单片机开发技术与实训

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isbn号码:9787121027802
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  • 单片机
  • 嵌入式系统
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  • 硬件设计
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具体描述

深入探索现代计算的基石:嵌入式系统设计与实践 本书旨在为读者提供一个全面、深入、且极具实践指导意义的嵌入式系统设计与开发指南。 在信息技术飞速发展的今天,嵌入式系统已经渗透到我们生活的方方面面,从智能家居设备到复杂的工业控制系统,无处不在。本书聚焦于现代嵌入式系统开发的核心技术栈,旨在培养读者从理论理解到工程实践的完整能力。 第一部分:嵌入式系统基础与微处理器架构 本部分将奠定坚实的理论基础,解析嵌入式系统赖以生存的硬件和软件核心概念。 第一章:嵌入式系统的概念、分类与发展趋势 本章首先界定嵌入式系统的本质,区分它们与通用计算系统的关键差异,如实时性、资源约束和特定任务导向性。我们将详细探讨嵌入式系统的典型应用领域(如消费电子、汽车电子、医疗设备、物联网等),并分析当前驱动行业发展的关键技术趋势,例如低功耗设计、边缘计算以及面向人工智能的嵌入式处理。读者将理解为什么理解系统级思维对嵌入式工程师至关重要。 第二章:核心处理器架构剖析 深入讲解嵌入式系统中最常见的处理器架构。重点放在 CISC(复杂指令集计算机) 与 RISC(精简指令集计算机) 的设计哲学对比。随后,我们将详细剖析 ARM Cortex-M 系列 架构——目前嵌入式领域最主流的架构之一。内容涵盖: 指令集结构(ISA):指令格式、寻址模式及流水线基础。 寄存器组:通用寄存器、程序计数器(PC)、状态寄存器(PSR)的功能和操作。 存储器映射:讲解内存保护单元(MPU)或内存管理单元(MMU)的基本作用,以及如何将外设、RAM 和 Flash 有效地映射到地址空间中。 特权级别与异常处理:理解系统如何管理不同级别的代码执行(如线程模式与特权模式),以及中断向量表和中断服务程序(ISR)的执行流程。 第三章:存储器系统与启动流程 本章聚焦于嵌入式系统中至关重要的存储介质和系统初始化过程。 存储器技术:详细介绍易失性存储器(SRAM, SDRAM)和非易失性存储器(NOR Flash, NAND Flash, eMMC, SPI Flash)的工作原理、读写时序和适用场景。 系统启动链(Boot Sequence):从上电复位(POR)开始,系统如何加载引导加载程序(Bootloader),并最终跳转到操作系统或裸机应用程序的完整流程。我们将分析不同微控制器(MCU)的启动配置熔丝(Fuses)设置对启动过程的影响。 代码存储与执行:讲解代码段(.text)、数据段(.data, .bss)在 Flash 和 RAM 中的布局,以及编译器和链接器脚本(Linker Script)在地址分配中的核心作用。 第二部分:底层软件开发与硬件交互 本部分侧重于实现嵌入式软件与物理世界交互所需的核心技术和编程技巧。 第四章:C 语言在嵌入式环境下的高级应用 C 语言仍然是嵌入式开发的主流语言。本章超越基础语法,深入探讨 C 语言在资源受限环境下的高效用法: 指针与内存操作的精确控制:位操作(Bitwise Operations)在寄存器控制中的应用。 数据类型与对齐:理解不同架构下的数据对齐要求(Alignment)及其对性能的影响。 结构体(Struct)的内存布局优化:使用 `__attribute__((packed))` 等编译器扩展来控制结构体大小。 易出错的陷阱:栈溢出(Stack Overflow)、堆内存管理(Heap Management)的风险分析。 第五章:中断、定时器与实时控制 实时性是嵌入式系统的生命线。本章详细讲解如何精确控制时间。 中断机制深度解析:中断延迟的来源、中断优先级配置、竞态条件(Race Condition)的识别与避免。 通用定时器(General Purpose Timers):讲解定时器的工作模式,如计数、输入捕获(Input Capture)和输出比较(Output Compare),并结合实际案例计算不同频率的 PWM 信号生成。 看门狗定时器(WDT):设计健壮的系统,确保在程序跑飞时能够可靠复位。 第六章:设备驱动开发基础:GPIO 与 ADC/DAC 学习如何直接操作硬件寄存器来驱动基本外设,这是嵌入式工程师必备的技能。 通用输入输出(GPIO):配置输入、输出、推挽/开漏模式、上下拉电阻的软件控制。 模数转换器(ADC):讲解采样定理、转换精度、参考电压的选择。分析单次转换、连续转换和DMA(直接内存访问)辅助下的高速采集模式。 数模转换器(DAC):生成模拟信号的基础,并探讨其在波形生成中的应用。 第三部分:通信协议与数据交换 现代嵌入式系统很少是孤立的。本部分着重于系统间的通信技术。 第七章:片上串行通信协议 深入剖析嵌入式领域最常用的片内通信接口: UART/USART:波特率计算、奇偶校验的实现,以及 RS-232/RS-485 接口的电气特性区别。 SPI(串行外设接口):主从模式的选择、时钟极性(CPOL)与相位(CPHA)的四种模式组合,以及如何高效读写外部 Flash 或传感器。 I²C(Inter-Integrated Circuit):总线仲裁机制、地址寻址(7位与10位)、读写流程的时序要求。 第八章:总线技术与数据高速公路 本章关注更高带宽、更复杂的系统级数据传输机制: DMA(直接内存访问):DMA 控制器的结构、通道配置、传输模式(循环、单次),以及如何用 DMA 解放 CPU 资源,实现高效的数据搬运。 CAN(控制器局域网络):重点分析 CAN 协议在汽车电子和工业控制中的应用,包括帧结构(标准帧与扩展帧)、仲裁机制和错误检测机制。 USB 设备模式基础:介绍 USB 的枚举过程、端点(Endpoints)的概念以及主机与设备之间的数据包传输机制。 第四部分:软件工程与系统集成 本部分将视角从单个模块提升到整个系统的软件架构和调试维护层面。 第九章:固件的编译、链接与调试 理解整个软件构建流程是确保固件质量的关键。 交叉编译环境的搭建:介绍 GCC/Clang 工具链在嵌入式开发中的配置。 链接器脚本(Linker Script)详解:如何手动定义内存分区、代码段重定位以及处理初始化数据的加载。 调试技术:JTAG/SWD 接口的工作原理,使用硬件调试器进行断点设置、寄存器查看和内存跟踪的高级技巧。 第十章:嵌入式实时操作系统(RTOS)导论 对于复杂的嵌入式应用,RTOS 是管理并发任务的必要工具。 RTOS 核心概念:任务(Task)管理、上下文切换(Context Switching)、时间片轮转调度。 同步与互斥机制:信号量(Semaphore)、互斥锁(Mutex)、消息队列(Message Queue)的使用场景与潜在死锁(Deadlock)的预防。 FreeRTOS/RT-Thread 选型与实践:通过实例展示任务创建、优先级继承和资源保护的实际编码方法。 本书以 “理论指导实践,实践反哺理论” 为核心编写理念,力求让读者在掌握底层硬件交互的同时,构建起面向工程化、可维护的软件架构能力,为未来从事任何嵌入式领域的工作打下坚实的基础。

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我在学习单片机的时候,一直觉得理论知识和实践操作之间存在一定的鸿沟,很难找到一本能够很好地连接这两者的书籍。《单片机开发技术与实训》这本书恰恰弥补了我的这一困扰。它不仅详细讲解了单片机的各种指令和工作原理,更重要的是,它提供了大量可以亲手实践的案例。每一个案例都从硬件电路设计、元器件选型,到软件代码编写、调试过程,都进行了详尽的描述。我印象最深刻的是书中关于ADC(模数转换器)应用的章节,作者不仅讲解了ADC的工作原理和相关的寄存器配置,还提供了一个用ADC采集模拟信号并将其显示在LCD屏幕上的实训项目。在完成这个项目后,我能够理解如何将现实世界中的模拟信息转化为单片机可以处理的数字信息,这让我对单片机在各种传感器数据采集中的作用有了更深的认识。书中还深入浅出地讲解了C语言在单片机开发中的应用,包括指针、结构体、宏定义等,这些都是编写高效、可维护代码的关键。作者还强调了程序结构和模块化的重要性,引导读者养成良好的编程习惯。

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我一直对物联网(IoT)技术非常感兴趣,而单片机作为物联网设备的核心,其重要性不言而喻。《单片机开发技术与实训》这本书为我打开了通往物联网世界的大门。书中不仅讲解了单片机的基础知识,更深入地探讨了如何将单片机应用于物联网场景。例如,书中有一个章节专门讲解了如何利用单片机连接Wi-Fi模块,实现数据的无线传输。作者详细介绍了Wi-Fi模块的AT指令集,以及如何通过单片机发送指令来配置Wi-Fi连接、发送和接收数据。我还尝试了书中关于MQTT协议的实训项目,通过单片机实现与MQTT服务器的通信,将传感器数据发布到服务器,并订阅其他设备发布的数据。这让我直观地感受到了MQTT协议在物联网通信中的高效和简洁。书中还涉及了一些关于低功耗设计的技术,这对于电池供电的物联网设备来说至关重要。通过学习这本书,我不仅掌握了单片机的基本开发技能,更重要的是,我理解了如何将单片机与网络通信技术相结合,构建出功能强大的物联网应用。

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在选择单片机开发书籍时,我尤其看重其内容的实用性和前瞻性。《单片机开发技术与实训》这本书在这两方面都做得非常出色。它涵盖了当前主流的单片机架构,并重点介绍了其在实际开发中的应用。书中对各种外设接口的讲解非常透彻,例如I2C和SPI通信协议,作者不仅给出了详细的协议时序图,还提供了使用这些协议与各种外围芯片(如EEPROM、传感器、显示屏)进行通信的实例代码。我曾经尝试过书中关于SD卡存储的实训项目,通过单片机读写SD卡,实现数据的持久化存储。这让我能够理解如何将单片机作为数据记录仪的核心,用于各种数据的长期保存。书中还对常用的嵌入式操作系统(RTOS)进行了介绍,并给出了简单的使用示例。这对于开发更复杂的嵌入式系统非常有帮助,可以帮助我更好地管理任务、实现并发处理。作者在书中还分享了一些关于性能优化的技巧,例如如何减少代码量、提高运行速度等,这些对于嵌入式开发人员来说是宝贵的经验。

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我是一名对机器人技术充满热情的研究生,单片机是实现机器人控制的关键。在寻找学习资料的过程中,《单片机开发技术与实训》这本书给我留下了深刻的印象。它不仅仅是一本技术手册,更是一本实践指南。书中对直流电机、步进电机和舵机等执行器的控制方法进行了详细的讲解,并提供了相应的驱动电路设计和控制代码。我特别注重书中关于电机PID(比例-积分-微分)控制的章节,作者不仅解释了PID算法的原理,还给出了如何通过单片机实现PID闭环控制的实例,以实现对电机速度和位置的精确控制。这对于我设计和开发机器人底盘至关重要。书中还涉及了编码器、IMU(惯性测量单元)等传感器在机器人中的应用,以及如何通过单片机读取这些传感器的数据,并将其用于机器人的导航和姿态控制。作者在书中对代码的注释也非常详细,这使得我能够清晰地理解每一行代码的含义和作用。

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我一直在寻找一本能够让我从理论到实践都得到充分锻炼的单片机开发书籍。《单片机开发技术与实训》这本书以其丰富的实训项目和详实的讲解,彻底满足了我的需求。书中涵盖了从入门到进阶的各种单片机应用,例如基于单片机的智能家居控制系统、自动售货机控制系统等。我特别喜欢书中关于“LCD液晶显示屏”的驱动和应用章节,作者不仅详细介绍了LCD的接口原理和时序,还提供了多种显示模式的实现方法,例如显示字符串、数字、汉字以及简单的图形。我还尝试了书中关于“EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)”的实训项目,学习如何利用EEPROM来存储和读取数据,这对于需要保存配置信息或测量数据的应用来说非常实用。作者在书中还强调了代码的复用性和模块化设计,引导读者写出更易于维护和扩展的代码。总而言之,这本书不仅教授了单片机开发的技术,更传递了一种严谨、务实的开发理念。

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作为一名已经工作几年的工程师,我一直在寻找能够提升我嵌入式开发技能的参考资料。在朋友的推荐下,我偶然发现了《单片机开发技术与实训》这本书,并被其内容深深吸引。这本书并非停留在理论层面,而是着重于“实训”,这正是我所需要的。它非常系统地讲解了从基础概念到实际项目开发的完整流程。作者在书中详细介绍了不同型号单片机的特性,并提供了清晰的开发环境搭建指南,包括IDE的选择、编译器的配置等。在讲解具体技术时,作者总是能够结合实际的开发场景,例如在讨论中断处理时,作者会详细讲解中断优先级、中断向量表以及如何编写高效的中断服务程序,并举例说明如何利用中断实现对外部事件的实时响应。书中提供的实训项目涵盖了许多常见的应用,例如交通灯控制、数据采集系统、简单的机器人控制等。我特别喜欢书中对“调试”这一环节的重视,作者分享了许多实用的调试技巧和方法,例如如何使用断点、单步执行、观察变量值来定位和解决问题。这些经验对于缩短开发周期、提高代码质量至关重要。读完这本书,我感觉自己的单片机开发能力得到了显著的提升,能够更自信地应对实际项目中的各种挑战。

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在接触《单片机开发技术与实训》之前,我对单片机开发可以说是“零基础”。这本书的优点在于,它非常循序渐进,从最基本的二进制、补码、运算器等概念开始讲解,为我打下了坚实的理论基础。随后,它便引导我进入单片机的世界,详细介绍了各种指令的格式、寻址方式以及执行过程。我尤其欣赏书中关于“定时器中断”的应用,作者不仅解释了中断的作用,还通过一个实战案例,演示了如何利用定时器中断来精确控制LED的闪烁频率,以及如何处理多个中断源的优先级问题。这让我深刻理解了中断在提高系统效率和响应速度方面的重要性。书中还提供了关于ADC(模数转换)功能的详细介绍,以及如何利用ADC来读取模拟传感器的数据,例如光敏电阻、温度传感器等。我还尝试了书中关于“串口通信”的实训项目,通过单片机与电脑之间进行数据交换,这让我体会到了单片机作为通信节点的作用。

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我是一名在校的电子信息工程专业的学生,一直对单片机编程和硬件开发有着浓厚的兴趣。通过同学的介绍,我了解到《单片机开发技术与实训》这本书,它被广泛认为是学习单片机入门的优秀教材。当我拿到这本书时,我被其详实的内容和严谨的结构所折服。书中的章节安排非常合理,从最基础的单片机架构、指令集,到常用的外围接口,如GPIO、定时器、中断、ADC、DAC等,都进行了深入的讲解。我尤其欣赏作者对于各个知识点背后原理的细致阐述,例如在讲解定时器的工作原理时,作者不仅给出了详细的寄存器配置方法,还深入分析了其在 PWM 输出、脉冲测量等方面的应用。书中提供的实训项目也让我受益匪浅,每一个项目都紧密结合了课堂上学到的理论知识,并且提供了完整的硬件电路图和源代码,让我能够亲自动手实践,加深对理论知识的理解。在完成第一个实训项目——LED闪烁控制时,我能够通过修改代码来改变闪烁的频率和模式,这种成就感是无与伦比的。此外,书中还涉及了一些更高级的单片机应用,比如与传感器通信、LCD显示、通信协议(如UART、SPI、I2C)的应用等,这些都为我未来的毕业设计和职业发展打下了坚实的基础。

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作为一名非计算机专业背景的爱好者,我一直想学习一些能够让我亲手制作一些智能小玩意儿的技术。《单片机开发技术与实训》这本书给我带来了很大的启发。它从最基础的数电模电概念讲起,让我这个对电子学不甚了解的人也能慢慢入门。书中对基础知识的讲解非常到位,比如二极管、三极管、MOS管等元器件的工作原理,以及如何搭建简单的电路。然后,它很自然地过渡到单片机的学习,并提供了非常生动的教学案例。我尤其喜欢书中关于“数码管显示”的实训项目,作者不仅讲解了数码管的驱动原理,还提供了如何使用动态扫描技术来驱动多个数码管的详细代码。当我成功地在数码管上显示出数字时,那种喜悦感是无法言喻的。书中的实训项目设计得非常巧妙,往往只需要几个简单的元器件,就能实现一个有趣的功能。这让我觉得单片机开发并不像我想象的那么高深莫测,只要有合适的指导,每个人都能成为一个“创客”。

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这本书的名字叫《单片机开发技术与实训》,我一直对嵌入式开发领域充满好奇,尤其是那些小巧但功能强大的单片机。在朋友的推荐下,我入手了这本《单片机开发技术与实训》。拿到书的那一刻,就被它厚实的纸张和精美的封面设计所吸引,感觉是一本很有分量的技术书籍。我迫不及待地翻开第一页,首先映入眼帘的是作者对单片机技术发展历史的简要回顾,以及它在现代社会中无处不在的应用场景,比如智能家居、汽车电子、工业自动化等等。作者用非常通俗易懂的语言,将那些看似复杂的概念一一剖析,让我这个初学者也能快速理解单片机的基本原理和工作流程。书中的图文并茂,不仅有详细的电路图和原理图,还有大量的代码示例,这些都为我后续的学习打下了坚实的基础。我特别喜欢作者在介绍每一个知识点时,都会引用实际的应用案例,这让我能够更直观地感受到单片机技术的魅力,也更加激发了我深入学习的动力。这本书的编排逻辑非常清晰,从基础概念到高级应用,循序渐进,让人感觉学习过程非常顺畅,不会因为内容的跳跃而感到困惑。

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