单片机原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:化学工业出版社

作者:樊明龙

出品人:

页数:157

译者:

出版时间:2005-8

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787502571146

丛书系列:

图书标签:

单片机
原理
应用
嵌入式系统
电子工程
微控制器
C语言
汇编语言
硬件设计
实践教程

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具体描述

本书共分10章，内容包括单片机的基础知识与MCS51单片机的组成和工作原理；指令系统及汇编语言程序设计方法；中断的基本概念、中断系统及应用；定时器的结构及应用；串行通信的基本概念、串行口结构和应用；单片机系统扩展技术，主要是外部存储器的扩展和并行I/O接口的扩展；单片机接口技术，包括键盘、显示器的接口，A/D、D/A及压频转换接口技术；最后两章是实验课题和单片机应用系统设计技术。

　　本书可作为高职高专院校自动化类、电气类、机电类、应用电子类、计算机类及相关专业的教材，也可供自学及相关技术人员参考。

深入理解现代计算核心：微处理器架构与嵌入式系统设计本书聚焦于微处理器（Microprocessor）的底层工作机制、高级架构设计及其在现代嵌入式系统中的创新应用，旨在为读者构建一个从晶体管级别到复杂系统集成的完整认知框架。 --- 第一部分：微处理器核心架构解析本部分将彻底剖析当代高性能微处理器背后的设计哲学和技术细节，超越传统单片机（MCU）的范畴，深入到复杂指令集（CISC）与精简指令集（RISC）的演进与融合，以及现代处理器如何实现惊人的并行处理能力。第一章：指令集体系结构（ISA）的演变与选择本章首先界定微处理器与通用CPU（如x86, ARM Cortex系列）的本质区别，探讨它们在设计目标、功耗预算和I/O集成度上的差异。我们将详尽分析精简指令集（RISC）的原理，包括Load/Store架构、固定指令长度的优势，并对比复杂指令集（CISC）如何通过微码实现向后兼容性和高密度代码。重点讨论现代ISA设计中混合指令集（如ARMv8的AArch64与AArch32的切换）所面临的挑战与优化策略。流水线设计深度：详细阐述指令流水线的结构（取指、译码、执行、访存、写回），并重点分析数据相关、控制相关（分支预测）如何通过转发通路（Bypassing）和停顿（Stalling）机制进行解决。我们将超越基本的五级流水线，探讨超标量（Superscalar）处理器如何通过多个执行单元实现指令级并行（ILP）。异常与中断处理：深入探讨处理器如何高效且安全地响应外部中断和内部异常（如页错误、除零）。分析特权级（Privilege Levels）的设置，以及上下文切换（Context Switching）在操作系统和实时操作系统（RTOS）中的实现机制。第二章：存储系统与内存层次结构现代计算性能瓶颈往往在于数据访问速度而非计算速度。本章全面覆盖处理器与存储器交互的复杂层次结构。缓存（Cache）系统：详细解析一级（L1）、二级（L2）、三级（L3）缓存的物理实现。探讨缓存一致性协议（Cache Coherence Protocols），如MESI协议的工作原理及其在多核系统中的关键作用。分析不同的映射策略（全相联、组相联、直接映射）对局部性原理（Locality of Reference）的实现效果。虚拟内存与地址翻译：剖析内存管理单元（MMU）的核心功能。描述地址转换过程：虚拟地址到物理地址的映射，页表（Page Table）的结构，以及转换后援缓冲（TLB）在加速地址查找中的关键作用。这部分内容对于理解现代操作系统如何安全隔离进程至关重要。总线与互连结构：分析片上总线（On-Chip Bus）如AMBA AXI/AHB/APB在处理器、内存控制器和外设之间的数据传输机制。讨论仲裁机制（Arbitration）和突发传输（Burst Transfer）如何优化带宽利用率。第三章：并行计算与多核技术本章不再局限于单核串行执行，转向探索如何利用多核资源实现高性能计算。线程与进程模型：区分硬件线程（Hardware Threading，如超线程/SMT）与操作系统进程的区别。分析同步（Synchronization）原语（如信号量、互斥锁）的硬件级支持（如Test-and-Set指令）。内存模型与数据竞争：深入探讨并发程序设计中“重排序”（Reordering）对程序结果的影响。阐述编程语言内存模型（如C++11 Memory Model）如何依赖于底层硬件的内存一致性保证。异构计算概述：初步介绍GPU（图形处理器）和FPGA（现场可编程门阵列）等专用加速器在现代计算系统中的地位，以及它们如何与通用CPU协同工作。 --- 第二部分：嵌入式系统的高级设计与集成本部分将视角从纯粹的处理器结构转移到如何将这些强大的核心集成到实际的、资源受限的嵌入式产品中，涵盖了系统级设计、实时性保证和低功耗优化。第四章：系统级芯片（SoC）的集成化挑战本章关注现代SoC的设计哲学，即如何将处理器核心、内存控制器、各类加速器和大量外设集成到单个硅片上。片上系统（SoC）的组成：详细描绘一个典型的现代SoC的结构图，包括数字信号处理器（DSP）核、图形处理单元（GPU）、视频编解码器、各种DMA控制器以及电源管理单元（PMU）。中断控制器与优先级管理：分析高级中断控制器（如ARM的GICv4）如何高效管理数百个中断源，确保实时性关键事件的及时响应，并探讨中断嵌套和延迟的分析方法。直接内存访问（DMA）：深入剖析DMA控制器的工作模式，理解它如何将数据从外部设备直接传输到内存，从而卸载CPU的负担，这是实现高性能数据吞吐的关键。第五章：实时性保证与RTOS内核分析嵌入式系统往往需要严格的时间保证。本章侧重于实时操作系统的理论与实践。实时性度量与分析：定义硬实时、软实时和不可实时系统的区别。引入任务调度算法，如固定优先级抢占式调度（Rate Monotonic Analysis, RMA）和最早截止时间优先（Earliest Deadline First, EDF）的数学模型与可调度性分析。 RTOS内核结构：分析一个典型的微内核或全功能RTOS内核的组成部分：任务控制块（TCB）、调度器、时钟节拍管理和内核对象（信号量、消息队列）。讨论中断服务程序（ISR）与任务之间的安全通信机制。系统性能优化：讨论如何通过减少上下文切换开销、优化临界区（Critical Section）长度以及利用硬件看门狗定时器来增强系统的健壮性和响应速度。第六章：低功耗设计与电源管理策略在移动和物联网设备中，能效是决定产品寿命和成本的核心因素。本章探讨处理器层面的功耗优化技术。动态与静态功耗分析：区分电路级的动态功耗（与时钟频率和电容相关）和静态功耗（漏电）。频率与电压调节（DVFS）：详细介绍动态电压和频率调节技术，分析如何根据系统负载实时调整VCC和FCLK以达到最佳能效比。讨论时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）的应用场景。休眠模式与唤醒机制：分析不同深度的睡眠模式（Idle, Sleep, Deep Sleep），以及系统如何利用低功耗的外设（如RTC）来监控事件并快速、低功耗地唤醒主处理器，这是构建物联网终端的关键技术。 --- 第三部分：接口、固件与系统级安全本部分将讨论处理器如何与外部世界通信，以及现代系统对可靠性和安全性的要求。第七章：高速通信接口与外设交互超越传统的UART/SPI/I2C，本章关注现代系统所需的带宽和复杂性。存储接口：深入分析DDR SDRAM的物理层特点、时序要求，以及内存控制器如何实现高带宽的突发读写操作。高速串行接口：详细解析PCI Express（PCIe）的事务层、数据链路层和物理层，理解其端到端（End-to-End）的事务处理机制，这是连接高性能加速器和外部存储的核心。显示与图形处理接口：探讨DisplayPort或HDMI等接口在系统中的数据流构成，以及专用显示控制器如何与CPU/GPU协同工作。第八章：固件启动与安全启动链处理器上电后到操作系统或应用程序开始运行的整个过程，是系统信任的基石。引导加载程序（Bootloader）：分析从ROM代码（RBL）到一级引导加载程序再到二级引导加载程序的整个启动序列。探讨如何配置PLL、初始化DRAM和设置MMU。可信启动（Trusted Boot）：介绍基于硬件信任根（Root of Trust, RoT）的安全启动流程。分析数字签名验证和哈希校验在确保固件完整性方面的作用。硬件安全模块：介绍如可信平台模块（TPM）或安全隔离区（Secure Enclave）的设计理念，以及它们如何提供密钥存储、加密加速和隔离执行环境，保障系统在面对物理和软件攻击时的弹性。 --- 本书适合对象：电子工程、计算机科学、通信工程等相关专业的高年级本科生、研究生，以及需要深入理解现代高性能嵌入式处理器工作原理和系统级设计的工程师。通过本书的学习，读者将能够独立设计、调试和优化复杂的、具有实时性和功耗约束的嵌入式计算平台。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑组织简直是一场灾难，它就像一个四处游荡的导游，一会儿带你去看遥远的处理器架构图，一会儿又突然跳到如何用汇编语言实现一个简单的延时循环，然后紧接着又花了好几章去讲解一个特定型号单片机的ADC模块的具体时序图。重点的抓取能力非常薄弱，新入门者根本不知道哪些是核心概念，哪些是为特定芯片服务的“花边”信息。我试着从头到尾跟着它学习，结果发现我的脑子里塞满了零散的知识点，不成体系，无法构建一个完整的认知框架。特别是关于软件架构的部分，简直是一笔带过，仿佛只要会操作寄存器，代码就能自己跑起来一样。我期待的是能看到清晰的模块划分、良好的设计模式在嵌入式领域是如何体现的，比如事件驱动模型、状态机设计在实际固件中的应用案例。现在读完感觉自己像一个只会用锤子的人，手里有很多钉子，但完全不知道该如何搭建一栋坚固的房子。这对于想从“代码搬运工”升级为“系统设计者”的我来说，简直是最大的障碍。

评分☆☆☆☆☆

或许是受限于篇幅，它在对新兴技术和生态系统的介绍上显得过于保守和片面。当我们现在谈论单片机应用时，我们不能仅仅局限于裸机编程。诸如实时操作系统（RTOS）的基本概念、任务调度原理、内存管理的重要性，这些都是构建中大型嵌入式应用不可或缺的基石。然而，这本书对于RTOS的介绍，仅仅停留在“这是一种可以同时运行多个程序的机制”这种模糊的层面，没有提供任何一个可运行的FreeRTOS或类似的操作系统实例来展示其强大的任务切换能力和信号量/互斥锁的实际用途。这让我感觉，读完这本书，我顶多能做出一个“点亮LED灯”或“串口收发数据”的简单程序，但完全无法应对需要网络通信、多任务并行处理的现代物联网设备需求。对于一个致力于提升自身竞争力的读者来说，一本不提及主流软件生态的书籍，其价值无异于一本只教你如何用算盘计算的古籍，虽然原理正确，但在快速迭代的数字时代显得力不从心。

评分☆☆☆☆☆

从排版和图示的角度来看，这本书的审美简直是上个世纪末的产物。那些流程图模糊不清，很多关键的信号时序图用的是单色线条勾勒，根本看不出高低电平的切换细节，更别提区分总线上的数据线和控制线了。每次对照着图去理解某个外设的初始化步骤，我都得眯着眼睛，甚至需要自己用笔在上面重新描画一遍才能勉强分辨出哪个是输入，哪个是输出。更令人抓狂的是，代码示例陈旧得让人心疼。很多代码还停留在C90甚至更早期的风格，充满了裸指针操作和宏定义滥用，完全没有体现出现代C语言（比如C11或C18）的优势，比如类型安全、结构体初始化列表等特性。作为面向未来的学习者，我希望能看到如何利用现代工具链进行高效的编译和调试，而不是被拖回到那个需要手动计算延时周期和宏定义的“蛮荒时代”。这本书给我的感觉，就是一本被尘封在角落里的说明书，虽然内容可能没有本质性错误，但它传递出的技术氛围，已经与当下的行业实践脱节太远了。

评分☆☆☆☆☆

这本书在对“应用”的阐述上，深度严重不足，更像是一个功能列表而非应用指南。它会详尽地告诉你定时器可以设置成哪几种模式，溢出中断如何触发，但当你尝试去设计一个需要精确控制电机转速的闭环控制系统时，它提供的帮助几乎是零。它没有真正探讨工程中的权衡取舍问题：是牺牲定时器精度来换取更多的通用定时资源？还是使用更复杂的DMA配合中断来减轻CPU负担？这些都是实际工程中必须面对的抉择。这本书似乎假设所有的应用场景都是理想状态下的教科书式操作，只要按照步骤走，完美的功能就能实现。这使得我在尝试将书上的知识应用到我自己的小项目中时，总是会遇到各种“意料之外”的硬件冲突和软件逻辑上的死锁。缺乏对常见陷阱和错误处理机制的讨论，使得这本书对于初学者来说，可能反而会形成一种错误的、过于理想化的技术预期，等真正面对复杂系统时，会感到束手无策，因为书本里压根没有提到“如果事情搞砸了怎么办”的应对策略。

评分☆☆☆☆☆

天呐，我最近终于下定决心要深入钻研一下微控制器（MCU）的世界，毕竟现在智能硬件和物联网的大潮下，不懂点底层的东西心里总是不踏实。我手头这本号称“权威”的教材，内容排布简直像是一张过于详尽的电子元件说明书，枯燥得让人想打瞌睡。它花了大量的篇幅去罗列寄存器地址、位操作的复杂语法，像是生怕读者会错过任何一个技术细节。我可以理解技术书籍需要严谨，但它对实际项目应用的引导少得可怜。举个例子，当讲到中断服务程序（ISR）时，它只会告诉你“将代码放在此处，确保不丢失上下文”，却从来没有深入探讨过在实时系统中如何高效地处理多个优先级不同的中断源，以及如何避免常见的竞态条件和栈溢出问题。我渴望的是那种能把我从理论的迷雾中拉出来，直接带到焊接台前，告诉我“看，当你按下这个按钮时，MCU内部到底发生了什么”的实战经验。现在的阅读体验更像是对着一本厚厚的电话簿在学习如何煲汤，理论知识堆砌得很高，但就是缺了那一勺关键的“灵魂调料”，让我觉得离真正的“应用”还隔着好几百页的术语表。

评分☆☆☆☆☆