单片机应用技术

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页数:296
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出版时间:2009-9
价格:36.00元
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isbn号码:9787811059724
丛书系列:
图书标签:
  • 单片机
  • 嵌入式系统
  • 应用开发
  • 电子技术
  • 微控制器
  • C语言
  • 硬件设计
  • 实践教程
  • 电路原理
  • 技术入门
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具体描述

《单片机应用技术》是湖南省职业教育“十一五”重点建设项目:应用电子技术精品专业及应用电子技术实习实训基地的建设成果之一;也是中国教育学会“十一五”科研规划课题:基于轮式教育机器人的《单片机应用技术》课程开发的研究成果之一。

《单片机应用技术》按照国家教育部“校企合作、工学结合”的原则,提出了以“两轮教育机器人”设计制作与程序开发为大型案例,围绕项目的构思、设计、实施、运行等设计制作过程,分解独立的工作任务进行教学与实践,将1251单片机外围引脚接口特性、外围扩展电路、内部结构原理和汇编语言、C语言程序设计等知识与能力通过“学中做、做中学”的教学方式,培养学生的职业意识和职业能力,达到学生能够自主开发小项目的培养目标。《单片机应用技术》分为两个部分:基础篇与提高篇,基础篇介绍了单片机的知识体系;提高篇以轮式机器人为例,全面系统介绍了单片机的应用,打破了传统学科体系,以7个真实的工作项目为载体,对课程内容进行了重构,设计了7个主题教学单元(模块),将岗位要求的知识、技能和态度分解到7个难易不同的项目中,使整个教学与学习过程充满挑战和乐趣,大大提高了学生的学习效率。通过“一做、二讲、三练、四评、五拓展”培养学生的职业能力,养成良好的职业态度,形成规范的职业习惯。

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,完全不涉及单片机应用技术的内容: --- 《现代嵌入式系统设计与实践》 导论:面向未来的智能互联 在信息技术飞速发展的今天,嵌入式系统已不再是隐藏在设备内部的“幕后英雄”,而是驱动物联网(IoT)、人工智能(AIoT)、自动驾驶、工业自动化等前沿领域的核心引擎。传统的微控制器(MCU)编程范式正逐步被更强大、更复杂的系统级设计所取代。本书《现代嵌入式系统设计与实践》,正是为应对这一转型而精心打造的系统级开发指南。我们聚焦于基于高性能处理器的嵌入式系统架构、实时操作系统(RTOS)的深度应用,以及面向异构计算的软件集成策略。 本书旨在为具备一定电子和编程基础的读者,提供从硬件选型到复杂软件栈构建的全方位知识体系,确保读者能够驾驭当前最主流的嵌入式平台,并具备设计下一代智能设备的能力。 --- 第一部分:高性能嵌入式平台基础与架构解析 本部分将读者从传统的资源受限环境中解放出来,深入探索现代嵌入式系统所依赖的高性能计算单元。 第一章:超越传统MCU:SoC与MPSoC的深入剖析 本章详细阐述了现代嵌入式系统的核心——系统级芯片(SoC)的构成。我们将不再局限于单一内核的工作原理,而是着重分析多核异构处理器(MPSoC)的内部结构,包括高性能应用处理器(如ARM Cortex-A系列)、实时处理单元(如Cortex-R/M系列或专用的DSP内核)以及可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)的集成方式。重点讨论片上总线结构(如AXI、AHB)、缓存一致性协议(Cache Coherency)以及内存保护单元(MMU/MPU)在系统隔离中的关键作用。 第二章:现代嵌入式内存管理与存储层次 理解内存系统是构建可靠、高性能系统的基础。本章深入讲解虚拟内存的概念,区分MMU与MPU在用户态和内核态下的作用。内容涵盖DDR SDRAM的刷新、时序控制,以及NAND/eMMC/UFS等非易失性存储器的接口协议与磨损均衡(Wear Leveling)技术。此外,我们还将探讨基于内存映射I/O(MMIO)的设备访问机制,确保读者能够高效、安全地操作寄存器。 第三章:异构计算资源调度与加速单元 现代嵌入式系统往往集成专用的加速器以提升特定任务的效率。本章详细介绍了GPU(图形处理单元)、NPU(神经网络处理单元)和DSP(数字信号处理器)在嵌入式环境中的编程模型。我们将对比OpenCL、Vulkan等跨平台API在嵌入式部署中的适用性,并探讨如何通过软件层面对这些异构资源进行有效的任务卸载与同步管理。 --- 第二部分:实时操作系统(RTOS)与系统级软件框架 实时性是现代嵌入式应用的核心要求。本部分将全面覆盖主流RTOS的内核机制与高级应用框架。 第四章:RTOS内核深度剖析与实时调度策略 本章将重点剖析FreeRTOS、Zephyr或RT-Thread等主流轻量级RTOS的内部结构,而非简单的API调用。内容包括任务调度算法(如固定优先级、轮转、优先级继承),中断延迟的精确测量与优化,以及上下文切换的开销分析。我们将通过实例展示如何构建低抖动(Low Jitter)的实时任务链。 第五章:进程间通信(IPC)与资源同步机制 在多任务或多进程系统中,进程间通信至关重要。本章详述了共享内存、消息队列、信号量、互斥锁(Mutex)等同步原语的正确使用场景和潜在陷阱(如死锁、优先级反转)。特别关注面向Linux的Binder IPC机制在系统服务间通信中的应用,以及如何设计健壮的同步方案以确保系统稳定性。 第六章:驱动程序开发与系统接口抽象层(HAL) 本部分强调系统驱动程序的模块化和可移植性。我们将详细讲解设备树(Device Tree)在现代SoC启动流程中的作用,以及如何编写符合标准的内核模块。重点阐述硬件抽象层(HAL)的设计原则,确保上层应用逻辑可以透明地适配不同的底层硬件平台,从而极大提高代码的可维护性和复用性。 --- 第三部分:面向连接性与服务的网络嵌入式系统 随着连接成为标配,嵌入式设备必须具备强大的网络处理能力和安全保障。 第七章:TCP/IP协议栈的嵌入式实现与优化 本章不再泛泛而谈网络基础,而是深入探讨LwIP或标准的Linux内核网络栈在资源受限环境下的配置与优化。内容包括流量控制(QoS)、网络延迟分析、UDP组播的应用,以及如何有效地利用硬件加速器进行校验和处理,以减轻CPU负担。 第八章:安全启动、固件更新与数据加密 嵌入式安全是不可妥协的一环。本章系统介绍安全启动链(Secure Boot Chain)的建立过程,从ROM代码到应用程序加载的全过程验证。内容涵盖代码签名、TrustZone/TEE(可信执行环境)的概念,以及在资源有限的设备上实现TLS/DTLS连接的安全密钥管理与固件空中升级(OTA)的可靠性保障机制。 第九章:边缘计算与容器化技术在嵌入式中的应用 本章探讨如何将云计算的优势引入边缘设备。我们将介绍Docker、Podman等容器技术在嵌入式Linux发行版(如Yocto Project构建的系统)中的部署挑战与实践。重点讨论如何利用容器技术实现服务的快速迭代、环境隔离和资源限制,为部署复杂的AI推理模型和微服务架构打下坚实基础。 --- 第四部分:系统集成、调试与性能调优 设计出架构良好的系统后,如何确保其稳定运行并达到设计性能指标是最终的挑战。 第十章:系统级调试方法论与工具链实践 本书将介绍专业的嵌入式调试流程,超越简单的断点调试。内容涵盖JTAG/SWD调试接口的高级用法,使用逻辑分析仪和示波器进行时序相关的硬件验证。重点讲解内核日志(Kmsg)、系统调用跟踪工具(如strace/ftrace)在定位复杂系统错误中的应用,以及如何利用硬件性能计数器(PMC)进行瓶颈分析。 第十一章:可靠性工程与错误检测机制 构建工业级或医疗级嵌入式系统需要考虑极端情况下的鲁棒性。本章讨论看门狗(Watchdog Timer)的正确配置、电源管理策略(如低功耗模式切换与唤醒源管理),以及软件层面的错误注入测试(Fault Injection Testing)。内容还包括如何设计有效的系统自检(POST)和故障恢复机制,确保系统在意外断电或内存损坏后能快速恢复运行。 第十二章:性能调优:从代码到系统的全面优化 性能优化是一个系统工程。本章提供了一套从微观到宏观的优化流程。在微观层面,探讨编译器优化选项(如-O3、Link Time Optimization)与汇编级性能考量。在宏观层面,讲解如何利用系统性能剖析工具(如Perf)分析CPU热点、I/O瓶颈,并指导读者如何根据实际负载,合理分配SoC内各异构核心的计算资源,实现整体吞吐量的最大化。 --- 结语 《现代嵌入式系统设计与实践》致力于提供一个清晰的路线图,指导工程师掌握构建下一代复杂、安全、高性能嵌入式系统的核心能力。本书的实践案例基于当前主流的64位ARM架构平台与前沿的Linux/RTOS混合操作系统环境,确保所学知识具有前瞻性与实战价值。

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用户评价

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这本书在配图和图表的使用上,可以说是下足了功夫,但效果却非常两极化。一方面,那些用于展示复杂硬件连接和逻辑状态机的流程图,线条清晰,逻辑严谨,极大地帮助我理解了系统是如何协同工作的。特别是关于电源管理单元(PMU)状态切换的层级图,梳理得井井有条,让我这个经常在不同功耗模式间切换的开发者受益匪浅。然而,书中后期穿插的一些软件数据结构图示,显得有些过于拥挤和抽象。它们似乎是直接从某个内部设计文档中截取的,缺乏必要的简化和注释,很多指针和数组的指向关系需要读者花费大量精力去反推。如果能对这些图进行更精细的排版和标注,清晰地区分出数据流和控制流,阅读体验会大大改善。总的来说,对于硬件原理图和时序图的呈现是教科书级别的优秀,但对于纯软件层面的数据组织结构的可视化,则略显不足,让人感觉像是不同专家团队撰写的部分被强行整合到了一本书中。

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我发现这本书中对特定开发环境的依赖性似乎比我想象的要高。虽然作者声称其介绍的技术和方法论具有普适性,但在具体的代码示例部分,绝大多数都围绕着某一家主流芯片厂商的IDE和工具链展开。这对于使用其他品牌芯片或开源工具链的开发者来说,需要进行大量的语法和库函数层面的迁移工作。例如,书中关于Flash擦写扇区的操作指令,完全是针对特定厂商的底层调用接口,如果我使用的是另一家公司提供的芯片,我必须自行去查阅对应芯片的数据手册,理解其背后的硬件逻辑,才能将其转化为我需要的代码。这无疑增加了学习和实践的门槛。尽管如此,作者对于“为什么”要那样做(即背后的硬件限制和设计哲学)的解释是极为透彻的,这种深层次的原理剖析,即便是代码不能直接复用,其思路和解决问题的框架也是极具价值的。它迫使读者停止做简单的“复制粘贴”式编程,而是真正去理解为什么这个操作是必需的。

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这本书的叙事逻辑和知识点组织方式,对于习惯了传统教材“理论先行,实践收尾”模式的读者来说,可能会带来一些认知上的挑战。它更像是一系列紧密相关的技术研讨会的记录,而不是线性的教学课程。例如,在讲解A/D转换模块的应用时,作者直接跳过了基础的采样定理介绍,而是直接深入到如何通过DMA(直接内存访问)配合循环缓冲区来实现高效、无CPU干预的高速数据采集流程。这种“开门见山”的风格,使得前半部分的内容对非专业人士显得有些晦涩难懂,需要读者具备一定的背景知识作为支撑才能顺畅阅读。但是,一旦跨过那道知识门槛,你会发现作者在架构设计上的精妙之处。书中对于模块化编程和驱动框架的构建理念,非常具有前瞻性,提倡的是一种“面向硬件特性而非面向功能”的开发思维。我个人尤其欣赏其中关于“看门狗定时器与系统状态机”结合的部分,它提供了一种鲁棒性极强的系统自检与恢复策略,比教科书上简单地设置定时重置要高明得多,体现了作者丰富的工程实战经验。

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这本书的语言风格是非常冷峻且高度专业化的,几乎没有使用任何口语化的表达或者轻松的类比来软化技术概念。这种风格在处理高深的技术难题时,展现出一种不容置疑的权威感。作者在论述某些复杂算法的效率时,会直接引用性能测试数据和数学公式,毫不留情地指出前人方法的缺陷,然后给出他自己经过验证的改进方案。这种直击痛点、追求极致效率的写作态度,对于那些追求技术完美和性能极限的资深工程师来说,具有强大的吸引力。它就像一位经验丰富、脾气有点古怪的导师,他不会花时间来哄你,只会把最硬核的知识砸在你面前,让你自己去消化吸收。对于那些希望通过这本书快速掌握某种“捷径”或“快速入门”的读者可能会感到挫败,因为它要求你投入的不仅仅是时间,还有相当的认知努力。这本书更像是献给那些已经能在黑暗中摸索,只是需要一束精准激光来指明下一步方向的“老兵”们的。

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这本书的装帧设计确实很吸引人,封面的设计风格简洁却不失专业感,那种深邃的蓝色调和银灰色的字体搭配,让人一眼就能感受到这是一本技术含量较高的书籍。拿到手里沉甸甸的感觉也让人对内容充满期待。我本来是想找一本关于嵌入式系统编程的入门教材,但这本书的内容深度远超我的预期。它似乎更偏向于底层硬件的精细化操作和系统级别的优化。比如,书中对于特定型号微控制器的寄存器级编程有非常详尽的阐述,每一个时钟周期的控制、每一个中断向量的配置,都有清晰的汇编和C语言对照示例。坦白说,对于一个初学者来说,光是理解那些复杂的时序图和数据手册中的缩写就得花费不少时间。不过,对于那些已经具备一定基础,希望深入挖掘芯片内部工作机制的工程师来说,这无疑是一本“宝典”级别的参考书。书中对不同类型存储器(如SRAM、Flash、EEPROM)的读写时序分析,以及如何通过软件手段优化总线访问效率的章节,写得尤其精彩,提供了许多在官方文档中难以找到的实践技巧和“黑科技”一般的优化思路。我花了好几天时间对照实验板卡进行验证,发现书中所述的许多优化点确实能带来显著的性能提升,特别是在资源受限的实时系统中。

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