单片微型计算机原理及应用

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出版者:东南大学出版社
作者:顾筠
出品人:
页数:215
译者:
出版时间:2003-12
价格:24.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787810895248
丛书系列:
图书标签:
  • 单片机
  • 微型计算机
  • 原理
  • 应用
  • 电子技术
  • 嵌入式系统
  • 8051
  • 汇编语言
  • 数字电路
  • 计算机基础
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具体描述

本书从教学及工程应用的角度出发,论述深入浅出、循序渐进,力求概念准确。考虑到不同对内容的理解与掌握,第章均有大量的例题与习题。

《单片微型计算机原理及应用》 是一本深入剖析单片微型计算机核心技术、构建模块及其广泛实践应用的专业书籍。本书旨在为读者构建一个坚实而全面的单片机知识体系,从基础原理到前沿应用,力求做到事无巨细,内容详实。 第一部分:单片微型计算机原理 本部分将从最根本的层面,详细阐述单片微型计算机的工作机制与内在逻辑。 处理器核心与指令集: 深入解析单片机的心脏——中央处理器(CPU)的架构,包括其指令集的设计理念、寻址方式、流水线执行机制以及中断处理流程。我们将逐一剖析各种典型的指令类型,如数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、转移指令、位操作指令等,并结合具体指令助记符,阐述它们在不同场景下的功能与应用。例如,会详细讲解数据在寄存器、RAM、ROM之间如何高效转移,以及算术逻辑单元(ALU)如何执行加、减、乘、除、与、或、非等基本运算。 存储器组织与访问: 详细介绍单片机内部的存储器结构,包括程序存储器(ROM/Flash)、数据存储器(RAM)的划分、容量以及它们之间的联系。我们将重点讲解CPU如何通过总线(地址总线、数据总线、控制总线)访问存储器中的指令和数据,包括读写时序、总线仲裁等关键概念。对于不同的存储器类型,如EEPROM、OTP ROM的特点和用途也会有所介绍。 中断系统与服务: 深入探讨单片机强大的中断处理机制。详细讲解中断源的识别、中断向量表的作用、中断优先级管理以及中断服务程序(ISR)的编写。我们将分析外部中断、定时器中断、串口中断等常见类型,并演示如何通过中断高效响应外部事件,避免CPU的无效等待。例如,会详细讲解一个外部中断发生时,CPU如何保存当前运行程序的现场(PC、寄存器等),跳转到中断服务程序执行,完成后如何恢复现场并回到原程序继续执行。 定时器/计数器: 详尽介绍单片机内置的定时器/计数器模块。阐述其工作模式,包括定时模式、计数模式、PWM(脉冲宽度调制)模式等。我们将详细讲解如何配置定时器预分频器、加载初值、设置重载值,以实现精确的时间测量、波形生成、脉冲计数等功能。例如,将具体演示如何配置一个定时器,每隔10ms产生一次中断,用于实现精确的延时或者定时任务。 输入/输出(I/O)端口: 全面解析单片机的I/O端口设计与使用。讲解端口的工作模式(输入、输出、双向)、上拉/下拉电阻的设置、以及如何通过端口读写实现与外部硬件的交互。我们将演示如何控制LED亮灭、读取按键状态、驱动继电器等基本应用。 串行通信接口(UART/USART): 详细阐述单片机的串行通信接口,包括UART(通用异步收发传输器)和USART(通用同步/异步收发传输器)。讲解其通信原理、波特率的设置、数据帧的格式(起始位、数据位、校验位、停止位)、同步/异步通信的区别以及全双工、半双工、单工通信模式。我们将演示如何通过串口与PC机或其他设备进行数据交换,实现人机交互或设备间的通信。 其他外设与模块: 视具体单片机型号,还会深入讲解ADC(模数转换器)、DAC(数模转换器)、SPI(串行外设接口)、I2C(集成电路总线)、PWM(脉冲宽度调制)、看门狗定时器、低功耗模式等其他重要外设的功能、工作原理及配置方法。例如,将详细介绍ADC的工作流程,包括采样、量化、编码,以及如何通过软件配置ADC的分辨率、采样速率等参数。 第二部分:单片微型计算机应用 本部分将聚焦于单片机的实际应用,通过丰富的实例,展示其在各个领域的强大能力。 嵌入式系统设计基础: 介绍嵌入式系统设计的基本流程,包括硬件选型、原理图设计、PCB布局布线、软件开发环境搭建、交叉编译、下载与调试等关键环节。我们将强调系统设计的模块化和可靠性原则。 传感器数据采集与处理: 演示如何利用单片机采集各种传感器(如温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、压力传感器等)的模拟或数字信号。讲解如何通过ADC将模拟信号转换为数字信号,并对采集到的数据进行滤波、校准、统计分析,以提取有用的信息。 电机控制: 详细介绍单片机在电机控制领域的应用。包括直流电机速度控制(PWM)、步进电机驱动、伺服电机控制等。我们将展示如何通过PWM信号精确控制电机的转速和方向,以及如何利用编码器实现闭环反馈控制。 人机交互界面: 讲解如何利用按键、LED、数码管、LCD显示屏、触摸屏等实现用户友好的交互界面。展示如何读取按键输入、驱动数码管显示数字、在LCD屏幕上显示文字和图形,以及如何实现触摸屏的坐标识别和功能触发。 通信协议实现: 深入讲解几种常用的通信协议在单片机上的实现,如RS-232、RS-485、CAN总线、USB等。演示如何通过这些协议与其他设备进行可靠的数据传输,构建复杂的分布式控制系统。 典型应用案例分析: 提供一系列具有代表性的单片机应用案例,涵盖工业自动化(如PLC、数据采集节点)、消费电子(如遥控器、智能家电)、汽车电子(如仪表盘、车身控制)、医疗设备(如监护仪、输液泵)等多个领域。每个案例都会深入剖析其系统构成、核心功能实现以及关键技术点。例如,会详细解析一个智能家居温湿度监测与控制系统的设计,包括传感器选择、数据采集、逻辑判断、执行机构(如风扇、加热器)的控制逻辑。 高级应用与发展趋势: 探讨单片机在物联网(IoT)、人工智能(AI)边缘计算等前沿领域的应用。介绍如何将单片机与无线通信模块(如Wi-Fi、蓝牙、LoRa)结合,构建智能联网设备;以及如何利用轻量级算法在单片机上实现简单的机器学习和模式识别。 本书力求理论与实践相结合,通过大量的代码示例、电路图和实验设计,帮助读者理解抽象的原理,掌握实际的开发技能。无论您是电子工程专业的学生,还是寻求提升嵌入式开发能力的工程师,本书都将是您学习单片微型计算机原理与应用的宝贵资源。

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读后感

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用户评价

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这本书在**数字信号处理(DSP)在嵌入式系统中的基础应用**方面,展现了相当的深度和广度。虽然书名并未直接点明DSP,但书中关于滤波器设计、采样与量化、傅里叶变换等内容的讲解,对于理解嵌入式系统如何处理模拟信号并将其转化为可用的数字信息,有着至关重要的作用。它并没有将DSP作为一个独立的学科来讲解,而是巧妙地将这些概念融入到单片机处理传感器数据的过程中。例如,在讲解音频信号采集时,书中会提到如何设计一个简单的低通滤波器来去除高频噪声,以及如何通过过采样来提高量化精度。在讲解图像处理的预处理步骤时,它也涉及了锐化、边缘检测等基础算法,并说明了如何利用单片机的算术能力来实现这些功能。更让我惊喜的是,书中在讲解**实时操作系统(RTOS)**时,并没有仅仅停留在任务调度层面,而是结合了DSP的应用场景,说明了如何利用RTOS来管理多个实时数据处理任务,确保它们能够按照预定的时间窗口完成计算。这使得我对如何利用有限的单片机资源,实现复杂的信号处理任务有了更深入的理解。

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我必须说,《单片微型计算机原理及应用》在**复杂电子系统中的故障诊断与排除**方面,提供了一套非常系统且实用的方法论。书中的许多章节,虽然表面上是在讲解单片机的各种工作模式或外设接口,但深层逻辑都在引导读者去思考“如果出了问题该怎么办”。它不像某些书籍那样,只关注“如何让它工作”,而是花了很多篇幅讲解“当它不工作时,如何找到原因”。比如,在讲解中断处理时,书中详细列举了可能出现的时序问题、优先级冲突,以及如何通过逻辑分析仪或示波器来定位这些问题。在讲解ADC(模数转换)时,它不仅说明了转换原理,还讨论了采样率不足、噪声干扰等可能导致数据不准确的情况,并给出了相应的调试技巧。我尤其喜欢书中关于**软件调试策略**的讲解,它提供了一系列从宏观到微观的排查步骤,包括代码审查、单元测试、集成测试,以及如何利用printf或串口调试器进行输出分析。书中提出的“二分法排查”思路,在解决复杂的逻辑错误时非常有效。读完这本书,我感觉自己面对一个“黑盒子”式的系统时,不再那么束手无策,而是有了一套行之有效的“侦探”方法,能够更系统地找出问题的根源。

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读完《单片微型计算机原理及应用》,我发现这本书在**物联网(IoT)应用场景下的解决方案设计**方面,着实给我带来了不少启发。虽然书名聚焦于单片机,但它并没有局限于微控制器本身的功能,而是将其置于一个更广阔的物联网生态系统中进行探讨。书中大量篇幅分析了不同类型的物联网传感器如何接入单片机,以及如何利用单片机作为数据采集和初步处理的节点。更令我印象深刻的是,它详细介绍了**低功耗通信协议**(如BLE、LoRa)在物联网设备中的应用,并给出了具体的实现思路和注意事项。例如,在讲述如何设计一个智能家居传感器时,书中就详细对比了不同通信协议的优劣,以及如何在功耗和通信距离之间找到平衡点。此外,它还涉及了**云平台的数据接入和初步分析**,虽然没有深入到云端编程,但它清晰地勾勒出了单片机如何将采集到的数据可靠地发送到云端,并为后续的远程监控和管理奠定基础。这种将单片机技术与实际物联网应用场景紧密结合的讲解方式,对于想要进入物联网开发领域的读者来说,无疑是一本极具指导意义的参考书。它让我明白,单片机不仅仅是驱动硬件的工具,更是构建智能互联世界的关键基石。

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《单片机微型计算机原理及应用》在**嵌入式系统安全性的考量**方面,为我打开了一扇新的大门。通常我们学习单片机,更多关注的是功能实现,对于安全性的讨论相对较少,但这本书在这方面却给出了不少深刻的见解。它在讲解通信协议时,会顺带提及**数据加密和认证**的必要性,并简要介绍了AES、RSA等基础加密算法在嵌入式设备上的应用场景。例如,在描述一个简单的无线传感器节点时,书中会强调如何对传输的数据进行加密,以防止信息泄露。此外,它还涉及了**固件更新的安全性**,讨论了如何防止恶意固件的刷写,以及如何通过数字签名来验证固件的完整性。在讲解存储器访问时,书中也提到了**访问控制和权限管理**的概念,虽然在简单的单片机上实现起来有一定难度,但其指出的安全风险和可能的防护措施,让我对嵌入式系统的安全性有了更全面的认识。这本书让我意识到,在设计和开发嵌入式产品时,安全性不应是后期才考虑的问题,而应从一开始就融入设计理念之中。

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这本书虽然名为《单片微型计算机原理及应用》,但实际阅读下来,我最大的感受是它在**嵌入式系统开发流程的宏观把控上**,给了我一个全新的视角。它并没有像许多教科书那样,直接一头扎进具体的硬件指令或某款芯片的细节,而是从一个更高层级出发,系统地讲解了整个嵌入式产品的生命周期。从最初的需求分析、概念设计,到硬件选型、软件架构,再到最终的集成、测试和维护,每个环节都进行了详尽的阐述。特别是对于**项目管理和团队协作**的部分,我以前从未在技术书籍中看到过如此细致的讨论。书中通过大量的案例分析,展示了不同开发阶段可能遇到的风险,以及相应的规避策略,这对于初学者构建项目意识、理解实际工程开发与书本理论的差距非常有帮助。我尤其欣赏它在讲解**软件开发方法论**时,引入了敏捷开发、瀑布模型等概念,并分析了它们在嵌入式领域的适用性。这使得我对如何高效地组织开发团队、如何迭代式地推进项目有了更清晰的认识。这本书更像是一位经验丰富的工程师,在分享他多年来在嵌入式领域摸爬滚打的心得体会,而不是单纯的知识堆砌。它帮助我理解了,一个成功的嵌入式产品,不仅仅是代码写得好,更需要一套完整的开发体系支撑。

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