单片机数据通信及测控应用技术详解

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页数:361
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出版时间:2011-12
价格:49.00元
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isbn号码:9787121149924
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  • 单片机
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  • 数据通信
  • 测控技术
  • 嵌入式系统
  • C51
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  • 硬件设计
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具体描述

《单片机数据通信及测控应用技术详解》从应用的角度介绍了单片机数据通信与测控技术。内容包括单片机及其控制系统概述,单片机开发板简介;串行通信的基本概念,串行通信的接口标准,个人计算机中的串行端口,单片机中的串行端口,PC编程软件的串行通信开发工具;单片机与单片机、单片机与GSM短信模块、单片机与无线数传模块串口通信编程实例,采用组态软件KingView实现单片机与PC串口通信;采用Visual C++、Delphi和LabVIEW编写单片机与PC串口通信程序,实现单片机模拟量输入与输出、开关量输入与输出;最后介绍了单片机的典型应用——智能仪器温度测量。

为方便读者学习,《单片机数据通信及测控应用技术详解》提供超值配套光盘,内容包括实例源程序、软硬件资源、程序运行录屏、系统测试录像等。

《单片机数据通信及测控应用技术详解》内容丰富,可供各类自动化、计算机应用、机电一体化等专业的大学生、研究生学习单片机通信技术,也可供计算机控制系统研发的工程技术人员参考。

《嵌入式系统设计与实践:基于STM32微控制器》 本书简介 本指南深入探讨现代嵌入式系统设计的核心原理与实践,聚焦于当前工业界和学术界广泛采用的基于ARM Cortex-M内核的STM32系列微控制器。它并非聚焦于单片机特定领域的通信协议或测控应用,而是致力于构建一个全面、系统、前沿的嵌入式系统开发知识体系。本书旨在为读者提供从硬件底层理解到复杂软件架构实现的完整路线图,使读者能够独立、高效地设计、开发和调试面向物联网(IoT)、工业控制及消费电子等领域的嵌入式产品。 --- 第一部分:嵌入式系统基础与STM32架构解析 本部分为后续高级应用的基石,详尽阐述了现代嵌入式系统的基本构成、设计哲学以及STM32微控制器的硬件特性。 1.1 嵌入式系统设计概论 系统性梳理嵌入式系统的定义、发展历程、关键技术栈(硬件、固件、实时操作系统)及其在不同行业(汽车电子、医疗设备、智能家居)的应用场景。重点分析了传统微控制器(如8位/16位机)与现代32位Cortex-M内核处理器的性能差异、功耗优化策略和架构演进趋势。 1.2 STM32微控制器核心架构深度剖析 本书对STM32家族的芯片结构进行了细致入微的讲解。详细剖析了Cortex-M内核(如M3、M4、M7)的工作模式、流水线操作、中断向量表(NVIC)的配置与优先级管理。 存储器映射与访问: 深入解析闪存(Flash)、SRAM、外部存储器接口(如FSMC)的组织结构、启动流程(Bootloader配置)以及存储器的访问时序要求。 时钟树与电源管理: 提供了STM32复杂时钟树(RCC)的完整配置指南,包括HSE/HSI、PLL的锁定机制、分频器的设置,以及如何利用低功耗模式(睡眠、停止、待机)实现高效的能耗管理,这对于电池供电设备至关重要。 1.3 基础硬件外设的初始化与配置 本章侧重于芯片内部集成资源的使用,而非外部通信总线的复杂应用。 定时器(Timer)精讲: 不仅涵盖基本的计数、捕获、比较功能,还深入讲解了高级定时器(如PWM生成、刹车功能),以及通用定时器在周期性任务调度中的应用。 模数转换器(ADC)与数模转换器(DAC): 详细描述了ADC的采样原理、多通道扫描模式、DMA(直接存储器访问)在高速数据采集中的配置,以及DAC在生成模拟信号波形中的应用。 通用输入/输出(GPIO)控制: 讲解了除了简单的输入输出外,如何精确控制引脚的电气特性,如上拉/下拉电阻的启用、开漏/推挽输出的选择,以及引脚速度的配置。 --- 第二部分:嵌入式软件开发技术与工程实践 本部分转向软件层面,重点介绍如何在C/C++环境下高效地编写、编译、调试和管理嵌入式代码。 2.1 嵌入式C/C++语言的特性与优化 探讨C语言在资源受限环境中的特殊用法,如位域操作、内存访问限定符(`volatile`, `const`)的正确使用。引入C++在嵌入式领域的应用,特别是面向对象编程(OOP)如何改进大型嵌入式项目的可维护性与模块化设计。 2.2 启动代码与链接脚本的定制 这是理解固件运行机制的关键。本书详细解析了编译器生成的启动文件(Startup Code)的作用,包括堆栈的初始化、数据段的复制与清零。更重要的是,提供了如何编写和调试自定义链接脚本(Linker Script)以精确控制代码和数据在内存中的物理布局,以适应特定的内存需求。 2.3 硬件抽象层(HAL)与底层驱动开发 对比传统的寄存器级编程和ST官方提供的HAL(硬件抽象层)库。本书强调了如何构建高效、可移植的驱动层代码(LL - Low-Level),以屏蔽不同系列STM32芯片间的差异,同时保证性能。内容包括:中断服务程序(ISR)的编写规范、错误处理机制的集成。 2.4 调试、仿真与性能分析 深入介绍嵌入式开发的调试流程。涵盖使用J-Link/ST-Link进行在线调试(断点、单步执行、寄存器查看)。重点讲解了如何在不使用昂贵分析仪的情况下,利用STM32内置的DWT(数据观察点与跟踪)单元和ETM(嵌入式跟踪宏单元)进行代码覆盖率分析和实时性能剖析。 --- 第三部分:实时操作系统(RTOS)在嵌入式系统中的应用 现代复杂嵌入式应用需要任务调度、资源共享和同步机制。本部分详细介绍了FreeRTOS的集成与应用,专注于系统级软件架构的构建。 3.1 RTOS核心概念与FreeRTOS入门 阐述多任务、上下文切换、时间片轮转等实时操作系统的基本原理。本书基于FreeRTOS进行实战讲解,包括任务的创建、优先级设置、任务状态的转换流程。 3.2 任务间通信与同步机制 详细讲解了在多任务环境中安全共享资源的必要性,并对以下同步原语进行了深入的对比和应用示例: 信号量(Semaphore)与互斥锁(Mutex): 区分两者的用途,重点讨论了优先级反转问题及如何使用优先级继承(Priority Inheritance)机制解决该问题。 消息队列(Queue): 用于异步数据传递,讲解了队列满/空时的阻塞策略。 事件组(Event Groups): 用于复杂的任务同步触发。 3.3 资源管理与内存分配策略 分析RTOS环境下的内存碎片化问题,并对比FreeRTOS支持的几种内存管理方案(如heap_1到heap_5),指导读者根据应用场景选择最合适的动态内存分配策略,确保系统的长期稳定性。 --- 第四部分:面向物联网与边缘计算的高级主题 本部分将视角从单个微控制器提升至联网设备和边缘计算平台,侧重于系统集成和健壮性设计。 4.1 嵌入式系统中的事件驱动架构 讲解如何将传统的“主循环+中断”结构演进为更具扩展性的事件驱动架构(EDA)。如何使用状态机(State Machine)模型来管理复杂的产品生命周期和操作模式切换。 4.2 嵌入式安全基础概念 介绍保障嵌入式设备安全性的基础知识,包括代码保护(Readout Protection)、安全启动(Secure Boot)的基本流程、以及固件更新(OTA)的机制设计,确保系统在面对潜在威胁时的完整性。 4.3 嵌入式系统中的鲁棒性设计与故障恢复 探讨系统可靠性工程,包括硬件看门狗(WDT)的配置、软件看门狗的实现、电源瞬态干扰的处理,以及如何设计“自修复”机制,使得设备在意外崩溃后能够自动恢复到已知稳定状态。 --- 目标读者群: 本书适合电子工程、计算机科学、自动化等专业的高年级本科生、研究生,以及有志于从事嵌入式软件、固件或物联网设备开发的工程师。读者应具备C语言基础和基本的数字电路知识。本书旨在提供超越基础教程的深度和广度,帮助读者掌握现代高性能嵌入式系统开发的完整技能树。

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读后感

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我拿到这本书的初衷,是想解决我在实际项目中遇到的一个关键问题:如何让单片机与各种“智能”设备进行高效、可靠的通信,并在此基础上实现复杂的测控功能。书名中的“数据通信”让我对这方面的内容充满期待。我希望它不仅仅是讲解基本的UART、SPI、I2C,更能深入到更高层次的通信协议,比如Zigbee、蓝牙Mesh等在分布式测控网络中的应用。书中会不会详细分析这些无线协议的通信机制、网络拓扑、以及在功耗和稳定性方面的权衡?对于“测控应用”部分,我尤其关注如何构建一个能够进行精确反馈控制的系统。这不仅仅是简单地读取传感器值,更重要的是如何根据这些值,对执行器进行精密的调节。书中是否会讲解一些先进的控制算法,如自适应控制、模糊PID控制等,以及它们在单片机上的高效实现?我希望看到一些关于伺服系统、步进电机驱动、以及精密位移控制的实际案例。此外,数据采集和分析的实时性也是我非常看重的一点。书中会不会提供关于如何设计高性能数据采集系统,如何利用DSP(数字信号处理器)协同单片机进行高速信号处理,以及如何进行数据可视化和报表生成的技术?如果书中还能提及一些关于系统故障诊断、安全防护以及远程升级的实现方法,那这本书的实用价值将得到极大的提升。我希望能从中学到能够直接应用于解决实际工程难题的知识和技术。

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我注意到这本书的书名,其中“数据通信”这个词对我来说意义重大。我曾经在项目中遇到过一些棘手的通信问题,比如在恶劣的电磁环境下,如何保证数据的完整性和稳定性?书中会不会详细讲解RS-485、CAN FD等工业通信协议的特点、应用场景以及在单片机上的具体实现?我希望能看到一些关于差分信号传输、总线仲裁、错误检测与纠错机制的深入分析。对于“测控应用”部分,我更看重的是其在实际工业场景中的落地能力。这本书会不会提供一些关于PLC(可编程逻辑控制器)与单片机协同工作的方案?或者如何利用单片机构建分布式测控网络,实现对多个现场设备的远程监控和集中管理?我希望能看到一些关于现场总线技术、无线传感器网络(WSN)在工业自动化中的应用案例。另外,数据的安全性和可靠性也是我非常关心的问题。书中会不会涉及数据加密、身份认证、安全通信协议等方面的技术?以及如何在硬件设计和软件编程中考虑系统的容错能力和抗干扰能力?我希望这本书能让我理解如何构建一个既高效又可靠的测控系统,能够应对各种复杂的工业环境和应用需求。如果书中还能提供一些关于系统集成、二次开发、以及与现有工业系统对接的指导,那将是非常宝贵的财富。

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这本书的优点,我觉得可能在于它对“详解”二字的诠释。我尝试去理解其中的一些概念,尤其是关于数据链路层和物理层的通信原理。书里面会不会详细解释不同通信速率下信号的失真、噪声干扰等问题,以及如何通过硬件电路设计和软件滤波来提高通信的可靠性?我特别想知道,对于一些高精度测控场景,如何保证数据的实时性和准确性?比如,在高速数据采集过程中,如何避免数据丢失或错乱?书中会不会提供一些关于时序控制、中断响应优先级设置、DMA(直接内存访问)的应用技巧?在“测控应用”方面,我比较关心的是如何将理论知识转化为实际的工程项目。这本书会不会提供一些完整的项目设计流程,从需求分析、系统架构设计、硬件选型、电路设计,到软件编码、系统调试、性能优化等全过程的指导?我想了解一些实际的应用案例,比如如何设计一个环境监测系统,需要用到哪些传感器,如何进行数据处理和存储,如何实现远程数据上传和可视化展示?或者是一个简单的机器人控制系统,如何实现多自由度关节的精确控制,如何进行路径规划和避障?如果书中还能提及一些关于嵌入式系统功耗优化、安全加固、可靠性设计方面的考虑,那就更完善了,这些都是在实际工程项目中不可忽视的关键因素。我希望能从这本书中获得更系统、更深入的知识,不仅仅是了解“是什么”,更能理解“为什么”和“怎么做”。

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这本书的题目让我产生了浓厚的兴趣,尤其是在“测控应用”这一块。我一直对如何将单片机作为核心,构建出能够实时感知环境、并作出智能响应的系统充满好奇。我想知道,书中会不会深入探讨不同类型传感器(光学、声学、电磁、化学等)的工作原理、接口方式以及信号处理方法?例如,对于一些模拟传感器,如何通过ADC进行量化,如何进行校准和补偿?对于一些数字传感器,如何通过SPI、I2C等接口与其进行高效通信?另外,在控制方面,我希望能看到一些关于高级控制算法的介绍,比如模糊控制、神经网络控制等在单片机上的应用。这本书会不会提供一些关于这些算法的原理讲解、实现步骤,以及在实际测控系统中的应用案例?我希望它能让我理解如何根据被控对象的特性,选择合适的控制策略,并将其高效地实现在资源有限的单片机上。此外,数据通信部分,我希望它能不仅仅局限于单片机之间的通信,而是能够覆盖到单片机与PC、单片机与服务器、甚至单片机与其他物联网设备之间的通信。书中会不会讲解TCP/IP协议栈在单片机上的实现,如何构建嵌入式Web服务器,如何利用MQTT、CoAP等协议实现物联网通信?如果书中还能提及一些关于嵌入式操作系统(RTOS)在复杂测控系统中的作用,以及如何利用RTOS来管理任务、调度资源,提高系统的实时性和可靠性,那这本书的价值将大大提升。我希望这本书能够成为我从零开始构建复杂测控系统的敲门砖。

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这本书,我拿到手的时候,真的是满怀期待。封面设计就透着一股专业劲儿,我之前接触过一些单片机的东西,但总觉得零散,没有一个系统性的框架。这本书从书名上看,就抓住了我最关心的两个点:数据通信和测控应用。我一直觉得,单片机再厉害,也得能跟外界交流,能实现真正的测量和控制,否则就只是个“孤岛”。我尤其想了解的是,那些看似高深的通信协议,比如UART、SPI、I2C,到底是怎么在单片机上实现的?书里会不会详细讲解它们的原理,并且给出实际的电路图和代码示例?还有,在测控应用方面,这本书会不会涵盖一些常见的传感器接口技术,比如温度、湿度、压力传感器,以及如何用单片机读取这些传感器的原始数据,再进行处理和显示?我希望它能提供一些成熟的解决方案,甚至是一些实际项目的设计思路,这样我就可以直接套用到自己的项目中,或者从中获得启发,自己去设计更有挑战性的系统。另外,对于新手来说,学习单片机最容易卡壳的地方往往是调试。我希望这本书能在这方面提供一些技巧和建议,比如如何有效地利用示波器、逻辑分析仪等工具来定位问题,以及一些常见的编程陷阱和解决方法。如果书里能包含一些不同类型单片机(比如STM32、AVD、PIC等)在数据通信和测控应用方面的对比和选择建议,那就更好了,这对于我选择合适的硬件平台会非常有帮助。总而言之,我希望这本书能成为我学习单片机数据通信和测控应用的一个得力助手,帮助我跨越技术鸿沟,真正掌握这项技能。

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我购买这本书,主要是被“测控应用技术详解”这几个字所吸引。在我的理解中,测控不仅仅是简单的信号采集和控制,更是一个将理论知识转化为实际生产力、解决现实世界问题的过程。我希望这本书能深入探讨如何在各种复杂的工业场景下,有效地利用单片机来实现精确的测量和可靠的控制。比如,在恶劣的工况(高温、潮湿、强电磁干扰)下,如何保证传感器的稳定性和数据的准确性?书中会不会提供关于传感器选型、防护设计、以及抗干扰电路实现的具体建议?在控制方面,我希望看到一些关于高级运动控制、多轴联动、以及机器人协同工作的案例。书中是否会讲解如何利用单片机实现精确的位置控制、速度控制、力矩控制,并与PLC、伺服驱动器等进行无缝集成?此外,数据的可视化和远程监控能力也是我非常关心的一点。书中会不会介绍如何构建基于Web的监控平台,如何实现数据的实时显示、历史曲线分析、以及远程报警和诊断?我期待这本书能够提供一些“落地”的解决方案,甚至是一些实际项目的源代码和电路图,让我能够直接参考和学习。如果书中还能提及一些关于产品生命周期管理、以及嵌入式系统可靠性工程方面的知识,那就更好了,这有助于我全面地提升我的测控技术能力。

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阅读这本书,我最大的期望在于它能否提供关于“单片机数据通信”的“深度”解析。我一直认为,数据通信的可靠性是整个测控系统的生命线。书中会不会详细讲解不同通信介质(如光纤、射频、PLC通信)的特性,以及在特定工业环境下如何选择和设计最合适的通信方案?我希望看到关于信号完整性、阻抗匹配、EMI/EMC抑制等硬件设计方面的深入讨论。在“测控应用”方面,我更希望它能侧重于“智能化”和“自动化”的实现。书中是否会介绍如何利用单片机构建基于机器视觉或传感融合的智能识别和定位系统?例如,如何通过摄像头、激光雷达等传感器,让单片机实现对目标物体的识别、跟踪和自主导航?我希望看到一些关于图像处理算法、特征提取、以及运动规划在单片机上的实现思路。另外,我对于如何构建一个具有高度可扩展性和维护性的测控系统也很感兴趣。书中会不会提供关于模块化设计、软件架构、以及API接口设计等方面的指导?如果书中还能提及一些关于嵌入式Linux在复杂测控系统中的应用,以及如何利用其强大的生态系统来加速开发,那这本书的价值将不可估量。我期待这本书能够为我提供一个更广阔的视野,让我能够站在更高的角度去理解和设计复杂的测控系统。

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这本书的题目,尤其是“数据通信”部分,触及到了我长期以来希望深入了解的一个领域。我常常觉得,单片机如果不能有效地与其他系统进行信息交互,它的能力就大打折扣。我非常想知道,这本书是如何处理那些复杂的通信场景的。例如,书中会不会深入讲解实时操作系统(RTOS)在多任务数据通信管理中的作用,如何有效地避免通信死锁和数据丢失?我希望它能提供一些关于如何设计高效的通信协议栈,以及如何优化通信时序,以应对高负荷、低延迟的通信需求。在“测控应用”方面,我更关注的是如何构建“智能”的测控系统。书中是否会介绍如何利用单片机实现复杂的数据融合算法,例如将来自视觉、声学、触觉等多种传感器的信息进行整合,以提升系统的感知和决策能力?我希望看到一些关于如何利用机器学习或深度学习模型在单片机上进行部署和推理的案例,尤其是在资源受限的嵌入式环境下。此外,系统的鲁棒性和容错性也是我非常重视的。书中会不会提及如何设计具备自愈能力的测控系统,例如如何利用冗余设计、错误检测与纠正机制来提高系统的可靠性?我期待这本书能给我带来一些“颠覆性”的思考,让我能够从更宏观、更智能的角度去理解和设计单片机数据通信及测控应用技术,并将其真正地应用于解决更复杂、更前沿的技术挑战。

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最近我尝试读了一下这本书,感觉它在某些方面确实触及到了我一直以来困扰我的技术难题。我特别关注的是书中关于“数据通信”这一块内容,因为在很多嵌入式项目里,数据的传输和交互是核心环节。我想知道,作者是如何处理异地通信、无线通信这些复杂场景的?比如,书中会不会涉及CAN总线、以太网通信在单片机上的应用,或者是更前沿的LoRa、NB-IoT等低功耗广域网技术的实现细节?我希望它不仅仅是介绍接口,而是能深入到协议栈的层面,讲解数据帧的构成、错误校验机制、通信流程控制等,并且能够提供一些实际的通信场景下的案例分析。对于“测控应用”部分,我更看重的是它是否能够指导我如何构建一个完整的测控系统。这意味着不仅要能读取传感器数据,还要能实现对执行器的精确控制,比如伺服电机、步进电机、继电器等。书中会不会讲解PID控制算法在单片机上的实现,以及如何根据具体应用场景来调整PID参数?我希望看到一些关于多轴运动控制、数据采集与实时分析、报警与安全机制设计的案例,这些都是在工业自动化、智能家居等领域非常实用的技术。如果书中还能涉及一些上位机软件(如LabVIEW、Python)与单片机之间的数据交互和远程监控的实现方式,那将极大地提升这本书的价值,因为它能帮助我构建一个更完整、更智能的测控体系。我期待这本书能给我带来全新的视角和实用的方法,让我在实际项目中少走弯路,提高开发效率。

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这本书的题目,特别是“详解”二字,让我看到了它潜在的深度。我一直对单片机在各种通信协议下的行为感到好奇,尤其是在处理高速、大批量数据传输时,其性能瓶颈在哪里,又该如何突破?书中是否会深入探讨RTOS(实时操作系统)在多任务通信和测控调度中的作用?例如,如何设计优先级,如何避免死锁和资源争用?在“测控应用”方面,我希望这本书能涵盖一些前沿的工业物联网(IIoT)相关的技术。例如,如何利用单片机构建边缘计算节点,实现数据的本地预处理和智能分析,减少云端负担?书中会不会讲解一些常见的IIoT通信协议,如MQTT、CoAP,以及如何将这些协议集成到单片机系统中?另外,我特别感兴趣的是书中对于传感器融合和智能决策方面的阐述。是否会介绍如何融合来自不同传感器(如视觉、声音、触觉)的数据,以提高测控系统的感知能力和决策精度?例如,在智能机器人或无人驾驶领域,单片机如何扮演关键角色?我期待这本书能提供一些关于这些复杂应用的实际架构设计和实现思路,甚至是一些算法的优化技巧,让我在面对高难度项目时,能够有更清晰的思路和更扎实的理论基础。如果书中还能提及一些关于嵌入式AI和机器学习在单片机上的应用,那就更完美了,这将极大地拓展单片机的应用边界。

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