微机控制系统及其应用(修订本) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安交通大学出版社

作者:武自芳

出品人:

页数:527

译者:

出版时间:1998-08

价格:20.00

装帧:平装

isbn号码:9787560510293

丛书系列:

图书标签:

• 微机控制系统
• 单片机
• 嵌入式系统
• 控制工程
• 电子技术
• 自动化
• 应用开发
• 修订本
• 高等教育
• 工科教材

《嵌入式系统设计与实践》内容简介 一、本书定位与目标读者 本书旨在系统介绍现代嵌入式系统领域的核心概念、关键技术和实用开发方法。它不仅涵盖了嵌入式系统设计的基础理论，更侧重于工程实践中的具体实现与调试技巧。 本书面向对象包括： 电子工程、计算机科学与自动化相关专业的本科生和研究生： 为他们提供坚实的理论基础和动手能力训练。 初、中级嵌入式系统开发工程师： 帮助他们夯实基础知识，拓展设计思路，提高解决复杂问题的能力。 电子产品爱好者和创客： 提供清晰的路线图，指导他们从零开始构建功能完善的嵌入式应用。 二、本书的理论深度与实践广度 本书内容组织遵循“理论先行、实践驱动”的原则，力求在深度和广度上达到平衡。 第二部分：微处理器内核与体系结构深入解析 本部分将跳出基础的指令集介绍，重点剖析现代嵌入式处理器（如基于ARM Cortex-M系列）的设计哲学和内部工作机制。 1. 处理器流水线与异常处理机制 详细阐述单周期、多周期和超标量流水线的构建原理，分析数据冒险和控制冒险的解决方案（如分支预测）。深入讲解中断和异常的向量表结构、上下文保存与恢复过程，以及如何设计高效、低延迟的实时中断服务程序（ISR）。着重讨论嵌套中断的优先级管理和冲突解决策略。 2. 存储器管理单元（MMU/MPU）详解 区分内存保护单元（MPU）和内存管理单元（MMU）的功能与应用场景。对于需要运行复杂操作系统的应用（如基于Linux的嵌入式系统），本书会详细介绍地址转换（页表机制）、缓存一致性（Cache Coherency）以及内存保护机制在保障系统稳定性和安全性中的作用。 3. 总线结构与互联技术 深入探讨片上总线（On-Chip Bus）如AHB、APB、AXI的标准规范，分析不同总线在数据传输速率、仲裁机制上的差异。讲解DMA（直接内存存取）控制器的工作流程，如何通过DMA卸载CPU负担，实现高效的外设数据搬运。 第三部分：实时操作系统（RTOS）的高级应用 本书认为，离开了RTOS的嵌入式系统已无法满足现代复杂应用的需求。本部分聚焦于如何驾驭RTOS以实现高可靠性和可预测性。 1. 内核对象与调度策略 详尽解析任务（Task）的生命周期管理、上下文切换的底层细节。对比固定优先级抢占式、轮转法和混合调度策略的优劣。重点探讨优先级反转问题及其解决方案，如优先级继承协议（Priority Inheritance Protocol）和优先级天花板协议（Priority Ceiling Protocol）。 2. 进程间通信（IPC）与同步机制 除了传统的信号量（Semaphore）和互斥锁（Mutex），本书还将介绍消息队列、事件组（Event Flags）和消息邮箱等更高级的IPC机制。通过具体的死锁案例分析，指导读者如何设计无死锁的并发程序。 3. 资源管理与内存池技术 讨论在资源受限的嵌入式环境中，如何有效管理动态内存。介绍内存池（Memory Pool）的设计与实现，以及碎片化（Fragmentation）对实时性的影响，并给出内存泄漏的排查方法。 第四部分：嵌入式系统外设接口与驱动开发 本部分关注如何与底层硬件高效交互，这是所有嵌入式应用的基础。 1. 复杂定时器与脉冲宽度调制（PWM） 不仅仅是基础的计数功能，本书将介绍高级定时器的高级模式，如捕获/比较功能、看门狗（WDT）的应用场景，以及如何利用高分辨率PWM实现精确的电机控制和电源管理。 2. 通信协议栈的深度剖析 异步通信（UART）： 探讨波特率失真、奇偶校验的底层计算。 同步通信（SPI/I2C）： 详细分析时序图，特别是在多主/多从环境下的仲裁时序要求。 网络通信（Ethernet/WiFi）： 介绍TCP/IP协议栈在嵌入式设备上的裁剪与移植，重点讲解LwIP协议栈的结构和资源占用优化。 3. 设备驱动模型（Driver Model） 介绍现代嵌入式操作系统中设备驱动的标准化结构，包括字符设备、块设备和网络设备的注册、打开、读写流程。以一个实际的传感器驱动为例，演示如何将硬件操作抽象化，以适应上层应用的需求。 第五部分：系统级调试、测试与可靠性工程 软件的可靠性是嵌入式产品进入市场的关键门槛。 1. 硬件级调试技术 全面介绍JTAG/SWD接口的工作原理，如何利用硬件调试器进行断点设置、寄存器监控和内存映像分析。特别强调非侵入式调试（Non-Intrusive Debugging）的技巧，如使用ETM（嵌入式跟踪宏单元）进行代码覆盖率分析。 2. 软件调试与跟踪工具 讲解printf调试的局限性，推广使用环形缓冲区（Ring Buffer）进行日志记录。介绍RTOS感知型调试工具（RTOS-Aware Debugging）如何可视化任务状态、堆栈使用情况，加速故障定位。 3. 系统可靠性设计 讨论看门狗的复位机制、错误日志记录机制（Error Logging）的设计。引入固件升级（OTA/FOTA）的原子性更新策略，确保在升级过程中系统不会进入不可恢复的损坏状态。 四、本书的特色与优势 代码示例的工程化： 所有示例代码均基于主流的开发环境（如Keil MDK或GCC/Eclipse），可以直接编译运行，并提供了详细的配置说明。 跨平台思维： 强调基础概念的通用性，让读者掌握的知识不仅限于某一特定的芯片系列，而是适用于整个嵌入式领域。 问题导向： 针对工程师在实际工作中遇到的常见痛点（如中断抖动、通信丢包、内存溢出），提供系统性的分析框架和解决方案。 通过对上述领域的系统学习和实践，读者将能够独立承担复杂嵌入式产品的软硬件协同设计任务，并构建出高性能、高稳定性的智能控制与数据处理系统。

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好的，这是一份以读者口吻撰写的，针对一本名为《微机控制系统及其应用（修订本）》的图书的五段不同风格的评价，每段都力求细节丰富且风格迥异： --- **第一段：侧重实用性和工程实践的评价** 拿到这本书的时候，我最看重的是它在实际工程应用方面的深度。翻开目录，就能感觉到作者是真正在一线摸爬滚打过来的行家。这本书的章节安排非常合理，从基础的单片机原理和指令集讲起，逻辑清晰地过渡到具体的外设驱动和通信协议，最后深入到复杂的实时控制算法的实现。我尤其欣赏它在每一个章节后面都附带的“上机实践”环节，那些代码示例绝不是那种晦涩难懂的“玩具”程序，而是可以直接移植到我们项目中的结构化框架。比如在讲解PID控制器的数字实现时，它不仅给出了理论推导，更重要的是，它详细说明了如何在资源受限的微控制器上进行定点运算优化，以及如何处理系统延时和量化误差。对于我们做自动化设备调试的工程师来说，这种注重细节和工程约束的讲解，比单纯的理论堆砌要宝贵得多。这本书真正教会我的，是如何把实验室里的理论模型，转化成工厂里稳定运行的控制逻辑。它不只是本教科书，更像是一本随身的“野外生存手册”。

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**第五段：一种侧重于学习体验和阅读节奏的评价** 阅读这本书的过程，更像是一场精心策划的智力探险，而不是枯燥的知识灌输。作者在章节间的情绪铺陈和节奏把控值得称赞。每一章的开头都设置了一个引人入胜的“应用场景导入”，让你立刻明白学习接下来的技术点能解决什么实际问题，从而激发了阅读的内在驱动力。章节的组织结构紧凑而富有弹性，你可以选择快速跳过自己已经掌握的基础部分，直接深入到新的难点，因为关键概念的索引和交叉引用做得非常到位。当我遇到一个难以理解的硬件接口概念时，随后的图示总能提供一个清晰的视觉模型来支撑文字描述，避免了陷入纯文本的迷宫。这本书的排版也体现了对读者的尊重，字号适中，公式居中对齐，图表清晰明了，长时间阅读下来眼睛不易疲劳。它提供了一种流畅的学习体验，让人愿意主动地投入时间去探索微控世界的奥秘。

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**第二段：强调理论深度和学术价值的评价** 作为一名研究生，我需要一本既能打好扎实基础，又能触及前沿研究方向的参考书。这本书在理论深度上完全满足了我的期待。它对数字信号处理在控制系统中的应用有着非常深入的剖析，特别是在模数/数模转换器的噪声抑制和采样定理的实际应用场景的探讨上，提供了超越一般教材的见解。我印象最深的是关于中断系统和实时操作系统（RTOS）的章节，作者没有停留在简单的任务调度讲解，而是深入剖析了多任务环境下的资源竞争、死锁避免策略以及关键代码段的原子性保护机制。这对于理解现代嵌入式系统内核和编写高可靠性软件至关重要。书中的数学推导严谨而又不失清晰，逻辑链条紧密，即便是复杂的拉普拉斯变换在离散系统中的应用，也能被阐述得脉络分明。对于希望深入理解控制理论与微机接口技术交叉领域的读者来说，这本书无疑是一部值得反复研读的学术力作。

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**第四段：聚焦于修订版改进和时代适应性的评价** 我之前使用过旧版的教材，这次特意入手了修订版，对比之下，提升是显著且必要的。新版最大的亮点在于对现代通信技术和新一代控制芯片特性的补充。旧版对CAN总线和Modbus协议的介绍已经有些滞后，而修订版不仅加入了对更高效的Ethernet/TCP-IP在工控领域应用的讨论，还非常及时地更新了对基于ARM Cortex-M系列内核的微控制器架构的分析，这对于当前主流的嵌入式开发趋势是至关重要的。此外，书中对软件开发工具链的介绍也与时俱进，例如对特定IDE和调试器的最新版本特性进行了说明，这极大地减少了读者在环境配置上浪费的时间。可以看得出，作者团队花费了大量精力来“除旧布新”，确保书中的知识体系能够完全覆盖当前工业现场的主流技术栈，这使得它在学术参考书中的生命力得到了极大的延续。

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**第三段：从新手入门角度出发的评价** 坦白说，我刚接触微机控制领域时，面对那些密密麻麻的芯片手册和晦涩的汇编语言，感觉像是在攀登一座陡峭的山峰。幸好，我找到了这本修订版。它的“新手引导”做得极其出色。作者似乎完全理解初学者在学习路径上的困惑，从最基础的逻辑门电路概念开始，循序渐进地引入了微处理器的基本结构。讲解语言非常“口语化”，没有那种高高在上的学术腔调。例如，它解释定时器/计数器的工作原理时，用了非常形象的比喻来描述时钟周期和中断触发的过程，一下子就让原本抽象的概念变得具体可感。更贴心的是，书中推荐的学习资源和配套实验环境的搭建指南非常详尽，即便是硬件小白也能顺利地点亮第一个“Hello World”的LED灯。这本书成功地降低了入门门槛，让我能带着信心，一步一个脚印地掌握了这门复杂的技术。它不仅教你“做什么”，更重要的是教你“为什么这么做”。

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