单片机原理及应用

单片机原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:张涛
出品人:
页数:311
译者:
出版时间:2008-9
价格:28.00元
装帧:
isbn号码:9787302176251
丛书系列:
图书标签:
  • 单片机
  • 嵌入式系统
  • 原理与应用
  • 电子技术
  • 微控制器
  • C51
  • 汇编语言
  • 硬件设计
  • 实践教程
  • 电子工程
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具体描述

《21世纪高职高专规划教材•单片机原理及应用》以MCS-51系列单片机为对象,介绍了微型计算机的硬件结构、MCS-51指令系统及接口技术。《21世纪高职高专规划教材•单片机原理及应用》共分11章,内容包括:基础知识,单片机的硬件结构,MCS-51单片机的指令系统,汇编语言程序设计,MCS-51的中断系统及定时/计数器,并行I/O接口的扩展,单片机存储器的扩展,人机接口,模拟接口,串行通信,单片机应用系统。

《21世纪高职高专规划教材•单片机原理及应用》叙述由浅入深,通俗易懂,特别适合于初学者。

《嵌入式系统设计与开发实战》 本书深入浅出地剖析了嵌入式系统的核心概念、设计流程与实际应用,旨在为读者提供一套系统、完整的嵌入式开发指南。全书内容紧密围绕“实战”,强调理论与实践的结合,帮助读者从零开始掌握嵌入式系统的开发技能,并能独立完成复杂的嵌入式项目。 第一部分:嵌入式系统基础理论 本部分为读者打下坚实的理论基础。 第一章:嵌入式系统概述 1.1 什么是嵌入式系统? 定义与特点:深入阐述嵌入式系统区别于通用计算机的本质特征,如专用性、实时性、可靠性、功耗低、体积小等。 应用领域:广泛介绍嵌入式系统在消费电子、工业控制、医疗设备、汽车电子、智能家居、物联网等各行各业的典型应用,通过具体案例展示其重要性。 1.2 嵌入式系统的硬件组成 微处理器/微控制器(MCU):详细介绍MCU的核心架构(CPU、内存、外设接口),分析不同类型MCU(如ARM Cortex-M系列、RISC-V等)的特点与选型考量。 存储器:区分ROM、RAM、Flash等存储器类型,解释其在嵌入式系统中的作用(程序存储、数据存储、配置存储等)。 输入/输出(I/O)接口:详细介绍通用输入/输出(GPIO)、串行通信接口(UART, SPI, I2C)、并行通信接口、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、定时器/计数器、中断控制器等关键外设模块的功能和工作原理。 电源管理单元:讲解低功耗设计策略,如时钟门控、低功耗模式(睡眠、待机等)的实现。 其他硬件模块:如显示驱动、传感器接口、通信模块(Wi-Fi, Bluetooth, LoRa)等,根据不同应用场景进行介绍。 1.3 嵌入式系统的软件组成 嵌入式操作系统(RTOS):深入讲解RTOS的核心概念,包括任务管理(创建、调度、切换)、进程间通信(IPC:消息队列、信号量、互斥锁)、内存管理、中断处理等。重点介绍主流RTOS(如FreeRTOS, RT-Thread, Zephyr)的架构和特性。 驱动程序:阐述硬件驱动的设计与编写,讲解如何通过寄存器操作或API调用来控制硬件外设。 中间件:介绍各类中间件的作用,如文件系统、网络协议栈(TCP/IP, UDP)、图形库、USB协议栈等,以及它们如何简化应用开发。 应用程序:讨论嵌入式应用程序的设计原则,包括模块化、可重用性、事件驱动编程等。 1.4 嵌入式系统开发流程 需求分析与规格定义:如何准确理解客户需求,定义系统功能、性能指标。 硬件选型与系统设计:根据需求选择合适的MCU、外围器件,设计整体硬件架构。 软件设计:包括系统架构设计、模块划分、接口定义、算法设计等。 交叉编译与调试:讲解交叉编译环境的搭建,以及在目标板上进行程序调试(断点、单步、查看内存)的方法。 测试与验证:介绍单元测试、集成测试、系统测试等不同层级的测试策略。 部署与维护:系统固件的烧录、现场部署,以及后续的维护和升级。 第二章:嵌入式硬件接口与通信 2.1 GPIO接口应用 GPIO的基本原理:输入/输出模式配置,上拉/下拉电阻,开漏/推挽输出。 GPIO在不同场景下的应用:LED控制、按键输入、传感器数据采集等。 2.2 串行通信接口 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter):工作原理,波特率、数据位、停止位、校验位设置,RS-232/RS-485标准。 SPI(Serial Peripheral Interface):主从模式,时钟极性(CPOL)和相位(CPHA),数据传输时序,多设备连接。 I2C(Inter-Integrated Circuit):主从模式,地址寻址,ACK/NACK机制,总线仲裁,多主设备。 2.3 ADC与DAC接口 ADC(Analog-to-Digital Converter):采样率、分辨率、量化误差,不同类型的ADC(逐次逼近、Σ-Δ等)。 DAC(Digital-to-Analog Converter):工作原理,输出精度,应用场景(音频输出、控制信号生成)。 2.4 定时器与中断 定时器/计数器:工作模式(定时、计数、PWM生成),预分频器,重载值。 中断系统:中断向量表,中断优先级,中断服务程序(ISR)的设计,中断嵌套。 第二部分:嵌入式软件开发实践 本部分侧重于嵌入式软件的开发技术与工具。 第三章:嵌入式C语言编程进阶 3.1 C语言在嵌入式开发中的应用 数据类型与位操作:深入理解char, short, int, long等数据类型的大小及表示范围,高效进行位操作(位移、位与、位或、位异或)。 指针与内存管理:指针的声明、使用,指向数组、函数、结构体的指针,动态内存分配(malloc, free)与静态内存分配,内存对齐。 结构体与联合体:定义与使用,在硬件寄存器映射中的应用。 预处理器指令:define, include, ifdef/ifndef/else/endif等,宏的编写技巧。 3.2 嵌入式C语言的特殊性 寄存器访问:直接通过指针操作硬件寄存器,例如 `(volatile unsigned int )0x40023800 = 0x00000001;` 内联汇编:在C代码中嵌入汇编指令,用于实现特定的底层操作或性能优化。 嵌入式C语言的标准与扩展:如MISRA C等安全编码标准。 第四章:嵌入式开发工具链与调试 4.1 交叉编译环境搭建 GCC/Clang交叉编译器:安装与配置。 Makefile:编写Makefile文件,自动化编译过程。 CMake:使用CMake管理复杂项目。 4.2 嵌入式IDE介绍 Keil MDK, IAR Embedded Workbench, VS Code + PlatformIO:介绍主流IDE的功能,如代码编辑、编译、调试、仿真、工程管理等。 4.3 嵌入式调试技术 JTAG/SWD接口:介绍调试接口的工作原理,连接调试器(如J-Link, ST-Link)与目标板。 调试器功能:断点设置(普通断点、条件断点、日志断点)、单步执行、观察变量、内存查看、寄存器查看、堆栈回溯。 逻辑分析仪与示波器:辅助调试硬件信号,分析时序问题。 printf重定向:将printf输出重定向到UART等通信接口,方便调试信息输出。 第五章:实时操作系统(RTOS)深入应用 5.1 RTOS核心机制详解 任务(Task):任务创建、删除、挂起、恢复。 任务调度:优先级调度、时间片轮转调度、协作式调度。 任务状态:就绪、运行、阻塞、挂起。 临界段(Critical Section):保护共享资源,防止竞态条件。 5.2 任务间通信与同步 消息队列(Message Queue):生产者-消费者模式,数据传递。 信号量(Semaphore):二值信号量、计数信号量,用于资源控制和任务同步。 互斥锁(Mutex):解决多任务访问共享资源的互斥性问题。 事件标志(Event Flags):用于任务间异步事件的通知和同步。 5.3 RTOS内存管理 静态内存分配与动态内存分配:RTOS提供的内存池机制。 内存碎片化问题与解决方案。 5.4 RTOS在实际项目中的应用 多任务协同工作:如传感器数据采集任务、数据处理任务、通信任务、UI显示任务等。 实时性保障:如何通过RTOS确保任务在规定时间内完成。 第三部分:嵌入式系统项目实战 本部分通过实际项目案例,巩固所学知识,提升实践能力。 第六章:传感器数据采集与处理 6.1 温度传感器(如DS18B20, DHT11/22)接口与驱动开发 读取传感器数据,进行温度、湿度转换。 在RTOS中创建数据采集任务,定时采集数据。 6.2 加速度传感器/陀螺仪(如MPU6050)数据融合与姿态估计 通过I2C接口读取加速度和角速度数据。 应用卡尔曼滤波或互补滤波算法融合数据,进行姿态解算。 在RTOS中实现姿态估计任务,并发送给其他模块。 6.3 数据存储与上传 将采集到的数据存储到SD卡或Flash中。 通过UART、Wi-Fi或Ethernet将数据上传至云平台或服务器。 第七章:嵌入式通信协议与网络应用 7.1 蓝牙/Wi-Fi通信模块集成 使用AT指令或SDK控制蓝牙/Wi-Fi模块。 实现设备间点对点通信或连接到局域网。 7.2 MQTT协议在物联网中的应用 理解MQTT协议的发布/订阅模式,Broker概念。 在嵌入式设备上实现MQTT客户端,连接到MQTT服务器,进行数据发布与订阅。 7.3 TCP/IP协议栈的嵌入式实现 了解TCP/IP协议的基本模型。 使用lwIP等轻量级TCP/IP协议栈,实现网络通信功能,如HTTP服务器、FTP客户端等。 第八章:用户界面设计与交互 8.1 LCD/OLED显示屏驱动与应用 SPI/I2C接口连接显示屏。 编写显示驱动,绘制文本、图形、图标。 在RTOS中创建UI显示任务,实现动态界面更新。 8.2 触摸屏/按键输入处理 电阻式/电容式触摸屏的接口与驱动。 按键消抖处理,多按键组合识别。 将用户输入事件传递给应用逻辑。 8.3 GUI框架(可选) 介绍TouchGFX, LVGL等嵌入式GUI框架,简化界面开发。 第九章:嵌入式系统安全与功耗优化 9.1 嵌入式系统安全基础 固件安全:防止非法固件烧录,固件加密。 通信安全:SSL/TLS加密,数据认证。 物理安全:防篡改设计。 9.2 嵌入式系统功耗优化策略 硬件层面:选择低功耗器件,优化电源设计。 软件层面:合理使用MCU的低功耗模式,优化任务优先级,关闭不使用的外设。 功耗测试与分析。 附录 主流嵌入式平台(如STM32, ESP32, Raspberry Pi Pico)的硬件特性简述。 常用的嵌入式开发资源链接。 嵌入式系统工程师的职业发展建议。 本书内容全面、结构清晰、案例丰富,既有理论深度,又不乏实践指导,适合作为嵌入式系统初学者、在校学生以及希望提升嵌入式开发技能的工程师的参考书。通过阅读本书,读者将能够构建起完整的嵌入式开发知识体系,并具备独立完成各类嵌入式项目的实操能力。

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我是一名对电子创新充满热情的创客,而《单片机原理及应用》这本书,是我创作过程中不可或缺的“技术指南”。它不仅仅教授理论知识,更重要的是,它教会了我如何将这些知识转化为实际可用的解决方案。书中关于用户接口设计的章节,为我提供了很多灵感,如何通过按键、LCD屏幕、甚至语音模块来与单片机进行交互,从而创造出更具人性化的产品。我最喜欢的部分是关于功耗管理和低功耗设计的探讨,这对于我制作那些需要长时间独立运行的物联网设备来说,至关重要。书中介绍的各种低功耗模式和优化技巧,帮助我显著延长了设备的电池寿命,使我的产品更具市场竞争力。我曾经尝试制作一个基于电池供电的环境监测设备,通过运用书中关于睡眠模式和唤醒机制的知识,我成功地将设备的待机功耗降到了最低。这本书不仅仅是一本技术书籍,它更是一种激发我创新思维的催化剂,让我能够将脑海中的奇思妙想,通过单片机实现,最终转化为触手可及的创新产品。

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我是一名对电子产品内部运作机制充满好奇的学生,而《单片机原理及应用》这本书,就像一个精心设计的说明书,揭示了无数电子设备背后的“智慧”。我常常惊讶于那些小小的单片机,是如何操控着我们生活中的各种设备,从家里的电视遥控器到汽车的电子系统,它们无处不在。这本书以一种非常接地气的方式,解释了单片机的核心组成部分,如CPU、内存、寄存器等,让我能够理解它们是如何协同工作的。我特别喜欢书中关于定时器和计数器应用的章节,这些看似基础的模块,在实现精确时间控制和事件计数方面发挥着关键作用。例如,书中演示了如何利用定时器实现LED的闪烁,以及如何利用计数器来测量外部事件的发生频率。我曾尝试根据书中的例子,自己动手制作一个电子计时器,从零开始编写代码,连接按键和数码管,最终成功地完成了项目。这个过程让我深刻体会到,每一个复杂的功能,都是由一系列简单而精妙的逻辑组合而成的。这本书不仅教会了我知识,更培养了我拆解问题、逐个击破的解决问题的能力。

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这本书的价值,体现在它能够从根本上解决你在学习单片机过程中可能遇到的各种困惑。我曾一度对某些复杂的硬件接口协议感到头疼,例如SPI和I2C,总觉得它们之间的时序和数据传输方式难以理解。然而,在阅读了这本书的相关章节后,我恍然大悟。作者以图文并茂的方式,详细解析了这些通信协议的工作原理,包括主从设备的工作模式、数据发送和接收的时序、以及各种标志位的含义。这让我能够清晰地理解它们是如何在不同的设备之间进行高效可靠的数据交换的。我曾经尝试连接一个外部传感器,该传感器使用I2C接口进行通信,通过书中提供的参考资料和代码示例,我成功地实现了数据的读取。这不仅仅是完成了一个技术任务,更是让我对硬件通信有了更深刻的认知。这本书就像一位耐心的老师,为你一一解答那些让你头疼不已的技术难题,让你在不知不觉中就掌握了关键的技术知识。

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作为一名在校的计算机科学专业学生,我一直在寻找一本能够真正帮助我理解计算机底层运作的书籍,而《单片机原理及应用》就是我寻觅已久的那一本。本书的内容深度和广度都恰到好处,既能满足我对计算机体系结构的求知欲,又能让我对嵌入式系统有一个全面的认识。书中关于指令集架构的讲解,让我对CPU如何解释和执行命令有了更清晰的图像,从汇编语言的编写到机器码的执行,每一个环节都清晰可见。我特别欣赏书中对于数据结构在单片机内存中的存储方式的分析,例如栈和堆的使用,以及如何优化内存分配以提高程序效率。这对于我理解操作系统底层原理,例如任务调度和内存管理,都有着极大的启发作用。此外,书中对实时操作系统(RTOS)概念的引入,也让我看到了在更复杂的嵌入式应用中,如何通过RTOS来管理多任务和资源。这对于我未来从事操作系统或者嵌入式操作系统相关的工作,有着非常重要的指导意义。我曾尝试将书中的一些算法,例如排序算法,用单片机的汇编语言重新实现,这个过程不仅加深了我对汇编语言的理解,也让我体会到了底层编程的乐趣和挑战。

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我是一位对自动化控制系统充满好奇的业余爱好者,而这本书,简直是为我量身定做的。在阅读这本书之前,我对如何让机器“智能”地响应环境变化,仅仅停留在概念层面。然而,这本书就像一个魔法指南,让我一步步学会了如何给这些“大脑”赋予生命。书中关于传感器接口的详尽介绍,让我理解了不同类型的传感器(如光敏电阻、霍尔传感器、超声波传感器)如何将物理世界的信号转换为电信号,然后通过ADC转换为单片机可读的数据。我最喜欢的是书中关于PID(比例-积分-微分)控制算法的讲解,这个算法对于实现精确的自动化控制至关重要。作者用非常易于理解的语言,解释了P、I、D三个参数如何影响控制系统的响应,并提供了具体的实现案例,例如如何用PID控制一个伺服电机,使其精确地指向目标角度。我曾经尝试过一个项目,需要控制一个温室的湿度,通过学习书中的内容,我成功地连接了湿度传感器和加湿器,并利用PID算法实现了湿度的稳定控制。那种看着自己亲手构建的系统,按照预设的逻辑精确运行的感觉,是一种无法言喻的满足。这本书让我明白,自动化控制并不是高不可攀的科学,而是可以通过学习和实践来掌握的技能。

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这本书就像一把钥匙,为我打开了通往微控制器奇妙世界的大门。在翻阅这本书之前,我对单片机这个概念只停留在模糊的印象里,总觉得它是一个遥不可及、充满晦涩术语的技术领域。然而,当我真正沉浸在这本书的字里行间时,那种感觉完全改变了。作者以一种极其清晰、循序渐进的方式,将单片机的原理娓娓道来,仿佛是一位经验丰富的老师,耐心地引导着每一位初学者。从最基础的二进制、十六进制概念,到复杂的CPU架构、指令集,再到内存管理、输入输出接口,每一个部分都经过了细致的讲解和深入的剖析。我尤其欣赏书中对于硬件连接和软件开发的结合,它不仅仅是理论的堆砌,更是理论指导实践的典范。书中大量的实例代码,配合着详细的注释,让我能够快速地理解不同功能的实现方式。特别是那些涉及到传感器数据采集、电机控制、LED显示等实际应用场景的章节,让我仿佛亲手操作着这些微小的“大脑”,感受到它们带来的无穷可能性。阅读的过程中,我时常会停下来,拿起我手上仅有的开发板,按照书中的步骤进行尝试,那种从理论到实践的飞跃,带来的成就感是无与伦比的。这本书真的让我对单片机的认识从“可能”变成了“可以”,从“听说过”变成了“我正在做”。它不仅仅是一本技术书籍,更是一种学习方法、一种解决问题的思维方式的启蒙。

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对于任何想要深入了解嵌入式系统底层运作的爱好者来说,这本书绝对是必读之选。它不仅仅是一本教材,更像是一位经验丰富的导师,带领你一步步探索单片机的奥秘。书中对指令集和汇编语言的讲解,虽然初看起来有些晦涩,但作者的讲解方式非常到位,将抽象的概念具象化,让我能够理解CPU是如何执行每一条指令的。我特别欣赏书中关于中断处理机制的详尽阐述,这对于理解单片机如何高效地响应外部事件至关重要。书中还涉及到了一些高级主题,例如ADC(模数转换)、DAC(数模转换)、PWM(脉冲宽度调制)等,这些都是实现复杂功能所必需的。我曾经在开发一个需要精确控制电机转速的项目时,就遇到了挑战,通过回顾书中关于PWM的章节,我找到了解决问题的关键。这本书的价值在于,它不仅仅提供“是什么”,更重要的是提供“为什么”和“怎么做”,让读者能够真正理解原理并将其应用到实践中。

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在我的职业生涯中,我接触过许多关于嵌入式系统开发的培训和书籍,但《单片机原理及应用》以其独特的视角和扎实的功底,给我留下了深刻的印象。这本书不仅仅是技术知识的传授,更是对整个嵌入式开发流程的系统性梳理。作者在讲解开发工具链时,详细介绍了交叉编译、调试器、仿真器等关键工具的使用方法,让我能够从一开始就建立起规范的开发习惯。书中关于固件的烧录和调试过程,也进行了详尽的说明,包括如何处理常见的烧录错误和调试疑难。我尤其欣赏书中关于低功耗设计的讨论,在许多嵌入式应用中,功耗是一个至关重要的考量因素。作者介绍了多种降低功耗的策略,例如使用睡眠模式、关闭不必要的模块、优化时钟频率等,这些对于延长电池供电设备的续航时间具有实际意义。我曾在一个需要长时间工作的传感器节点项目中,运用了书中学到的低功耗设计技巧,显著提升了设备的续航能力,从而赢得了客户的认可。这本书为我提供了一个完整的嵌入式开发知识框架,让我能够更全面、更有效地解决实际项目中的各种挑战。

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这本书的出版,无疑为广大的电子爱好者和工程技术人员提供了一本不可多得的宝贵参考资料。作为一名在电子行业摸爬滚打多年的工程师,我深知掌握单片机核心技术的重要性,而这本书恰恰满足了这一需求。它不仅仅是对单片机原理的简单罗列,更是深入挖掘了其内在的运行机制和精妙设计。作者在讲解CPU工作流程时,对于指令的提取、解码、执行等环节的描述,细致入微,让我对微处理器的高效运作有了更深刻的理解。书中关于中断系统的阐述,更是点睛之笔,它揭示了单片机如何高效地处理外部事件,实现多任务并行处理的奥秘。我尤其赞赏书中对于存储器的组织结构和访问方式的讲解,无论是RAM、ROM还是FLASH,每一种存储器的特性和应用场景都进行了清晰的界定,为我理解程序的存储和运行提供了坚实的基础。更值得一提的是,书中在介绍各种外围接口时,不仅仅停留在功能层面的描述,而是深入到信号的时序、通信协议的细节,这对于需要进行底层开发和硬件优化的工程师来说,具有极高的参考价值。我曾遇到过一些棘手的硬件调试问题,通过回顾书中关于GPIO、UART、SPI、I2C等接口的讲解,往往能找到解决问题的关键点。这本书为我提供了解决实际工程问题的强大工具箱,让我能够更加自信地应对复杂的嵌入式系统开发挑战。

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我是一名对DIY充满热情的产品爱好者,而这本书,就像我的秘密武器库,里面充满了各种奇思妙想的实现蓝图。我一直梦想着能够亲手制作一些智能小玩意,从简单的家庭自动化到复杂的机器人项目,但总是受限于技术知识的匮乏。这本书的出现,彻底打破了我的瓶颈。它的语言风格非常亲切,没有令人望而生畏的专业术语,即使是像我这样初学者,也能轻松理解。作者在解释PWM(脉冲宽度调制)时,用了一个非常生动的比喻,让我立刻明白了如何通过控制脉冲的宽度来调节电机的转速,这对于我制作一个可以控制速度的机器人手臂至关重要。书中关于ADC(模数转换器)的章节,也让我豁然开朗,原来那些看似复杂的传感器数据,可以通过ADC转换成单片机能够理解的数字信号,这为我连接各种传感器奠定了基础。我尝试着按照书中的指导,连接了一个温度传感器,并通过程序读取温度值,然后控制一个LED灯根据温度变化而闪烁,那种从零开始创造生命力的感觉,真的太棒了!书中的每一个案例,都不仅仅是展示功能,更是在启发我思考,如何将这些基础知识应用到我自己的创意项目中。这本书让我相信,只要有这本书在手,我的DIY之路将不再是梦想,而是触手可及的现实。

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