PIC单片机常用模块与综合系统设计实例精讲 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:325

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出版时间:2009-3

价格:45.00元

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isbn号码:9787121079962

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• PIC单片机
• 单片机应用
• 模块设计
• 系统设计
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• 实践教程

《嵌入式系统开发实战：ARM Cortex-M微控制器原理、实践与项目开发》 概述 本书是一本专注于ARM Cortex-M系列微控制器应用开发的综合性指南。ARM Cortex-M架构凭借其高效的性能、丰富的外设接口、低功耗特性以及广泛的市场占有率，已成为嵌入式系统设计的首选平台。本书旨在为读者提供一套系统、深入的学习路径，帮助工程师、学生以及嵌入式系统爱好者掌握Cortex-M微控制器的核心原理，理解其架构设计，并能熟练运用各种开发工具和技术，最终独立完成复杂的嵌入式系统项目。 本书摒弃了泛泛而谈的理论，而是将理论知识与大量的实践案例相结合，通过循序渐进的方式，引导读者从基础概念逐步深入到高级应用。内容覆盖了从微控制器选型、开发环境搭建，到核心外设驱动编写、RTOS应用，再到实际项目的设计与实现。力求让读者不仅知其然，更知其所以然，具备扎实的理论基础和丰富的实战经验。 本书特色 1. 聚焦ARM Cortex-M核心架构： 深入剖析Cortex-M系列微控制器的核心特点，包括其流水线结构、中断控制器（NVIC）、内存保护单元（MPU）、低功耗模式等，为理解和高效利用MCU打下坚实基础。 2. 丰富的外设应用： 详细介绍ARM Cortex-M系列MCU常用的核心外设，如GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC、定时器、PWM、DMA等，并提供详细的驱动程序编写示例，指导读者如何灵活运用这些外设完成各种功能。 3. RTOS实战指南： 引入实时操作系统（RTOS）的概念，讲解FreeRTOS等主流RTOS的原理、任务管理、信号量、消息队列、事件组等核心机制，并通过实际项目展示如何利用RTOS构建复杂、可维护的嵌入式软件系统。 4. 项目驱动式学习： 全书以多个精心设计的综合项目贯穿始终，涵盖了物联网传感器节点、智能家居控制、工业数据采集、电机控制等典型应用场景。每个项目都从需求分析、硬件选型、原理图设计、软件架构、代码实现、调试验证等环节进行详细讲解，让读者在实践中学习。 5. 工具链与开发流程： 详细介绍主流的ARM Cortex-M开发工具链，包括Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE等IDE的使用方法，以及调试技巧、代码优化、版本控制等开发流程。 6. 代码质量与工程实践： 强调良好的编程习惯、代码可读性、模块化设计以及错误处理机制。本书提供的代码示例结构清晰、注释详细，力求符合工程实践的要求。 7. 循序渐进，难度适中： 内容从易到难，从基础到进阶，适合不同层次的读者。初学者可以通过阅读和实践掌握基础，有经验的工程师则可以通过深入研究获得新的启发。 内容详述 第一部分：ARM Cortex-M微控制器基础 第一章：嵌入式系统与ARM Cortex-M概览 嵌入式系统的定义、特点与发展趋势 ARM架构的演进与Cortex-M系列定位 Cortex-M系列微控制器的主要型号介绍（M0, M3, M4, M7等） ARM Cortex-M处理器核心架构深入剖析（指令集、寄存器、流水线） Cortex-M微控制器典型的内存映射与总线结构 第二章：开发环境搭建与首个程序 主流ARM Cortex-M开发工具链的安装与配置（Keil MDK, IAR, STM32CubeIDE） 理解交叉编译与链接过程 编写、编译、下载并运行您的第一个“Hello World”程序 调试器（Debugger）的基本使用：断点、单步执行、查看变量与内存 代码版本控制工具（如Git）在嵌入式开发中的应用 第二部分：核心外设原理与驱动开发 第三章：GPIO（通用输入输出）接口 GPIO的工作原理与配置模式（输入、输出、上拉、下拉） GPIO的端口、引脚与寄存器操作 GPIO端口复用功能介绍 实例：LED闪烁与按键扫描程序开发 第四章：串口通信（UART/USART） UART/USART通信协议原理（波特率、数据位、停止位、校验位） UART/USART硬件模块的寄存器配置 发送、接收中断处理 DMA在UART通信中的应用 实例：PC与MCU之间的串口通信演示 第五章：SPI（串行外设接口） SPI通信协议原理（主从模式、时钟极性与相位CPOL/CPHA） SPI硬件模块的寄存器配置 SPI通信的半双工特性 实例：SPI接口连接外部EEPROM或传感器 第六章：I2C（集成电路互连总线） I2C通信协议原理（SCL、SDA、地址、ACK/NACK） I2C硬件模块的寄存器配置 主/从机模式下的I2C通信 实例：I2C接口连接OLED显示屏或温湿度传感器 第七章：定时器与PWM（脉冲宽度调制） 通用定时器的工作原理与时基配置 定时器中断的应用（周期触发、延时） PWM生成原理与基本配置 PWM在电机控制、LED亮度调节中的应用 实例：呼吸灯效果与伺服电机角度控制 第八章：ADC（模数转换器）与DAC（数模转换器） ADC工作原理（采样、量化、编码） ADC的通道选择、转换模式（单次、连续） ADC采样率与精度 DAC工作原理与输出电压控制 实例：采集电位器信号并输出到DAC，或采集模拟传感器数据 第三部分：实时操作系统（RTOS）与高级应用 第九章：实时操作系统（RTOS）原理 RTOS的必要性与优势 RTOS的核心概念：任务（Task）、调度器（Scheduler）、上下文切换 任务状态：就绪、运行、阻塞、挂起 任务优先级与抢占式调度 RTOS提供的核心服务：任务创建与管理、延时、同步与通信机制 第十章：FreeRTOS入门与实践 FreeRTOS的移植与配置 FreeRTOS任务创建、删除与状态管理 FreeRTOS任务间通信：队列（Queue）、信号量（Semaphore）、事件组（Event Group） FreeRTOS软件定时器与中断管理 实例：使用FreeRTOS管理多个LED闪烁任务 第十一章：中断管理与异常处理 Cortex-M的NVIC（嵌套向量中断控制器）工作原理 中断向量表与中断服务程序（ISR） 中断优先级与嵌套 异常类型与处理机制（复位、总线错误、非法指令等） 如何安全地在ISR中访问共享资源 第十二章：DMA（直接内存访问）控制器 DMA的工作原理：减轻CPU负担 DMA控制器配置与通道管理 DMA传输模式：外设到内存、内存到外设、内存到内存 DMA与中断结合使用 实例：使用DMA高效传输ADC采样数据或UART数据 第四部分：综合系统设计与项目实战 第十三章：物联网传感器节点设计 项目需求分析：温度、湿度、光照、PM2.5等传感器数据采集与无线传输 硬件选型：Cortex-M MCU、传感器模块、无线通信模块（如ESP8266/NRF24L01） 原理图设计与PCB布局考虑 软件架构设计：传感器驱动、数据处理、通信协议栈、RTOS任务划分 代码实现与调试：传感器读取、数据打包、无线通信接入 第十四章：智能家居控制系统 项目需求分析：远程控制家电（灯光、风扇）、状态监测 硬件选型：MCU、继电器模块、Wi-Fi模块、用户界面（如触摸屏或Web服务器） 通信协议选择（MQTT、HTTP） 软件设计：设备控制逻辑、状态上报、网络通信处理、用户交互界面 实例：基于ESP32/STM32的智能灯光控制模块 第十五章：工业数据采集与监测系统 项目需求分析：多通道模拟信号采集、数据存储、报警功能、RS485通信 硬件选型：高精度ADC、MCU、SD卡模块、RS485收发器 软件设计：多通道ADC扫描、数据滤波与平均、数据存储到SD卡、RS485通信协议实现（Modbus RTU）、报警阈值判断 实例：一个简单的四通道数据采集仪 第十六章：电机控制系统进阶 直流电机、步进电机、无刷直流电机（BLDC）的基本原理 PID控制算法在电机速度、位置控制中的应用 使用PWM进行电机驱动与调速 霍尔传感器或编码器在电机反馈中的应用 实例：使用STM32F4的PWM和ADC实现一个简单的直流电机闭环调速系统 第五部分：工程实践与未来展望 第十七章：嵌入式软件的调试与优化 高级调试技巧：逻辑分析仪、示波器辅助调试 代码性能分析与优化（CPU占用率、内存使用、功耗） 固件更新（OTA）机制探讨 嵌入式系统功耗优化策略 第十八章：嵌入式安全基础 嵌入式系统面临的安全威胁 基本的安全措施：代码加密、防篡改、安全启动 （可选）简单介绍加密算法在嵌入式中的应用 总结 本书旨在为读者构建一个坚实的ARM Cortex-M嵌入式系统开发能力框架。通过理论与实践的有机结合，读者不仅能够深入理解Cortex-M微控制器的精髓，掌握各类常用外设的开发技巧，更能学习到如何利用RTOS构建复杂的软件系统，并最终能够独立完成具有挑战性的嵌入式项目。本书的例程代码均经过实际验证，力求简洁、高效且易于理解，方便读者直接参考和扩展。希望本书能成为您在嵌入式开发道路上的一盏明灯，助您在技术之路上不断前行。

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说实话，这本书的结构安排非常有条理，但同时也展现出一种非常硬核的工程师思维。它没有过多地渲染“单片机编程的乐趣”这类口号，而是直接把我们扔进了项目实践的深水区。例如，它在介绍完基础的定时器和中断配置后，紧接着就展示了如何用这些基础功能去构建一个高精度的PWM波形发生器，并且还拓展到了如何用软件算法来补偿由于晶振误差导致的频率漂移问题。这种“用最基础的砖块，砌最复杂的结构”的教学思路，让我对整个嵌入式系统的理解上升了一个层次。我尤其欣赏它对“系统设计实例”的处理方式。它不是随便找几个Demo凑数，而是选取了几个在工业控制和自动化领域非常有代表性的应用场景，比如PID算法在电机闭环控制中的应用，或者多机通信（RS-485）的可靠性设计。在讨论这些高级应用时，作者似乎有一种“不把所有陷阱都给你指出，我就不算完”的架势，会特意提及在实际部署中可能会遇到的EMC干扰、上电复位的不确定性等问题，并给出对应的硬件或软件规避策略。这完全超出了教科书的范畴，更像是一位资深项目经理在手把手带徒弟，那种实战经验的厚重感，是其他轻量级书籍完全无法比拟的。

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我尝试过很多关于PIC单片机编程的书籍，但大多要么是针对某个特定系列（比如C8/C18系列）的入门指南，要么就是纯粹的参考手册的翻版。这本书的独特之处在于它的“广度”和“前瞻性”。它并没有把所有篇幅都锁定在某个特定型号的寄存器上，而是花了很多篇幅去讲解那些在不同PIC系列中具有通用性的设计理念和算法实现。比如，它在讲解中断处理时，非常清晰地区分了PIC18系列和PIC24系列在中断向量和优先级管理上的差异，并且展示了如何编写出具有一定可移植性的上层应用代码。更关键的是，它触及了一些现代嵌入式系统设计中绕不开的话题，比如低功耗模式的设计。它详细分析了PIC在睡眠模式（Sleep Mode）和空闲模式（Idle Mode）下的电流消耗，以及如何通过外部事件（如中断）精确地唤醒系统以最小化功耗。对于那些需要设计电池供电设备的开发者来说，这种对能耗的深入剖析简直是雪中送炭。很多入门书只会告诉你“如何进入低功耗”，但这本书告诉你“如何带着你的应用进入最低功耗且能最快速度恢复工作状态”。

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这本书的排版和图示质量，坦率地说，一开始让我有点提不起精神。大量的电路原理图和时序图，如果不是用高质量的纸张和印刷技术来呈现，很容易看花眼，尤其是在晚上台灯下对照着代码阅读时。我记得有一次在研究那个复杂的AD转换模块时，由于图中的电阻和电容标记有点密集，我差点把一个反馈电阻看成了滤波电容，差点导致我后续的仿真实验结果全错。不过，一旦你适应了这种高密度的信息流，你会发现这种“百科全书式”的呈现方式的好处。它把理论公式、硬件连接、寄存器映射、软件流程图，像拼图一样紧密地嵌合在一起。对于我们这些追求效率的工程师来说，不需要频繁地在书的不同章节之间来回翻找来拼凑一个完整的概念。比如，当讲到看门狗定时器（WDT）时，它不仅解释了如何配置溢出周期，还立即给出了一个实际的系统死机后如何通过WDT复位并进入安全模式的流程图。这种多维度、立体化的知识呈现方式，大大加速了我的学习和调试过程，尽管初期需要付出一些视觉上的努力去适应。

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如果说有什么地方让我感觉像是“老派”的工程师在写书，那可能就是这本书对于软件工程规范的强调了。它不是那种鼓励你快速出Demo的代码风格，而是处处体现着对代码可读性和可维护性的极致追求。在每一个系统实例中，作者都坚持使用结构化的宏定义，清晰的函数命名规范，并强制要求对关键的位操作进行注释说明。我印象最深的是关于“代码健壮性”的那一章，作者用了一个长篇幅的篇幅来讨论输入验证和异常处理的重要性。他举例说明，如果一个外部传感器模块输出一个超出预设范围的模拟量信号，一个设计不良的程序可能会直接导致系统崩溃，而书中展示的应对方案是建立一个多级的容错校验机制，包括硬件限幅和软件范围钳位。这种对“万一出错怎么办”的未雨绸缪，让我深刻体会到，在真正可靠的产品设计中，代码的“好看”远不如代码的“可靠”重要。这本书更像是一部企业内部培训的教材，而不是面向初学者的快速入门读物，它塑造的是一种严谨、负责任的工程态度。

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这本厚厚的书，捧在手里沉甸甸的，光是封面那张电路图的复杂程度就让人望而生畏，可一旦翻开，那种扑面而来的技术细节感，简直让人欲罢不能。我本来以为这会是一本偏重理论、让人昏昏欲睡的教材，毕竟单片机这种东西，不把底层逻辑掰开了揉碎了讲清楚，后面做项目就是空中楼阁。这本书最让我惊喜的是它对每一个“常用模块”的拆解深度。比如，谈到液晶显示屏（LCD）驱动时，它不仅仅是给出了一个标准的初始化代码，而是深入到了时序图的每一个电平变化，解释了为什么需要那个特定的延迟函数。我记得我之前在做一个温湿度传感器的数据采集模块时，总是在通信协议上卡住，不是数据接收错误就是设备无响应。这本书里，光是讲解I2C和SPI总线在PIC微控制器上实现的细微差别，就用了将近五十页，每一个寄存器的设置、中断的处理逻辑，都配上了清晰的伪代码和实际汇编指令的对比分析。这种近乎偏执的细节把控，对于我们这种需要把理论知识转化为实际产品的人来说，简直是福音。它不是那种浮于表面的“如何使用”手册，更像是带你深入芯片内部“如何思考”的工程指南。读完相关章节，我感觉自己看代码的眼光都变了，不再是简单的复制粘贴，而是能预判出代码在硬件上跑起来时可能出现的各种“怪癖”。

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