单片微型计算机原理及应用

单片微型计算机原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:机械工业出版社
作者:姜志海,刘连鑫
出品人:
页数:229
译者:
出版时间:2007-1
价格:23.00元
装帧:
isbn号码:9787111201939
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
  • 数字电路
  • 汇编语言
  • 8051
  • STC
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具体描述

书从教学出发,系统、全面地介绍了微型计算机的基础知识、单片机基本知识、单片机汇编语言程序设计、单片机基本资源使用、单片机外部存储器的扩展、单片机外部I/O接口的扩展及单片机系统设计。

  本书论述深入浅出、循序渐进,全书通过大量的实例阐述了单片机的基本问题,每章的开始有知识要点、教学参考进行引导,结束有本章小结、习题以巩固所学知识。本书可作为高等院校电子信息类专业本科生的教材。

好的,这是一本名为《现代嵌入式系统设计与实践》的图书简介,旨在全面涵盖嵌入式系统的核心概念、前沿技术和实际应用开发流程,内容详尽,专注于实践操作与理论深度。 --- 现代嵌入式系统设计与实践 ISBN 978-7-111-XXXX-X 定价:98.00 元 作者:[此处可填写真实作者姓名或团队] --- 图书概述 在当今万物互联的时代,嵌入式系统已成为驱动电子设备、工业自动化、智能交通乃至智慧城市的核心动力。本书《现代嵌入式系统设计与实践》并非专注于某一种特定微控制器或指令集的教科书,而是致力于构建一个全面、深入且高度实用的嵌入式系统知识框架。它面向有志于从事底层软件开发、硬件/软件协同设计以及物联网(IoT)系统构建的工程师、研究人员和高年级本科生。 本书的编纂理念在于“理论指导实践,实践反哺理论”。我们摒弃了传统教材中过于侧重枯燥的寄存器列表和时序图的讲解方式,转而采用项目驱动和模块化的结构,确保读者在掌握核心原理的同时,能够立即着手构建出功能完备、性能可靠的嵌入式应用。全书内容覆盖了从硬件选型、底层驱动编写、实时操作系统(RTOS)移植与应用,到系统级的性能优化与安全性设计等关键环节。 核心内容架构 本书内容组织为五大部分,共十八章,逻辑清晰,层层递进: 第一部分:嵌入式系统基础与硬件平台选型(第 1-3 章) 本部分为后续高级主题奠定坚实的基础,重点在于培养系统的整体观和硬件敏感度。 第 1 章:嵌入式系统概论与发展趋势 深入剖析嵌入式系统的定义、特点、分类及其在不同行业(汽车电子、医疗设备、消费电子)中的应用场景。讨论摩尔定律背景下的系统设计哲学演变,如从资源受限到高性能计算的转变。 第 2 章:处理器架构深度解析 详细对比主流的嵌入式处理器架构,如ARM Cortex-M系列、Cortex-A系列(及其在嵌入式Linux中的应用)、RISC-V的开源生态。重点讲解流水线、缓存一致性、特权等级(EL0/EL1/EL2/EL3)以及中断控制器的设计原理。 第 3 章:关键外设接口与硬件协同设计 全面覆盖嵌入式系统中最常用的通信与控制接口:UART、SPI、I2C、CAN、USB OTG等。本章强调软件如何通过高效的时序控制和硬件寄存器操作来驱动这些接口,并介绍PCB设计对信号完整性的影响。 第二部分:底层软件开发与驱动程序设计(第 4-7 章) 本部分是本书的实践核心,旨在训练读者编写出稳定、高效的裸机程序和驱动代码。 第 4 章:汇编语言在嵌入式中的作用与优化 探讨汇编语言在启动代码、关键算法加速和资源受限环境中的不可替代性。通过实际案例演示如何进行函数调用的栈帧管理以及简单的指令级优化。 第 5 章:内存管理与启动流程 详尽解析嵌入式设备的启动流程(Bootloader的工作机制),包括上电复位、向量表查找、初始化C运行时环境(C Runtime)。深入讲解内存映射、虚拟内存(针对支持MMU的系统)与内存保护单元(MPU)的配置与应用。 第 6 章:设备驱动程序设计范式 系统性介绍标准驱动的层次化设计,包括寄存器抽象层(HAL)的构建。重点讲解中断服务程序(ISR)的设计规范、并发访问保护机制(如原子操作)以及如何为Linux内核编写可移植的字符设备驱动。 第 7 章:固件更新(OTA)与系统级调试 探讨可靠的固件空中下载(OTA)机制设计,包括双备份分区策略、校验和验证。介绍硬件调试工具(JTAG/SWD)的高级用法,如断点触发数据采集、内存访问跟踪等。 第三部分:实时操作系统(RTOS)与并发编程(第 8-11 章) 本部分是构建复杂、任务关键型系统的基石,重点聚焦于FreeRTOS和更高级的RTOS概念。 第 8 章:实时操作系统原理精讲 深入阐述实时性的核心指标(确定性、抖动),并详细对比时分复用(Time-Sharing)与抢占式多任务调度算法(如固定优先级、轮转法、最早截止时间First-Come-First-Served)。 第 9 章:FreeRTOS的深入应用与移植 以FreeRTOS为例,全面讲解任务管理、信号量、互斥锁(Mutex)、消息队列(Queue)和事件组(Event Group)的正确使用。指导读者完成RTOS内核在特定硬件平台上的最小化移植。 第 10 章:并发控制与死锁预防 探讨嵌入式系统中的经典并发问题,如竞态条件和优先级反转。提供一套实用的工具链和设计原则,用于识别、分析和消除多线程环境下的同步陷阱,并介绍优先级继承协议。 第 11 章:资源管理与低功耗设计 讲解如何在RTOS环境下列举资源分配策略,如内存池(Memory Pool)管理。重点介绍基于事件的低功耗模式(睡眠、唤醒机制)的设计,实现功耗与性能的平衡。 第四部分:高级嵌入式应用与系统集成(第 12-15 章) 此部分将视野从单个微控制器扩展到复杂的互联系统,强调数据流与协议栈。 第 12 章:嵌入式文件系统与数据持久化 介绍嵌入式系统常用的存储介质(Flash, eMMC, SD卡)的特性,对比FATFS、YAFFS2和UBIFS等文件系统的优缺点。重点讲解日志结构文件系统的写入优化机制。 第 13 章:网络通信协议栈与IoT接入 聚焦于嵌入式设备上的网络编程。讲解TCP/IP协议栈在资源受限设备上的裁剪与实现。详细介绍MQTT、CoAP等轻量级物联网协议的应用,以及TLS/SSL在设备侧的安全握手流程。 第 14 章:图形用户界面(GUI)的嵌入式实现 探讨LVGL、TouchGFX等主流嵌入式GUI框架的架构。涵盖帧缓冲机制、图形渲染加速、输入事件处理等关键技术,实现流畅的用户交互体验。 第 15 章:传感器数据采集与数字信号处理基础 介绍如何高效地使用ADC/DAC进行模拟信号的数字化。概述数字滤波器(FIR/IIR)的基本设计,并展示如何利用DSP指令集(若目标平台支持)加速信号处理任务。 第五部分:系统可靠性、安全性和前沿探索(第 16-18 章) 保障系统的长期稳定运行和抵御外部威胁是现代嵌入式设计的核心要求。 第 16 章:嵌入式系统的鲁棒性与容错设计 讨论看门狗(Watchdog Timer)的有效配置,电源监控与异常重启策略。介绍错误检测与恢复(EDAC)机制在内存和存储中的应用。 第 17 章:嵌入式安全基础与可信执行环境(TEE) 讲解嵌入式设备面临的安全威胁(侧信道攻击、固件篡改)。重点介绍硬件信任根(RoT)、安全启动(Secure Boot)的实现原理,并对TrustZone/TEE架构进行概念性阐述。 第 18 章:前沿趋势:AI在边缘端的部署 概述TinyML的概念,探讨如何将轻量化的神经网络模型(如TensorFlow Lite for Microcontrollers)部署到资源受限的微控制器上,实现实时的边缘智能计算。 本书的特色 1. 跨平台实践导向: 书中所有代码示例均基于主流的ARM Cortex-M架构(如STM32系列或类似的开发板),并提供了清晰的硬件抽象层设计,方便读者迁移至其他微控制器平台。 2. 深入底层逻辑: 每一个软件模块的实现都追溯到对硬件寄存器和时序的理解,而非简单地调用库函数,确保读者能真正“读懂”底层代码的每一行。 3. 工业级范例: 涵盖了实时调度、功耗优化、网络安全等工业界高度关注的话题,所提供的设计模式和代码结构符合工程规范。 4. 完善的配套资源: 随书附带的实践代码库(托管于GitHub)包含了所有章节的例程、测试脚本以及完整的项目构建文件(CMake/Makefile),极大地降低了开发环境的配置门槛。 本书旨在培养出能够从系统架构、硬件交互到复杂软件实现全程掌控的全栈嵌入式工程师。通过对这些核心主题的系统学习与实践,读者将能够自信地应对下一代智能硬件的开发挑战。

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这本《单片微型计算机原理及应用》初看起来似乎是一本非常基础和直白的教材,但深入阅读后,我发现它在系统性和实践性上的平衡做得相当到位。首先,在原理部分,作者并没有满足于泛泛而谈,而是选择了当前主流的微控制器架构进行深度剖析,例如对特定指令集架构的寄存器操作、中断处理流程的图文并茂的阐述,清晰地揭示了硬件底层是如何驱动软件执行的。我尤其欣赏它对时序图的运用,这对于理解诸如总线仲裁、DMA传输这类复杂过程至关重要,很多其他书籍往往一带而过,使得初学者对“时间”这个维度感到困惑。书中对存储器的组织结构,特别是EEPROM、Flash与SRAM之间的读写差异和应用场景的区分,讲解得非常细致,这为后续的嵌入式系统设计打下了坚实的理论基础。它没有停留在理论的象牙塔里,而是紧密结合实际应用中的“坑”,比如如何避免上电复位时序错误,或者处理看门狗定时器溢出的最佳实践,这些都是在实际项目中摸爬滚打才能体会到的宝贵经验,能极大地缩短新手入门的曲线。

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这本书最让我感到惊喜的是它对未来发展趋势的适度前瞻性,而非仅仅局限于当前被广泛使用的经典型号。虽然其核心内容基于成熟的技术栈,但在章节的末尾,它并没有回避诸如低功耗设计策略(如Tickless Idle模式)在现代物联网设备中的重要性,以及如何将嵌入式系统与更上层的网络协议栈(例如轻量级的TCP/IP或MQTT)进行初步集成。这些内容虽然没有深入到操作系统或网络协议的底层,但提供了清晰的路线图和必要的衔接知识点,暗示了读者下一步的学习方向,避免了将学习局限在单一的“裸机”环境中。这种“立足现在,展望未来”的处理方式,使得这本书不仅是一本实用的工具书,更像是一份长期的技术成长指南,帮助读者理解当前所学知识在整个嵌入式生态中的位置和价值。

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我对这套教材的评价,很大程度上取决于它在“调试与故障排除”这一环节的力度。很多技术书籍在代码跑起来之后就戛然而止,但真实的开发过程恰恰是调试占据了绝大部分时间。这本书在这方面表现得非常出色,它专门开辟了一个章节,详细介绍了使用逻辑分析仪和示波器来验证硬件时序的方法。书中提供的调试案例,如SPI通信中数据帧错位、I2C总线上拉电阻不匹配导致电平不稳等具体问题,配有清晰的波形图和对应的软件排查步骤,这种手把手的指导对于自学者来说简直是雪中送炭。它强调了一种系统性的调试思维,而不是盲目地修改代码,教导读者如何通过观察物理信号来反推软件逻辑中的缺陷,这种从“软”到“硬”的逆向分析能力,才是衡量一个工程师水平的关键指标之一。这种注重实际问题解决的导向,让这本书的实用价值远远超过了普通理论书籍。

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从排版和阅读体验来看,这本书的设计也体现了对学习者的体贴。通常技术书籍的图表密集,容易显得拥挤和晦涩难懂,但这本教材在图示的布局上做了大量的优化。复杂的电路连接图和程序流程图之间留白得当,使得视觉焦点能够集中在关键信息上。特别是对于那些需要对比学习的知识点,例如不同工作模式下的引脚状态变化,作者采用了并列的表格结构,对比鲜明,极大减轻了阅读负担。文字的表达上也避免了过于生硬的学术腔调,虽然内容专业,但行文流畅,富有逻辑层次感,即使是初次接触微控制器领域的读者,也能较快地建立起知识的脉络。这种对细节的关注,使得长时间阅读也不会产生强烈的疲劳感,保证了学习的持续性和效率。

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拿到这本书时,我主要的兴趣点其实在于“应用”部分,毕竟现在的微控制器技术迭代太快,理论知识很容易过时。然而,这本书的应用案例并非那种简单的“点亮LED”或“数码管显示”的玩具级示例。它更侧重于构建一个完整的、可扩展的系统框架。例如,在基于某一特定型号MCU的控制系统设计章节中,作者不仅展示了如何配置定时器和模数转换器(ADC),更深入探讨了如何设计一个高效的环形缓冲区(Ring Buffer)来管理高速采集的数据流,并辅以实际代码片段,讲解了内存对齐和缓存一致性对数据准确性的影响。这种从底层寄存器配置到上层软件架构设计的无缝衔接,令人印象深刻。更值得称赞的是,它对通信协议的讲解,如UART、SPI、I2C在实际噪声环境下如何通过软件滤波和错误校验机制来保证数据完整性,提供了非常实用的工程经验,而不是简单地罗列协议规范,这让读者在面对真实工业场景的复杂性时,心里更有底气。

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