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出版者:Oxford University Press

作者:Han-Way Huang

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-03-15

价格:CAD .50

装帧:Paperback

isbn号码:9780195139501

丛书系列:

图书标签:

• MCS-51
• Microcontroller
• Solutions Manual
• Embedded Systems
• Programming
• Electronics
• Engineering
• Technical Manual
• Reference
• 8051

微控制器应用进阶指南：基于 ARM Cortex-M 架构的系统设计与实践 本书聚焦于现代嵌入式系统开发的核心——ARM Cortex-M 系列微控制器。在当前技术迭代迅猛的电子工程领域，掌握高效、灵活且功能强大的平台是实现创新产品的关键。本书旨在为具备一定单片机基础知识（如 8051 或早期 AVR 架构）的工程师、高级电子专业学生以及寻求技术升级的爱好者提供一条清晰的、面向前沿的系统设计路径。我们完全避开了对 MCS-51 架构的任何深入讨论或作为核心教学内容的引用，而是将全部篇幅集中于如何利用 Cortex-M 平台构建高性能、低功耗的实时嵌入式解决方案。 --- 第一部分：Cortex-M 架构深度解析与开发环境搭建 本部分将引导读者从根本上理解基于 ARMv7-M 或 ARMv8-M 架构的微控制器所具备的内在优势。我们不讨论任何遗留的 8 位或 16 位架构的特性，而是直接切入现代微控制器的设计哲学。 第一章：Cortex-M 内核概览与选型策略 ARM 架构演进与定位： 详细介绍 Cortex-M0/M0+（注重功耗和成本）、M3/M4（性能与 DSP 集成）、M7（高性能实时处理）的指令集差异和流水线结构。重点分析哈佛结构、多级缓存（针对 M7）以及其在提升代码执行效率上的作用。 内存模型与总线接口： 深入讲解 AHB-Lite 和 APB 总线矩阵的结构，理解如何高效地访问片上外设和存储器。分析内存保护单元（MPU）在提高系统可靠性和实现实时操作系统（RTOS）隔离中的关键作用。 时钟树与电源管理： 剖析现代 MCU 复杂的多级 PLL 和分频器设计，讲解如何通过动态频率调整和深度睡眠模式（如低功耗模式 WFI/WFE）实现能源效率的最大化。这是构建电池供电设备的基础。 第二章：高效的开发工具链与启动流程 工具链的现代化： 搭建基于 GNU ARM Toolchain（GCC）和 Keil MDK/IAR Embedded Workbench 的集成开发环境。侧重于配置高级的链接脚本（Linker Scripts），以精确控制代码和数据在 Flash、SRAM 区域的映射。 启动代码与初始化： 详述 Cortex-M 的启动序列，包括堆栈指针（SP）的加载、向量表（Vector Table）的设置、以及上电复位后执行的第一个 C 函数 `main()` 之前的硬件初始化过程。 调试与跟踪技术： 重点介绍 J-Link/ST-Link 调试器的高级功能，包括断点设置、内存查看、寄存器视图，以及如何使用 SWV（Serial Wire Viewer）进行非侵入式的数据追踪和性能分析。 --- 第二部分：底层硬件驱动的实现与优化 本部分将教授如何利用 C 语言和寄存器级编程（而非图形化配置工具的抽象）来控制 MCU 的核心外设，确保驱动代码的效率和可移植性。 第三章：中断系统与实时事件处理 NVIC（嵌套向量中断控制器）的精细控制： 深入讲解中断优先级分组、抢占（Preemption）与子优先级（Sub-priority）的配置，这是实现确定性实时响应的基础。 编程范式： 采用“最小化中断服务程序（ISR）”的原则，将耗时的处理逻辑转移到主循环或信号量机制中，确保 ISR 快速返回。 同步机制： 在多任务或中断驱动环境下，使用原子操作（Atomic Operations）和临界区（Critical Sections）来安全地访问共享资源。 第四章：高级定时器与脉冲宽度调制（PWM） 通用定时器（TIMx）的灵活配置： 掌握计数模式（向上、向下、中心对齐）、预分频器和自动重载寄存器的计算，以产生精确的定时事件。 高精度 PWM 输出： 针对电机控制、电源管理等应用，详细讲解如何利用互补输出、死区生成（Dead-Time Insertion）以及使用捕获/比较模块实现复杂波形生成。 输入捕获： 实现对外部事件的精确时间测量，例如编码器接口信号的解析。 第五章：串行通信接口的性能优化 UART/USART 的波特率计算与校验： 标准通信协议的稳健实现。 SPI 高速数据传输： 掌握主/从模式选择、时钟极性与相位（CPOL/CPHA）的匹配，以及如何通过 DMA 机制实现数据包的快速、不阻塞传输。 I2C/SMBus 的多主机与从机寻址： 解决总线仲裁问题，并实现对多个外部传感器的可靠数据采集。 --- 第三部分：内存访问与数据流控制 本部分是区分初级与高级嵌入式开发者的关键，重点关注如何解放 CPU 周期，通过直接内存访问（DMA）和快速内存接口来优化数据吞吐量。 第六章：直接内存访问（DMA）控制器 DMA 基础概念： 理解 DMA 机制如何接管外设与内存之间的数据搬运工作，从而使 CPU 专注于复杂的算法执行。 通道配置与传输模式： 详细讲解源地址、目标地址、数据宽度、增量模式（固定/递增）以及循环模式的设置。 应用案例： 演示如何使用 DMA 来高效地从 ADC 连续采集数据到内存缓冲区，以及如何将数据包通过外设（如 UART/SPI）传输而不占用 CPU 资源。分析并解决 DMA 传输中的缓存一致性问题。 第七章：模拟前端与数据采集 模数转换器（ADC）： 深入探讨多通道扫描模式、单次转换、连续转换模式的选择。分析采样率、参考电压和量化误差对测量精度的影响。 DAC（数模转换器）的应用： 用于生成模拟控制信号或函数波形。 低速数据处理： 介绍如何在采集到数据后，利用 Cortex-M 内核的定点数学运算能力（尤其是 M4/M7 的 DSP 指令集）进行初步的滤波和数据预处理。 --- 第四部分：现代嵌入式软件架构 本部分将系统地介绍如何构建一个可扩展、可维护的现代嵌入式软件结构，侧重于实时操作系统的应用。 第八章：实时操作系统（RTOS）的引入与管理 选择合适的 RTOS： 评估 FreeRTOS, Zephyr 等主流 RTOS 的内核特性（如上下文切换机制、内核对象数量限制）。 任务（Task）管理： 创建、删除、就绪列表管理，以及任务优先级的设定与死锁预防。 进程间通信（IPC）机制： 深入实践信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）用于资源保护，以及消息队列（Message Queue）用于数据传递。强调使用标准化的 IPC 原语来替代低效的全局标志位。 第九章：系统级软件设计与模块化 抽象层设计： 提倡构建清晰的硬件抽象层（HAL），确保驱动代码与特定 MCU 型号的寄存器细节隔离，提高代码向不同 Cortex-M 芯片迁移的能力。 驱动封装与接口设计： 如何设计健壮的、面向对象的（在 C 语言框架下）驱动接口，使得上层应用逻辑清晰明了。 第十章：固件更新与系统可靠性 Bootloader 基础： 探讨如何设计一个安全的、支持远程或本地固件升级的启动加载程序，包括校验和检查和双备份映像区的管理。 错误处理与日志记录： 建立健壮的运行时错误报告机制，利用非易失性存储（如 EEPROM 或内部 Flash 扇区）记录关键故障信息，以辅助离线诊断。 本书的所有内容均围绕 ARM Cortex-M 的先进特性展开，旨在为读者提供一套完整的、适应当前工业和消费电子市场需求的嵌入式系统开发能力，全面摒弃过时或低效的架构概念。

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我对于MCS-51微控制器的学习，很大程度上是源于对其经典地位的尊重以及对嵌入式系统底层原理的好奇。在许多基础的嵌入式课程中，MCS-51都是一个必不可少的学习对象，而如何将其中的理论转化为可执行的代码，并解决实际问题，往往是学习者面临的挑战。《Solutions Manual for Using the MCS-51 Microcontroller》这本书的出现，正是为了弥补这一环节的不足。我希望通过这本书，能够看到针对MCS-51各种典型应用场景的解决方案，例如如何实现精确的定时控制、如何构建高效的串行通信接口、如何处理多任务并发等。我对于书中提供的汇编语言和C语言混合编程的示例非常感兴趣，因为在实际项目中，这两种语言的结合运用能够充分发挥各自的优势。我更关注的是那些能够帮助我理解MCS-51内部工作机制的细节，例如，指令周期的精确计算、寄存器状态的读写、以及存储器访问的效率优化。我希望这本书能够像一个详尽的故障排除指南，预见到我可能遇到的问题，并提供清晰的解决路径。这本书的价值在于，它能够帮助我从“为什么”和“怎么做”两个层面深入理解MCS-51，而不仅仅停留在概念层面。我希望能通过这本书，建立起一套扎实的MCS-51开发技能，为我将来从事更复杂的嵌入式系统开发打下坚实的基础。

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我一直认为，掌握一门微控制器技术，最关键的是理解其指令集和工作流程，并能够将其应用于实际的工程设计中。MCS-51系列微控制器以其简洁的指令集和灵活的 I/O 口配置，在嵌入式领域占据着重要的地位。拿到这本《Solutions Manual for Using the MCS-51 Microcontroller》，我首先关注的是它是否能提供一些能够展示MCS-51强大功能的实例。我希望书中能够包含一些涉及实时操作系统（RTOS）在MCS-51上的应用，或者如何利用MCS-51构建分布式控制系统。对我而言，那些关于中断优先级管理、多任务调度以及资源共享的解决方案，将是极具价值的学习内容。我尤其想看到书中关于如何优化代码的执行效率，比如如何减少指令执行时间、如何高效地使用片内RAM和ROM。我非常欣赏那些能够提供多种实现路径并进行性能比较的章节，这有助于我理解不同方案的优缺点，并在实际项目中做出更明智的选择。同时，我希望书中能够包含一些关于硬件接口设计的建议，例如如何选择合适的外部存储器、如何设计稳健的I/O接口电路，以及如何应对电磁干扰（EMI）等问题。这本书的出现，填补了我对于MCS-51从理论到实践之间可能存在的鸿沟，我期待它能为我带来更深入的理解和更实用的技能。

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这本书的入手，纯粹是出于对MCS-51微控制器架构原理的好奇心。我一直对嵌入式系统和底层硬件的交互方式充满兴趣，而MCS-51系列作为经典的8位微控制器，其设计思想至今仍有借鉴意义。拿到这本《Solutions Manual for Using the MCS-51 Microcontroller》，我抱着一种探索和学习的心态，希望能借由书中提供的解决方案，更直观地理解MCS-51在实际应用中的各种挑战和应对策略。我更关注的是那些能够触及核心设计理念、揭示常见陷阱、并且能够帮助我构建对MCS-51工作机制更深层次认知的章节。例如，那些涉及中断处理、定时器/计数器配置、以及串行通信协议实现的部分，我希望能从中找到详细的解析和最优化的实现思路。我期待的是，这本书能够像一位经验丰富的导师，通过生动的实例和清晰的讲解，带领我一步步深入MCS-51的世界，解答我在学习过程中可能遇到的每一个疑问。这本书的排版和印刷质量也令人满意，纸张触感良好，文字清晰易读，这为我接下来的深入研究奠定了良好的基础。我更希望看到的是，这本书能够提供一些非常规的、或者说是在标准教材中可能被略过的工程实践技巧，这些技巧往往是开发者在实际项目中积累的宝贵经验，能够极大地提升学习效率和解决问题的能力。我迫不及待地想开始我的探索之旅，相信这本书会成为我学习MCS-51的得力助手，帮助我构建起坚实的理论基础和丰富的实践经验。

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我是一名对微控制器技术充满好奇的爱好者，尤其对MCS-51系列那种经典且强大的架构情有独钟。在学习MCS-51的过程中，我曾遇到过不少技术上的瓶颈，特别是在实际的电路设计和代码实现方面。《Solutions Manual for Using the MCS-51 Microcontroller》这本书的出现，如及时雨般解答了我心中的疑惑。我希望这本书能够提供一些深入的解决方案，帮助我理解MCS-51在各种实际应用场景中的工作原理和最佳实践。我特别关注书中关于如何利用MCS-51的I/O端口来实现各种不同的功能，例如控制LED灯的亮灭、驱动电机转动、或者采集模拟信号。我希望书中能提供一些关于如何利用MCS-51的片上存储器，如RAM和ROM，来优化程序和数据存储的技巧。我非常期待书中能够包含一些关于如何构建和调试嵌入式系统的硬件平台，例如如何选择合适的时钟源、如何连接外部存储器、以及如何设计电源管理方案。我希望这本书能够提供一些关于如何进行嵌入式系统的软件测试和验证，例如如何编写单元测试、如何进行系统集成测试。这本书的出现，为我打开了一扇新的学习之门，我期待它能够帮助我将MCS-51的理论知识转化为实际的工程能力，让我能够更自如地应对各种嵌入式项目的挑战。

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作为一名有着多年硬件设计经验的工程师，我对微控制器的应用有着深刻的理解。MCS-51系列虽然是相对较早的技术，但其稳定性、易用性和强大的功能使其在许多领域依然有着不可替代的作用。我选择《Solutions Manual for Using the MCS-51 Microcontroller》这本书，是因为我相信它能够为我提供一些更具深度和广度的解决方案，帮助我更好地应对项目中的复杂需求。我希望书中能够包含一些关于如何利用MCS-51进行更高级的通信协议设计，例如CAN总线、Ethernet等，以及如何实现更复杂的嵌入式系统集成。我特别关注书中关于如何对MCS-51进行性能优化，例如如何通过指令优化、数据结构优化来提升系统的响应速度和处理能力。我希望书中能提供一些关于如何进行嵌入式系统的安全设计，例如如何防止代码被非法访问，如何实现数据的加密和认证。我非常期待书中能够包含一些关于如何利用MCS-51进行低功耗设计的技巧，例如如何选择合适的低功耗模式，如何优化外围设备的功耗。我希望这本书能够提供一些关于如何进行嵌入式系统的可靠性设计，例如如何应对电源波动、如何处理异常情况，以及如何实现故障诊断和恢复。这本书的出现，将是我在MCS-51技术应用领域的一次重要升级，我期待它能为我带来更多创新的思路和解决方案。

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作为一名长期在嵌入式开发领域摸爬滚打的工程师，我深知一本高质量的解决方案手册对于快速掌握一门技术的重要性。MCS-51系列微控制器虽然年代久远，但在许多工业控制、家用电器等领域仍有广泛应用，因此，深入理解其编程和应用仍然具有实际价值。我选择这本书，是因为它承诺提供“解决方案”，这正是我在项目开发中最为看重的。我希望能通过这本书，学习到如何有效地利用MCS-51的资源，优化代码，提高系统的稳定性和可靠性。特别是我对书中关于功耗管理、低功耗模式的运用，以及如何在外设接口设计上做到精益求精的技巧很感兴趣。我希望书中能提供一些与实际硬件平台相结合的案例，例如如何驱动特定的显示屏、如何与传感器进行高效通信、或者如何构建一个简单的通信网络。这些贴近实际工程的例子，能够帮助我将理论知识转化为实际操作能力，解决项目中的具体难题。我个人比较倾向于那些能够展示多种解决方案并进行比较分析的内容，这样我能够根据不同的应用场景选择最合适的方案。而且，我非常期待书中能够包含一些关于调试技巧和代码优化策略的探讨，这些往往是决定项目成败的关键因素。这本书的出版，对我来说，无疑是锦上添花，它将成为我手中一份宝贵的参考资料，帮助我更上一层楼。

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我的学习轨迹一直是在追求对底层硬件工作原理的深刻理解，而MCS-51系列微控制器作为嵌入式领域的一个经典代表，其内部结构和工作机制一直是我的关注焦点。我选择《Solutions Manual for Using the MCS-51 Microcontroller》这本书，是因为我深知，理论知识的掌握需要通过实践来巩固和升华。我希望这本书能够提供一些详细的解决方案，帮助我理解MCS-51在各种复杂场景下的行为，例如如何处理高优先级中断而不会阻塞低优先级中断，如何优化定时器的精度以满足特定的应用需求，以及如何进行高效的串行数据传输以避免数据丢失。我对书中关于如何设计和实现嵌入式系统的软件架构的探讨非常感兴趣，例如如何模块化编程、如何进行代码复用，以及如何确保代码的可移植性。我希望书中能够提供一些关于如何利用MCS-51的I/O端口实现各种控制和通信协议的详细说明，例如I2C、SPI等。我非常期待书中能够包含一些关于嵌入式系统性能优化的技巧，比如如何减少程序执行时间、如何降低功耗，以及如何提高系统的鲁棒性。这本书的出现，对我来说，就像一个经验丰富的向导，能够在我探索MCS-51的世界时，指明方向，提供支持，让我能够更高效、更深入地掌握这门技术。

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作为一名对电子工程和嵌入式系统充满热情的学习者，我对MCS-51微控制器的学习可以说是循序渐进的。我曾通过各种在线资源和书籍学习过MCS-51的基础知识，但总感觉在实际项目应用中缺乏足够的指导。《Solutions Manual for Using the MCS-51 Microcontroller》这本书的出现，恰恰解决了我的这一痛点。我期待这本书能够提供一些非常具体、可操作的解决方案，帮助我将学到的理论知识应用到实际的电路设计和程序编写中。我特别关注书中关于如何高效利用MCS-51的片上外设，例如ADC/DAC的配置和使用、PWM信号的生成和控制，以及如何实现低功耗模式以延长电池寿命。我希望书中能提供一些关于故障诊断和调试的技巧，例如如何利用示波器或逻辑分析仪来分析程序运行过程中的问题，以及如何编写高效的调试代码。我也非常期待书中能够包含一些关于如何进行固件升级和软件调试的案例，这些都是在实际项目开发中经常遇到的挑战。这本书的价值在于，它能够帮助我跨越理论与实践之间的障碍，让我能够更自信地去设计和实现基于MCS-51的嵌入式系统。我希望通过这本书，我能够对MCS-51有更深刻的理解，并能独立完成一些小型但实用的嵌入式项目。

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我一直对“万物互联”的概念充满兴趣，而嵌入式系统是实现这一目标的关键。《Solutions Manual for Using the MCS-51 Microcontroller》这本书，作为我学习MCS-51的重要参考，我希望能从中挖掘出更深层次的应用价值。我期待书中能够提供一些关于如何利用MCS-51构建智能家居系统、物联网设备或者工业自动化控制系统的解决方案。我尤其关注书中关于如何利用MCS-51实现低功耗无线通信，例如蓝牙、Zigbee等，并将其集成到实际应用中。我希望书中能提供一些关于如何对MCS-51进行软件升级和固件更新的详细指导，以及如何进行远程诊断和维护。我非常期待书中能够包含一些关于如何利用MCS-51实现数据采集和处理的案例，例如如何采集传感器数据，如何对数据进行预处理和分析。我希望这本书能够提供一些关于如何对MCS-51进行用户界面设计和人机交互的优化，例如如何驱动LCD显示屏、如何设计用户友好的操作界面。这本书的出现，无疑为我打开了一个新的学习视角，让我能够更深入地理解MCS-51在现代科技发展中的应用潜力，并为我实现自己的创新想法提供坚实的技术支撑。

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作为一名在校的电子信息工程专业的学生，我对嵌入式系统开发有着浓厚的兴趣，并希望能够深入了解MCS-51系列微控制器。我了解到MCS-51在许多基础的嵌入式课程中都会被作为重点讲解，但往往在实际操作层面会遇到困难。《Solutions Manual for Using the MCS-51 Microcontroller》这本书，正好可以弥补这一不足。我希望通过这本书，能够学习到如何将MCS-51的指令集和寄存器操作转化为实际可执行的程序，并解决一些经典的嵌入式应用问题。我尤其关注书中关于如何利用MCS-51的内部定时器/计数器来实现精确的时间控制，例如定时报警、周期性任务执行等。我希望书中能提供一些关于如何利用MCS-51的串行通信接口（UART）实现与其他设备的数据交换，例如与PC通信、与传感器通信等。我非常期待书中能够包含一些关于如何使用中断服务程序（ISR）来响应外部事件，例如按键按下、外部中断触发等。我希望这本书能够提供一些关于如何进行嵌入式系统的软件调试和代码优化，例如如何利用仿真器来跟踪程序的执行，以及如何提高程序的运行效率。这本书的价值在于，它能够帮助我从“纸上谈兵”走向“实操实践”，让我能够更自信地去完成各种嵌入式系统相关的课程设计和毕业设计。

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