8XC196K单片机及其应用系统设计

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出版者:清华大学出版社
作者:刘复华编
出品人:
页数:377
译者:
出版时间:1900-01-01
价格:29.6
装帧:平装
isbn号码:9787302050469
丛书系列:
图书标签:
  • 8XC196K
  • 单片机
  • 嵌入式系统
  • 系统设计
  • 应用开发
  • 微控制器
  • 电子工程
  • 技术教程
  • 实践案例
  • 电路设计
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具体描述

本书对8×C196KX系列和8×C196 NT l6位单片机的软、硬件资源及其应用做了详细的论述。

该书可作为高等学校《微机原理》、《微机控制》课程的教材,也可供从事计算机应用的科技人员阅读。

《嵌入式系统设计与实践:基于STM32微控制器的高级应用》 图书简介 随着物联网(IoT)、人工智能(AI)和工业自动化等领域的飞速发展,对高性能、低功耗嵌入式系统的需求日益迫切。本书《嵌入式系统设计与实践:基于STM32微控制器的高级应用》旨在为电子工程、计算机科学及相关专业的学生、工程师和爱好者提供一个全面而深入的进阶学习平台。本书的重点聚焦于业界广泛应用的基于Cortex-M内核的STM32系列微控制器,通过大量的工程实例和实战项目,将理论知识与实际操作紧密结合,帮助读者跨越从基础理论到复杂系统实现的鸿沟。 本书内容结构严谨,层层递进,共分为六大部分,涵盖了从微控制器核心架构理解到复杂外设驱动、实时操作系统应用、以及面向特定领域的系统集成等多个方面。 --- 第一部分:STM32微控制器体系结构与基础开发环境(基础巩固与环境搭建) 本部分是读者进入STM32高级应用设计的基础。我们将深入剖析Cortex-M内核(如M3/M4/M7)的流水线、寄存器组、中断机制(NVIC)以及存储器映射。不同于停留在指令集的层面,本书强调理解内核如何与STM32特有的片上外设协同工作。 详细内容包括: STM32系列选型与特性对比: 重点分析高性能(H7/F7系列)与低功耗(L4/L0系列)产品的适用场景。 开发工具链的精细化配置: 不仅介绍标准的IDE(如Keil MDK或STM32CubeIDE),更深入讲解交叉编译、底层调试(SWD/JTAG)的原理,以及如何使用逻辑分析仪、示波器进行硬件层面的时序验证。 启动流程与底层初始化: 详细解析上电复位(POR/BOR)后的执行路径,向量表的建立,以及Flash与SRAM的初始化过程,为后续的固件开发打下坚实基础。 HAL/LL库与寄存器编程的权衡: 介绍ST官方提供的抽象层库(HAL/LL),分析其优缺点,并重点指导读者如何在追求极致性能和良好可移植性之间,选择合适的编程范式。 --- 第二部分:核心外设的高效驱动与编程实践(通用接口深度挖掘) 本部分是本书的实践核心,着重于对STM32上最常用、最关键的通用功能模块进行深度驱动和性能优化。 高级定时器与脉冲宽度调制(PWM): 不仅讲解基础的周期和占空比设置,更深入到互补输出、死区控制、刹车功能,并结合无刷直流电机(BLDC)的FOC控制原理进行案例演示。 高速串行通信协议栈实现: USART/UART: 探讨DMA模式下的异步数据收发,处理多字节数据流的同步问题。 SPI/I2S: 重点阐述主/从模式切换、全双工通信的配置,以及用于驱动外部高速ADC或SDRAM的帧格式设计。 I2C/SMBus: 讲解多主站仲裁机制、时钟拉伸处理,以及在复杂总线环境下实现可靠的数据交换。 模数转换器(ADC)与数模转换器(DAC): 涵盖多通道扫描模式、规则/注入组的交错采样,以及如何利用DMA将采集数据高效地传输到内存,同时关注采样率与有效位数(ENOB)的工程优化。 --- 第三部分:内存管理与数据存储技术(系统可靠性保障) 在复杂的嵌入式应用中,数据的持久化和内存的高效使用是系统稳定性的关键。 内部Flash/EEPROM的读写与保护: 详细介绍如何使用FMC(闪存控制器)接口,实现应用代码的扇区擦除、写入操作,并探讨如何配置读保护位(RDP)以保护知识产权。 外部存储器接口(FSMC/FMC): 重点讲解如何配置外部SRAM(如PSRAM)和NOR/NAND Flash的接口时序,实现外部大容量内存的映射和访问,为图形界面和大数据缓存提供支持。 数据持久化策略: 介绍关键参数的非易失性存储方法(如使用EEPROM模拟或FATFS在SD卡上存储),并讨论如何实现电量耗尽时的安全数据备份机制。 --- 第四部分:实时操作系统(RTOS)与多任务调度(复杂任务管理) 对于需要并行处理多项任务、具备高实时性要求的系统,RTOS是必不可少的工具。本书选用FreeRTOS作为主要的教学平台。 FreeRTOS核心概念详解: 任务创建、状态切换、优先级继承、信号量(Semaphore)、互斥锁(Mutex)和消息队列(Queue)的正确使用场景与陷阱分析。 任务间通信与同步: 深入探讨资源竞争问题,如何设计无死锁的并发访问机制。 中断服务程序(ISR)与RTOS的交互: 强调在ISR中应保持代码的极简性,并通过消息队列将处理延迟到任务级执行,以保证系统的实时性响应。 系统性能度量: 介绍如何使用RTOS提供的钩子函数(Hook Functions)或外部工具来监控任务栈溢出、抖动(Jitter)和CPU利用率。 --- 第五部分:高级通信与网络集成(连接性实现) 现代嵌入式设备必须具备强大的外部连接能力。本部分侧重于高速和广域网通信的实现。 USB设备模式(Device Mode): 详细讲解如何配置CDC(虚拟串口)、MSC(大容量存储)或HID(人机接口设备)类,并实现自定义协议的端点通信。 以太网(Ethernet MAC/PHY): 重点介绍LwIP协议栈的移植与配置,如何实现TCP/UDP通信,并搭建一个简易的HTTP服务器用于远程配置。 低功耗无线通信基础(Bluetooth LE/LoRa): 介绍如何通过SPI或UART接口驱动外部无线模块,并结合RTOS实现低功耗管理和数据包的可靠传输框架。 --- 第六部分:嵌入式系统的高级设计与调试技巧(工程化能力提升) 本部分着眼于将零散的模块集成成一个健壮、可维护的最终产品。 电源管理与低功耗设计: 深入分析STM32的多种睡眠模式(Sleep, Stop, Standby),并指导读者设计唤醒源管理机制,实现超低功耗待机。 固件更新(OTA/FOTA): 讲解Bootloader的工作原理,如何实现安全的双备份分区升级机制,确保在固件升级失败时系统仍能回滚到工作版本。 错误检测与诊断: 引入看门狗(WDT)的正确应用,如何利用HardFault_Handler捕获未定义的内存访问,并设计日志记录系统,便于现场故障重现和分析。 嵌入式软件架构设计模式: 介绍状态机(State Machine)模式在设备逻辑控制中的应用,以及如何构建模块化、高内聚低耦合的软件框架。 目标读者对象: 本书适合已经掌握C语言基础,并对8位/16位单片机(如8051系列)有初步了解,希望快速掌握当前主流32位嵌入式系统开发技术的在校学生和工程技术人员。通过本书的学习,读者将能够独立设计、实现和调试复杂的、基于STM32的工业控制、消费电子或物联网终端设备。

作者简介

第1章 嵌入式控制系统概论

1.1 单片机和嵌入式控制系统的定义、嵌入式系统的分类

1.2 MCS—51单片机在嵌入式控制系统中的地位和作用

1.3 嵌入式控制系统的研究方法

1.3.1 交叉编译环境Keil C

1.3.2 Keil C51的安装

1.4 程序的编辑、编译、调试和运行

1.4.1 建立项目

1.4.2 项目的运行模式

1.4.3 项目的编译模式

1.4.4 项目的调试

1.5 系统软件资源

1.6 习题

第2章 MCS—51单片机系统和系统扩展

2.1 MCS—51系列单片机

2.2 MCS—51单片机的外部引脚和总线

2.2.1 输入/输出引脚

2.2.2 MCS—51单片机的控制线

2.2.3 MCS—51单片机的片外总线

2.2.4 MCS—51单片机存储器结构

2.3 MCS—51单片机的最小系统

2.3.18051/8751的最小系统

2.3.28031最小应用系统

2.4 MCS—51单片机系统扩展

2.4.1 存储器扩展概述

2.4.2 存储器扩展的讨论

2.5 输入/输出口扩展和使用

2.5.1 简单I/O接口扩展

2.5.2 I/O口在TTL电路中使用

2.5.3 I/O口在外围设备中使用

2.6 习题

第3章 STC 89C51/89C52单片机介绍

3.189C51/89C52单片机资源和使用

3.1.189C51/89C52单片机片内资源

3.1.289C52单片机程序调试

3.289C52最小系统和仿真器使用

3.2.189C52最小系统

3.2.2 仿真器使用

3.3 习题

第4章 C51基本语句

4.1 C语言的特点及程序结构

4.1.1 C语言的特点

4.1.2 C语言和C51的程序结构

4.2 C51数据类型

4.2.1 字符型(字节型)char

4.2.2 int整型

4.2.3 long长整型

4.2.4 float浮点型

4.2.5 指针型

4.2.6 特殊功能寄存器型

4.2.7 位类型

4.3 C51的运算量

4.3.1 常量

4.3.2 变量

4.3.3 存储模式

4.3.4 绝对地址的访问

4.4 C51的运算符及表达式

4.4.1 赋值运算符

4.4.2 算术运算符

4.4.3 关系运算符

4.4.4 逻辑运算符

4.4.5“位”运算符

4.4.6 复合赋值运算符

4.4.7 逗号运算符

4.4.8 条件运算符

4.4.9 指针与地址运算符

4.5 表达式语句及复合语句

4.5.1 表达式语句

4.5.2 复合语句

4.6 C51的输入输出

4.6.1 格式输出函数printf()

4.6.2 格式输入函数scanf()

4.7 C51程序基本结构与相关语句

4.7.1 C51的基本结构

4.7.2 if语句

4.7.3 switch/case语句

4.7.4 while语句

4.7.5 do while语句

4.7.6 for语句

4.7.7 循环的嵌套

4.7.8 break和continue语句

4.7.9 return语句

4.8 习题

第5章 C51函数

5.1 函数的定义

5.2 函数的调用与声明

5.3 函数的嵌套与递归

5.4 局部变量和全局变量

5.4.1 局部变量

5.4.2 全局变量

5.5 习题

第6章 C51构造数据类型

6.1 数组

6.1.1 一维数组

6.1.2 字符数组

6.2 指针

6.2.1 指针的概念

6.2.2 指针变量的定义

6.2.3 指针变量的引用

6.3 结构

6.3.1 结构与结构变量的定义

6.3.2 结构变量的引用

6.4 联合

6.4.1 联合的定义

6.4.2 联合变量的引用

6.5 枚举

6.6 习题

第7章 MCS—51可编程并行I/O接口

7.1 可编程并行I/O接口8255A

7.1.18255A的结构和工作方式

7.1.28255A与MCS—51单片机的硬件接口与编程

7.2 可编程I/O扩展接口8155

7.2.18155的结构和工作方式

7.2.28155与MCS—51单片机的连接和软件编程

7.3 步进电机控制电路

7.4 输入输出程序编写

7.5 习题

第8章 MCS—51单片机的中断系统

8.1 中断的基本概念

8.2 MCS—51单片机的中断系统

8.2.1 MCS—51单片机的中断源

8.2.2 优先级控制

8.2.3 中断响应

8.2.4 中断应用举例

8.3 习题

第9章 MCS—51定时器/计数器接口

9.1 定时器/计数器接口概述

9.1.1 定时/计数器的主要特性

9.1.2 定时/计数器T0、T1的结构及工作原理

9.2 定时/计数器的工作方式寄存器和控制寄存器

9.2.1 定时/计数器的方式寄存器TMOD

9.2.2 定时/计数器的控制寄存器TCON

9.3 定时/计数器的工作方式

9.4 定时/计数器的初始化编程及应用

9.4.1 定时/计数器的编程

9.4.2 定时/计数器的应用

9.5 习题

第10章 MCS—51单片机串行接口

10.1 通信的基本概念

10.2 MCS—51单片机串行口功能与结构

10.3 串行口的工作方式

10.3.1 方式0

10.3.2 方式1

10.3.3 方式2和方式3

10.4 串行口波特率计算

10.5 串行口的编程和应用

10.5.1 串行口的编程步骤

10.5.2 串行口的应用实例

10.6 RS232和RS422、RS485通信

10.6.1 RS232通信

10.6.2 RS—422与RS—485串行接口

10.7 习题

第11章 MCS—51与键盘、显示器的接口

11.1 MCS—51单片机与键盘接口

11.1.1 独立式键盘

11.1.2 行列式键盘

11.2 MCS—51单片机与LED显示器接口

11.2.1 LED显示器的结构与原理

11.2.2 LED数码管显示器的译码方式

11.2.3 LED数码管的显示

11.2.4 LED显示器与单片机的接口

11.3 串行键盘/显示芯片HD7279A介绍

11.3.1 HD7279A简介

11.3.2 HD7279A命令时序

11.3.3 HD7279A与MCS—51单片机接口

11.3.4 HD7279A驱动程序

11.4 习题

第12章 MCS—51与常用串行芯片接口

12.1 MCS—51单片机与C总线芯片接口

12.1.1 总线简介

12.1.2 C总线与MCS—51单片机接口

12.1.3 CAT24WCXX与单片机的接口与编程

12.2 MCS—51单片机与串行日历时钟芯片接口

12.2.1 串行日历时钟芯片DS 1302 简介

12.2.2 DS1302的输入输出

12.3 单总线(1—wire)数字温度传感器的接口

12.3.1 DS18B20简介

12.3.2 DS18B20的内部结构

12.3.3 DS18B20的温度转换过程

12.3.4 DS18B20的软件驱动程序

12.4 习题

第13章 MCS—51与D/A、A/D的接口

13.1 A/D、D/A转换原理及常用芯片介绍

13.1.1 D/A转换器概述

13.1.2 A/D转换器原理

13.2 PCF85918位A/D和D/A转换芯片

13.2.1 PCF8591一般介绍

13.2.2 PCF8591软件编程

13.3 习题

第14章 汉字和西文字符显示原理

14.1 英文字符在计算机中的表示

14.1.1 ASCII码

14.1.2 英文字符的显示

14.1.3 其他西文字符在计算机中的存储和显示

14.1.4 屏幕上“打点”

14.1.5 汉字显示概述

14.2 汉字字符集介绍

14.3 汉字的内码

14.4 内码转换为区位码

14.5 字模提取与小字库建立

14.5.1 用C语言提取16×16点阵字模

14.5.224×24点阵字模的C语言提取程序

14.5.3 用Delphi提取字模和建立小字库

14.5.4 通用字模提取程序MinFonBase使用说明

14.6 汇编语言字模与C语言字模互相转换

14.6.1 汇编语言字模转换为C语言字模

14.6.2 C语言字模转换为汇编语言字模

14.7 自造字符和自造图形点阵方法

14.7.1 自造字符点阵方法

14.7.2 自造图形点阵方法

14.8习题

第15章 T6963C的汉字字符显示

15.1 T6963C的一般介绍

15.1.1 T6963C的硬件特点

15.1.2 T6963C的引脚说明及功能

15.1.3 T6963C的状态字

15.2 T6963C指令系统

15.2.1 指针设置指令

15.2.2 控制指令

15.2.3 数据读写指令

15.2.4 屏操作指令

15.2.5 位操作指令

15.3 T6963C和单片机的连接

15.3.1 直接连接

15.3.2 间接连接

15.4 T6963C的驱动程序

15.5 T6963C的内嵌字符表

15.6 习题

第16章 KS0108液晶显示器驱动控制

16.1 KS0108液晶显示器概述

16.1.1 KS0108的硬件特点

16.1.2 KS0108与微处理机的接口

16.1.3 KS0108的电源和对比度调整

16.2 KS0108的指令系统

16.2.1 显示开/关指令

16.2.2 行列设置命令

16.2.3 数据和状态读写命令

16.3 KS0108的软件驱动程序

16.4 ASCII 8×8字符库

16.5 习题

第17章 HD61830液晶显示器驱动控制

17.1 HD61830液晶显示器概述

17.2 HD61830的指令系统

17.2.1 方式控制指令

17.2.2 显示域设置指令

17.2.3 光标设置指令

17.2.4 数据读写指令

17.2.5“位”操作指令

17.3 HD61830液晶显示器驱动控制程序

17.3.1 HD61830液晶显示器显示RAM结构

17.3.2 软件程序

17.4 HD61830 CGRAM字符代码表

17.5 习题

参考文献

目录信息

读后感

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用户评价

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这本厚重的书摆在我面前,感觉就像面对一座知识的宝库。光是书名里那个“8XC196K”就足够吸引人了,它代表着一个时代的经典单片机架构,对于想深入理解嵌入式系统底层工作原理的人来说,绝对是不可多得的资料。我刚翻开目录,就被那种严谨的结构所震撼。从基础的硬件结构解析,到复杂的指令集剖析,再到那些让人头疼的定时器、中断、A/D转换等外设的详细配置,编排得井井有条,逻辑清晰得像是精密仪器的内部构造图。这本书显然不是那种只停留在表面概念的入门读物,它深入到了寄存器级别的操作,那种手把手教你如何“玩转”硬件的诚恳态度,让人倍感亲切。我特别欣赏作者在讲解复杂算法时所采用的类比和图示,即便是初学者也能很快抓住核心脉络,而对于有经验的工程师来说,这些翔实的例子和深入的性能分析,更是提供了宝贵的参考价值。总而言之,这是一本扎实、专业,并且充满实践精神的教科书,绝对是技术人员案头必备的工具书。

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我必须承认,这本书的阅读体验是充满挑战性的,它要求读者有一定的电子电路基础和编程功底。它不是那种可以轻松翻阅,用来打发时间的读物。每一次的深入研读,都需要我准备好面包板、示波器和大量的咖啡。然而,正是这种高强度的知识密度,造就了它的非凡价值。特别是关于低功耗设计和电磁兼容性(EMC)的章节,处理得极为细致入微。作者没有泛泛而谈,而是结合了196K这个特定芯片的I/O特性和电源管理机制,给出了具体的布局建议和代码优化策略。这说明作者对芯片的理解已经达到了“骨髓”层面,知道在哪里能挤出每一分性能,节省每一毫安电流。这种对细节的执着和对工程极限的探索精神,是许多理论书籍所缺乏的。阅读它,不仅是在学习知识,更是在磨练自己的工程思维和解决问题的韧性。

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这本书的装帧和排版给人的第一印象就非常“工科”,硬朗、实用,不追求花哨,只专注于内容的有效传递。然而,一旦你深入阅读,就会发现其中蕴含的匠心独家。那些关于特定应用场景的案例分析,比如工业控制中的数据采集模块设计,或者特定通信协议的硬件实现细节,都体现了作者深厚的行业积累。很多时候,官方文档写得晦涩难懂,充满了术语的堆砌,但这本书却能用非常贴近实际工程的语言进行转译。比如在讲述如何处理上电复位序列的微妙时序问题时,作者给出的解决方案不仅是理论上的最优解,更是实际生产线上经过反复验证的“抗干扰”黄金法则。我曾经因为一个时序错误困扰了半个月,最后还是从书中一个不起眼的注释中找到了关键线索,这种感觉,无异于在沙漠中找到了一口清泉。对于那些想要从“会写代码”晋升到“会设计系统”的工程师来说,这本书的价值无法用金钱衡量。

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说实话,我刚接触单片机那会儿,市面上的资料大多是零散的资料和论坛上的碎片信息拼凑而成,系统性差得让人抓狂。直到我找到了这本关于8XC196K的专著,才感觉像是终于找到了“定海神针”。这本书的厉害之处在于,它不仅仅是简单地罗列了芯片手册里的内容,而是真正站在一个系统设计者的角度,去思考如何将这些底层资源高效地整合起来。其中关于实时操作系统(RTOS)在196K平台上的移植和优化章节,简直是教科书级别的范例。作者没有回避复杂性,反而通过精心设计的案例,将那些看似高深莫测的并发控制、任务调度讲得透彻明了,让我对如何构建健壮、可靠的嵌入式软件有了全新的认识。读这本书,就像有一位经验丰富、脾气极好的老工程师在你旁边手把手指导,哪里卡住了,他立刻就能给你指明方向,而且总是能给出超越预期的解决方案。它真正教会了我“如何思考”一个嵌入式问题,而不是仅仅“如何实现”一个功能。

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从我接触过的众多微控制器参考资料来看,这本书在“理论深度”和“工程实用性”之间找到了一个近乎完美的平衡点。它没有一味地鼓吹最新的技术概念,而是专注于一个成熟、可靠的平台上,挖掘其所有潜力。我特别欣赏作者在代码示例中对注释和变量命名的规范性,这对于团队协作和后期的系统维护至关重要,体现了一种严谨的职业素养。比如在处理多机通信(如RS-485总线)时,书中不仅提供了完整的硬件连接图,还详细分析了仲裁机制和错误校验流程,并且给出了可以直接投入使用的C语言函数库结构。这种“拿来即用,但又清晰知道其原理”的设计思路,极大地提高了我的项目开发效率。这本书不是那种读完就束之高阁的书籍,它更像是一个活的工具箱,随着我项目复杂度的增加,我总能在其中找到新的、更深刻的洞见。

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