介绍了如何通过系统级时钟门控、电压域隔离和动态电压与频率调节(DVFS)来精细控制能耗。重点讲解了各种低功耗模式(如睡眠、深度休眠)的唤醒源管理和状态保存/恢复机制,确保快速响应和最小化待机电流。 第八章:电磁兼容性(EMC)设计 本章提供了实用的EMC设计指南,涵盖了电磁干扰(EMI)的产生机理、耦合路径分析以及抑制方法。内容包括: PCB布局EMC优化: 讲解了敏感信号与噪声源的分离、参考平面连续性的维护、关键信号的屏蔽罩设计以及接地策略对EMC性能的影响。 滤波技术: 深入分析了共模扼流圈、差模滤波器在电源线和信号线上的应用,以及如何利用贴片元件有效抑制高频噪声。 第九章:系统测试、调试与验证方法 成功的电子产品离不开严格的测试和验证。本章介绍了从原型到量产的全流程测试策略。 调试技术: 详述了使用逻辑分析仪、示波器(特别是高频探头的使用技巧)来捕获和分析时序、信号完整性问题的流程。讲解了JTAG/SWD接口在硬件调试中的高级应用,如断点设置、寄存器监控和固件回溯。 自动化测试: 介绍了边界扫描(Boundary Scan)技术在板级测试中的应用,以及如何利用LabVIEW或Python构建基于测试夹具的自动化功能测试(FCT)系统,以提高生产效率和测试覆盖率。 附录:工程计算工具箱 提供了设计过程中常用的传输线特性阻抗计算公式、去耦电容估算模型、以及实时系统调度裕度分析的工具函数示例。 本书特色: 理论与实践并重: 每一技术点都配有清晰的工程案例或仿真实例,强调如何将理论应用于实际产品开发。 前沿技术覆盖: 紧密跟踪高速接口、实时通信和嵌入式安全等领域的前沿发展。 系统化思维培养: 引导读者从硬件架构、固件实现到系统集成,建立全面的系统工程设计观。

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读后感

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用户评价

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说实话,我对这类技术书籍的期望值一向不高,因为很多都只是把技术文档翻译一遍,缺乏真正创新的见解。然而,这本书彻底颠覆了我的看法。作者在内容编排上非常有匠心,它并没有按照传统的章节顺序来划分,而是将一些看似不相关的技术点巧妙地联系起来,形成一个完整的知识体系。我被书中关于串行通信协议的深入探讨所震撼,无论是UART、SPI还是I2C,作者都用非常直观的方式解释了它们的工作原理和通信机制,并且提供了大量的实例来演示如何在外围设备之间进行数据传输。让我印象深刻的是,作者还详细讲解了如何利用这些通信协议来实现嵌入式设备之间的互联互通,这对于物联网项目的开发非常有启发性。书中的抗干扰设计和电源管理章节也让我受益匪浅,这些往往是被许多初学者忽略但又至关重要的环节。通过学习这些内容,我不仅提升了自己程序的健壮性,也学会了如何优化硬件设计以降低功耗。总而言之,这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一本经验的总结和智慧的分享,它帮助我构建了一个更全面、更深入的单片机知识框架,并且激发了我对更多前沿技术的探索欲望。

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这本书简直是一场意外的惊喜,我原本抱着试试看的心态购入,毕竟市面上单片机相关的书籍琳琅满目,质量参差不齐。然而,当我翻开第一页,就被作者那清晰流畅的语言所吸引。它不像许多技术书籍那样枯燥乏味,而是充满了调试和实践的乐趣。我特别欣赏的是书中对各个重要概念的深入浅出讲解,比如中断的产生机制、定时器的配置方法,甚至是GPIO端口的灵活运用,都通过生动的比喻和贴切的实例进行了阐释。作者并没有止步于理论的堆砌,而是花了大量的篇幅来讲解实际的应用场景。从简单的LED闪烁控制,到复杂的数据采集和传感器接口,每一个项目都安排得恰到好处,循序渐进,让读者在实践中不断巩固所学知识。书中的电路图设计清晰明了,元器件的选择也贴合实际,无论是初学者还是有一定基础的工程师,都能从中获益匪浅。更令我惊喜的是,作者还提供了一些非常实用的调试技巧和代码优化建议,这对于解决实际开发中遇到的问题至关重要。读完这本书,我感觉自己对单片机开发有了更深入的理解,也更有信心去挑战更复杂的项目了。这本书的价值远超其价格,我强烈推荐给所有对单片机技术感兴趣的朋友。

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这本关于单片机的书籍,其魅力在于它能让你在学习的过程中感受到一种“顿悟”的喜悦。作者的叙述方式非常细腻,他擅长将抽象的概念具象化,比如在讲解内存映射和寄存器访问时,他会用生活中具体的物品和场景来类比,使得晦涩难懂的原理变得触手可及。我尤其喜欢书中对中断向量表和异常处理机制的阐述,这让我明白了单片机是如何应对突发事件并做出快速响应的。而且,作者在讲解外围接口时,非常注重从底层硬件到上层软件的完整流程,例如在讲解ADC时,不仅介绍了采样过程,还深入分析了量化误差和噪声抑制的方法,并提供了相应的软件优化策略。这本书的实践性也做得非常出色,它提供的实验项目都围绕着解决实际问题展开,而不是为了实验而实验。我从书中学习到的关于代码重用和模块化设计的思想,对我日后的项目开发产生了深远的影响。它教会了我如何写出更简洁、更高效、更易于维护的代码。总的来说,这本书不仅仅是关于单片机的知识,更是关于如何进行高效嵌入式系统开发的思维方式和实践方法论,其价值不可估量。

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这本书的行文风格非常独特,它不像其他技术书籍那样总是摆出一副严肃的学术面孔,而是带着一种分享和交流的亲切感。作者在讲解过程中,经常会穿插一些自己遇到的实际困难和解决过程,这让整个阅读过程充满了故事性和人情味。我尤其喜欢书中关于故障排除和调试技巧的部分,作者分享的那些“踩坑”经验和“黑科技”方法,对我这个初学者来说简直是救命稻草。例如,他详细讲解了如何利用示波器进行硬件信号分析,以及如何通过代码日志来定位软件bug,这些实用技巧在实际开发中起到了关键作用。而且,书中还提供了许多关于元器件选型和电路设计的经验法则,这些都是在学校里学不到的宝贵知识。比如,关于滤波电容的容量选择、电源去耦的设计方法,都给了我很大的启发。这本书不仅仅是教会我如何使用单片机,更是教会我如何成为一名合格的嵌入式工程师。它充满了作者的智慧和热情,读起来让人倍感振奋。

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当我拿到这本书时,我对它期望不高,觉得不过是市面上众多单片机入门书籍中的一本。但很快,我便被它所折服。作者在讲解硬件接口时,不仅列出了寄存器操作,更深入地分析了接口时序和电平标准,让我从更本质的角度理解了它们的工作方式。比如,在讲解PWM(脉冲宽度调制)时,他不仅仅停留在如何配置占时和周期,还详细阐述了PWM在电机控制、LED亮度调节等实际应用中的原理和技巧,并提供了一些优化算法。这本书的实践性也做得非常出色,每一个章节后面都配有相应的实验,实验的指导非常详细,从硬件连接到软件编写,一步到位,让我这个动手能力不强的读者也能轻松上手。而且,书中的代码示例都是基于真实的硬件平台,并且都经过了反复的测试,非常可靠。我从书中学习到的关于数据结构和算法在嵌入式系统中的应用,也极大地提升了我代码的效率和鲁棒性。这本书不仅仅是关于单片机的技术,更是关于如何将技术落地,解决实际问题的能力。

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我一直认为,优秀的教科书不仅要传授知识,更要培养读者的独立思考能力。这本书恰恰做到了这一点。它在讲解过程中,并没有直接给出标准答案,而是通过设置一些引导性的问题,鼓励读者去主动探索和尝试。我特别欣赏作者在讲解低功耗设计和休眠模式时所展现出的深入洞察力,他不仅列举了多种省电策略,还详细分析了不同策略的优缺点以及适用场景,并提供了具体的实现代码。这让我对如何设计出续航能力强的嵌入式设备有了全新的认识。书中的项目实例也极具挑战性,它们往往需要读者将多个知识点融会贯通才能完成,这极大地锻炼了我的综合运用能力。例如,书中关于实时操作系统(RTOS)的章节,虽然篇幅不算太长,但其核心概念和关键 API 的讲解非常到位,让我能够快速理解 RTOS 的工作原理,并将其应用于需要多任务并发处理的场景。这本书真正让我体会到了“授人以鱼不如授人以渔”的真谛,它不仅教会了我单片机的技术,更培养了我解决复杂工程问题的能力。

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这本书带给我的,不仅仅是技术上的提升,更是思维方式上的转变。作者在讲解过程中,非常注重从“为什么”的角度去解释“是什么”,他总能将复杂的概念与实际的应用需求紧密联系起来,让我理解技术的本质和价值。我尤其喜欢书中关于嵌入式实时性要求的分析,以及如何通过合理的任务调度和中断管理来保证系统的实时性能。他提供的方法和技巧,对于开发对时间精度要求极高的应用场景非常有帮助。而且,书中关于嵌入式系统安全性设计的讨论,也让我受益匪浅。作者分析了常见的安全漏洞,并提供了相应的防护措施,这对于开发安全可靠的嵌入式产品至关重要。本书的附录部分也提供了很多有用的资源,包括常用的单片机型号、开发工具以及在线社区,为读者提供了进一步学习和交流的平台。总而言之,这本书不仅是一本知识的载体,更是一次学习的体验,它让我对单片机开发有了更全面、更深入的认识,也为我的职业发展打下了坚实的基础。

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这本书的价值在于其深度和广度兼备。作者在讲解单片机架构时,并没有仅仅停留于表面,而是深入到CPU的核心指令集、流水线设计以及缓存机制等方面,为读者构建了一个立体的认知模型。我尤其欣赏书中关于存储器管理和中断嵌套的详尽阐述,这让我能够更清晰地理解程序是如何在有限的资源下高效运行,并且能够灵活地处理各种中断事件。而且,作者在讲解外围设备时,非常注重其在不同应用场景下的表现和优化策略。例如,在讲解ADC时,他不仅分析了采样率和分辨率的影响,还讨论了欠采样、过采样等高级技术,并提供了相应的硬件设计和软件算法来提高测量精度。本书的案例研究部分也极具参考价值,它们涵盖了从简单的仪器仪表到复杂的工业控制系统,真实地展现了单片机在各个领域的应用潜力。这本书让我深刻认识到,单片机并非只是一个简单的控制器,而是一个充满无限可能的平台。

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这本书的出现,无疑为我解决了一个长期的困惑。一直以来,我对单片机的工作原理总感觉隔了一层窗户纸,虽然了解一些基本概念,但在实际应用中却显得捉襟见肘。这本书就像一把钥匙,精准地拨开了那些晦涩的理论迷雾。它的讲解方式非常注重逻辑性和系统性,作者从最基础的时钟系统和复位机制讲起,一步步构建起对整个单片机硬件架构的认知。我尤其喜欢书中对指令集和寻址方式的详细解析,这让我能够更透彻地理解程序是如何在单片机内部执行的。而且,作者并没有回避那些看似复杂的硬件细节,而是用一种非常接地气的方式将其呈现出来,比如对ADC转换过程的详细描述,以及如何通过软件来补偿其精度。书中的代码示例也极具参考价值,它们不仅完整可靠,而且注释详细,让我能够快速理解代码的意图和实现逻辑。更重要的是,通过学习这些代码,我学会了如何根据实际需求来选择合适的编程思路和算法。这本书的理论深度和实践指导性都达到了一个非常高的水准,它不仅教授了我“是什么”,更教会了我“怎么做”。对于那些希望系统学习单片机并将其应用于实际项目开发的人来说,这本书绝对是不可多得的宝藏。

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我一直认为,一本好的技术书籍,应该能够激发读者的好奇心,并引导他们去探索更深层次的知识。这本书正是这样一本令人印象深刻的书。作者在讲解时,善于提问,并鼓励读者通过实验和思考来寻找答案,这极大地提升了我的学习主动性。我特别被书中关于通信协议栈的讲解所吸引,从底层的物理层到应用层,作者都进行了细致入微的剖析,并且提供了大量的代码示例来演示如何构建和解析各种通信报文。例如,在讲解TCP/IP协议时,他不仅解释了IP地址、端口号等基本概念,还深入分析了TCP的连接建立、数据传输和差错控制机制。这本书的实践项目设计也十分巧妙,它们通常以一个实际问题为导向,要求读者综合运用所学知识来解决。我从书中学习到的关于软件架构设计和模块化编程的思想,对我在实际项目中组织代码、提高开发效率起到了至关重要的作用。这本书不仅仅是一本关于单片机的技术指南,更是一次关于嵌入式系统设计的思维启蒙。

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