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

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出版者:

作者:曹克澄 编

出品人:

页数:237

译者:

出版时间:2009-1

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787111257639

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

《嵌入式系统设计与实践》 本书致力于全面解析嵌入式系统的核心原理，并辅以大量前沿的实际应用案例，旨在为读者构建坚实的技术基础和开阔的应用视野。从基础的硬件架构到复杂的软件开发流程，我们将步步深入，揭示嵌入式系统在现代科技浪潮中扮演的关键角色。 第一部分：嵌入式系统基础理论 微控制器与处理器架构： 本部分将详细介绍不同类型的微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的内部结构、指令集、工作原理以及它们在系统中的核心作用。我们将探讨CPU的流水线、缓存机制、中断处理等关键概念，并分析RISC与CISC指令集架构的优劣。同时，也会涉及ARM、MIPS等主流嵌入式处理器家族的演进和特点。 存储器技术： 深入解析嵌入式系统中常用的存储器类型，包括RAM（SRAM、DRAM）、ROM（Flash Memory、EEPROM）的工作原理、特性和应用场景。我们将讨论存储器的读写时序、访问速度、功耗以及如何在不同的应用需求下进行存储器选型和管理。 外围设备与接口技术： 详细阐述各种通用和专用外围设备，如定时器/计数器、ADC/DAC、PWM控制器、DMA控制器、GPIO等。重点讲解这些外围设备的功能、工作模式、寄存器配置以及如何通过软件进行控制。此外，还将深入探讨常见的通信接口技术，包括UART、SPI、I2C、USB、Ethernet、CAN等，分析它们的通信协议、时序和实际应用中的接口设计。 实时操作系统（RTOS）： 介绍实时操作系统的基本概念、核心功能和设计原则。我们将深入剖析任务管理、任务调度（如优先级调度、时间片轮转）、进程间通信（IPC）机制（如信号量、互斥锁、消息队列）、内存管理、中断管理以及同步与互斥等关键技术。通过对FreeRTOS、RT-Thread等主流RTOS的分析，帮助读者理解如何在复杂的嵌入式系统中实现高效、可靠的并发执行。 第二部分：嵌入式软件开发与工具链 嵌入式C语言编程： 强调嵌入式C语言的特性和在资源受限环境下的编程技巧。我们将讨论位操作、指针操作、内存管理（栈、堆）、函数调用约定、中断服务函数（ISR）编写等关键细节，并提供实用的代码优化建议，以提高程序的执行效率和减小代码体积。 嵌入式开发环境搭建： 指导读者如何搭建完整的嵌入式开发环境，包括交叉编译器的选择与配置、集成开发环境（IDE）的使用（如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、VS Code配合PlatformIO等）、调试器（如JTAG、SWD）的连接与操作。 调试与测试技术： 介绍嵌入式系统调试的常用方法和技巧，如断点设置、单步执行、观察变量、内存查看、逻辑分析仪的使用等。同时，还将涵盖单元测试、集成测试以及系统级测试的策略，帮助读者确保软件的正确性和稳定性。 固件开发与更新： 讲解固件（Firmware）的概念、开发流程以及安全可靠的固件更新机制。我们将探讨bootloader的设计、应用程序的加载与运行、以及OTA（Over-the-Air）更新技术在物联网设备中的应用。 第三部分：嵌入式系统应用实践 物联网（IoT）应用： 聚焦于嵌入式系统在物联网领域的广泛应用。我们将分析不同类型的IoT设备，如传感器节点、智能家居设备、工业自动化终端等，并深入探讨其通信协议（如MQTT、CoAP）、数据采集与传输、边缘计算以及云平台集成。通过实际案例，展示如何构建完整的IoT解决方案。 嵌入式Linux系统： 介绍嵌入式Linux系统的构建、配置和开发。我们将涵盖Linux内核的编译与裁剪、设备树（Device Tree）的编写、根文件系统的制作、以及如何在嵌入式设备上进行应用程序开发和部署。重点关注嵌入式Linux在高性能、复杂功能应用（如网络设备、人机交互界面）中的优势。 嵌入式系统安全： 强调嵌入式系统安全的重要性，并探讨常见的安全威胁和防护措施。我们将讨论代码审计、软件加固、加密通信、访问控制、安全启动（Secure Boot）以及固件签名等技术，以保护嵌入式设备免受攻击。 嵌入式系统项目案例分析： 提供一系列精心挑选的、具有代表性的嵌入式系统项目案例，涵盖工业控制、医疗设备、汽车电子、消费电子等多个领域。通过对这些案例的深入剖析，读者将能够学习到不同场景下的系统设计思路、关键技术选型以及面临的挑战与解决方案。 本书旨在为有志于投身于嵌入式系统开发领域的工程师、学生和爱好者提供一条清晰的学习路径。通过理论与实践的结合，读者将能够掌握开发高性能、低功耗、高可靠性嵌入式系统的必备知识和技能，并在不断发展的科技前沿中创造价值。

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这本书的开篇，感觉作者是抱着一种极大的热情在引导读者进入微控制器（MCU）的奇妙世界。它并没有一开始就抛出那些晦涩难懂的时序图和寄存器配置，而是通过一些非常贴近实际应用的例子，比如如何用最基础的I/O口点亮一个LED，或者如何通过中断来处理一个外部事件。这种叙事方式对于初学者来说简直是福音，它成功地降低了入门的心理门槛。我记得有一章专门讲了定时器的基础用法，作者没有简单地罗列公式，而是用生活中的“计时”概念去类比，让我一下子就明白了“预分频”和“重载值”到底意味着什么。更让我印象深刻的是，书中对不同类型单片机架构的介绍非常平衡，既没有过度偏袒某一个特定的系列，而是着重讲解了那些跨平台通用的设计思想，比如存储器映射、总线结构这些“内功心法”。读完前几章，我已经不再把单片机看作是一个冰冷的芯片，而是一个可以被我们用逻辑去驾驭的强大工具。它注重的是“为什么”要这样做，而不仅仅是“怎么”去做，这种对底层逻辑的深度挖掘，为后续学习更复杂的模块打下了坚实的基础。

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一个优秀的教材，除了技术内容的扎实，还必须具备良好的“工程化”视野。这本书在这方面的表现超出了我的预期。在讨论存储器管理和程序优化时，作者引入了诸如代码大小、运行速度和功耗这“三大指标”之间的权衡问题。例如，他会对比使用查表法和使用数学公式计算的优劣，并从Flash空间和CPU执行周期的角度进行量化分析，这在很多基础教程中是缺失的。此外，书中关于调试技巧的章节也极其宝贵。它没有仅仅停留在IDE的断点调试层面，而是深入探讨了如何利用示波器、逻辑分析仪来捕捉和诊断那些难以复现的硬件级问题，比如总线上的信号毛刺或者时钟漂移。这部分内容显然是作者多年一线经验的总结，它教会的不是编程技巧，而是一种解决实际工程难题的思维模式，它提醒着读者，单片机开发永远是软件与硬件的综合博弈，不能顾此失彼余。

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这本书的排版和图示设计，透露出一种非常务实的美学。它没有追求花哨的3D渲染图，而是大量使用了清晰、简洁的方框图和流程图来辅助说明概念。这种风格在讲解中断服务子程序（ISR）的执行流程时显得尤为突出。作者用一个非常清晰的状态转移图，展示了CPU从主程序跳入中断，执行完ISR，再返回主程序时的现场保护和恢复过程，每一个分支和异常处理路径都标示得一清二楚。这对于理解实时系统的响应机制至关重要。同时，书中在代码示例的选择上也下了功夫，它没有使用过于复杂的第三方库，而是大量采用“裸机”代码，这迫使读者必须理解底层操作。比如，在讲解串行通信（UART）时，作者没有直接调用`printf`函数，而是从波特率发生器的计算开始，一步步构建起发送和接收的底层函数，这种循序渐进的构建过程，极大地增强了读者的系统构建能力，让我感觉自己手中的代码是真正“活”起来的，而不是依赖于某个黑盒库的调用。

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我对这本书的整体感受是：它成功地搭建了一座从理论到实践的高速公路，但这条路需要驾驶者付出专注的努力才能跑完全程。这本书的难点恰恰在于它的完备性——它几乎涵盖了所有基础微控制器会涉及的核心领域，从汇编语言的初步认识，到C语言在嵌入式中的高效运用，再到各种通信协议（SPI, I2C等）的协议栈解析。然而，这种全面性也意味着它对读者的要求不低，如果只是浅尝辄止地翻阅，很容易迷失在众多的技术细节之中。真正能从中学到精髓的读者，需要抱着“把它当成工具书来反复查阅”的心态，而不是“一气呵成读完的小说”。对我个人而言，它最独特之处在于其对“软件架构”的强调，它引导我思考如何设计一个健壮、可扩展的固件结构，而不是写一堆堆砌在一起的函数。读完后，我感觉自己不再是那个只会粘贴代码的初学者，而是有能力去设计和维护一个中等规模嵌入式系统的工程师了。

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这本书在深入讲解外设驱动部分时，展现出一种严谨而略带“硬核”的风格，完全是为那些渴望掌握细节的工程师准备的“武功秘籍”。特别是关于ADC和PWM模块的章节，内容详实到令人咋舌。作者不仅仅给出了寄存器的位定义，更是详细剖析了内部电路的简化模型，例如，他是如何解释采样保持电路的时序对精度影响的，或者，在设计一个电机驱动PWM时，如何通过调整死区时间来避免上下桥臂的直通。我发现，很多网上的教程只会告诉你“把这个寄存器设成101b就行了”，但这本书会告诉你，为什么是101b，以及如果设成100b会出现什么灾难性的后果。这种对“边界条件”的关注，是判断一本技术书籍是否真正有价值的关键所在。阅读过程中，我时不时地需要停下来，对照着芯片手册来验证书中的描述，这种双向学习的体验，让我对程序和硬件之间的映射关系有了更清晰的认识。对于希望从“会用”跨越到“精通”的读者，这一部分的深度和广度是无可替代的。

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