8051单片机课程设计实训教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:陈明荧

出品人:

页数:324

译者:

出版时间:2004-3-1

价格:29.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302079989

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现代嵌入式系统设计与应用：基于ARM Cortex-M微控制器的高级实践教程 本书简介 本书聚焦于当前嵌入式系统设计领域的主流技术——基于ARM Cortex-M系列微控制器的系统开发与应用。随着物联网（IoT）、工业控制以及智能设备对高性能、低功耗处理器的需求日益增长，掌握Cortex-M架构已成为电子工程、计算机科学及相关专业学生和工程师的必备技能。本书旨在提供一套全面、深入且侧重实践的教程，带领读者从基础概念迈向复杂系统的构建与调试。 第一部分：Cortex-M内核架构与开发环境搭建 本部分系统性地介绍了ARM Cortex-M处理器的核心架构，重点解析了Cortex-M3/M4/M7等主流内核的特性，如流水线结构、特权/非特权模式、堆栈管理机制以及中断系统的工作原理（NVIC）。我们将详细阐述M3/M4系列处理器的寄存器组、总线接口（AHB-Lite）以及内存保护单元（MPU）的配置与应用。 在开发环境方面，本书摒弃了对传统8位单片机开发工具链的过度依赖，转而采用现代化、工业级的工具链。读者将学习如何安装和配置基于GCC的交叉编译工具链，理解链接脚本（Linker Script）在程序加载过程中的关键作用。我们深入讲解了调试器的使用，包括J-Link/ST-Link等硬件调试器的连接、断点设置、内存和寄存器查看、代码单步执行等高级调试技巧。此外，本书将引导读者熟练掌握集成开发环境（IDE），如Keil MDK或STM32CubeIDE，并重点介绍版本控制系统Git在嵌入式项目管理中的集成应用。 第二部分：裸机编程与底层驱动开发 这一部分是构建可靠嵌入式系统的基石。我们将完全脱离高级操作系统的抽象，专注于直接操作硬件寄存器进行编程。内容涵盖启动代码（Startup Code）的解析、系统初始化流程的梳理，以及时钟树、复位与电源管理单元（RCC/PWR）的精确配置，确保系统在不同工作模式下的稳定运行。 驱动开发方面，本书提供了大量基于寄存器操作的实例。这包括通用异步收发器（UART）的波特率和数据格式配置、通用定时器（TIM）的捕获/比较功能实现、模数转换器（ADC）的多通道采样与DMA（直接存储器存取）结合的数据高速采集、以及PWM（脉冲宽度调制）在电机控制中的精确应用。每个驱动实例都配有详细的寄存器地址映射和位域操作说明，培养读者“读懂数据手册”的能力。 第三部分：实时操作系统（RTOS）原理与实践 在复杂的嵌入式应用中，实时操作系统是实现多任务调度的核心。本书选择FreeRTOS作为主要的教学案例，深入剖析其内核机制。我们将详细讲解任务的创建、调度策略（如优先级继承、时间片轮转）、内核对象（信号量、互斥量、消息队列、事件组）的正确使用范式，以及如何避免常见的并发问题，如死锁和竞态条件。 读者将通过实际项目案例，学习如何将裸机驱动层与RTOS的上层应用逻辑解耦，构建模块化、可维护的嵌入式软件架构。书中还探讨了操作系统中的时间管理、软件定时器以及中断服务程序（ISR）与RTOS任务交互的安全机制。 第四部分：高级系统功能与外设接口 随着系统复杂度的提升，对通信接口和存储管理的要求也更高。本部分专注于现代嵌入式系统常用的一些高级功能模块： 1. 通信协议栈实现： 重点介绍高速串行通信接口，如SPI（用于连接外部存储器或高速传感器）、I2C/TWI（用于低速外设通信），并提供完整的驱动程序和错误处理机制。对于网络应用，我们将介绍如何集成和配置LwIP协议栈，实现基本的TCP/IP客户端/服务器功能。 2. 存储器管理： 讲解外部Flash（如NOR/NAND Flash）的读写接口、文件系统（如FatFs）在SD卡上的移植与应用，以及EEPROM的模拟与实际应用。 3. 低功耗设计与功耗管理： 探讨Cortex-M内核的低功耗模式（Sleep/Stop/Standby），以及如何根据应用场景，通过配置时钟源、关闭不使用的外设来优化系统的整体功耗预算。 第五部分：传感器数据融合与高级控制 本部分将前述的底层驱动和RTOS调度能力整合到具体的应用场景中。我们将以一个基于惯性测量单元（IMU，如六轴或九轴传感器）的数据采集与处理项目为例，讲解数字滤波技术（如卡尔曼滤波、互补滤波）在噪声数据处理中的应用。 此外，书中还涵盖了先进的控制算法实现，如数字PID控制器的软件实现与参数整定，以及如何利用Cortex-M4的FPU（浮点单元）加速复杂的数学运算，确保控制回路的实时性和准确性。 本书的特色 本书的教学理念是“理论指导实践，实践深化理解”。所有代码示例均基于主流的、易于获取的开发板平台，且代码风格严谨，注释清晰。我们强调对硬件抽象层（HAL）与底层寄存器操作的深入理解，而非仅仅停留在调用库函数层面。通过本书的学习，读者将能够独立分析和解决复杂的嵌入式系统软硬件集成问题，为未来从事高性能、实时性要求的嵌入式产品开发打下坚实的基础。

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这本书的厚度和内容密度是成正比的，你别指望能“囫囵吞枣”地读完它。它更像是一本需要反复研读、甚至需要做大量笔记和画图来辅助理解的“案头书”。我发现它在处理复杂的外设如PWM（脉冲宽度调制）和SPI/I2C通信协议时，展现出了极高的专业水准。它不仅仅是介绍了协议的基本帧结构，还深入分析了主从设备之间的时序关系和错误校验机制。我记得在尝试做一个需要高速通信的 दास-从设备模拟时，书中的时序图成了我唯一的指路明灯。另一个值得称赞的地方是，它对代码风格的规范性要求很高，所有的C语言部分都遵循了清晰的模块化设计，这对于习惯了面向对象或脚本语言的程序员来说，是一个很好的“正规军”训练。这本书的价值在于它强迫你建立起一种严谨的、面向硬件的思维模式，让你真正开始“像一个电子工程师那样思考”，而不是仅仅停留在软件层面的抽象。

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从一个资深电子爱好者的角度来看，这本书的优势在于其“面向实践的深度”。它没有盲目追求“新潮”，而是将精力集中在最经典、最核心的8051架构上，保证了知识的稳定性和通用性。它没有涉及当前市场上热门的ARM或ESP32等微控制器，但正是这种专注，使得对8051的讲解达到了教科书级别的深度和广度。书中对于如何利用有限的片上资源（如RAM的BANK切换、程序存储器的分页访问）进行高效编程的论述，非常精彩，这对于资源极度受限的嵌入式领域来说，是宝贵的经验。此外，书中对一些常见的硬件设计陷阱（比如电源去耦电容的选择、晶振的负载电容匹配）也给出了非常实用的操作建议，这些内容往往是其他纯软件导向的书籍所忽略的。总而言之，它为想要彻底掌握一个经典嵌入式平台底层运作机制的人，提供了一张详尽且可靠的地图。

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作为一个有一定编程基础，但对嵌入式硬件接触不多的学习者，我最怕的就是那种上来就用晦涩难懂的术语轰炸读者的教材。这本书在这方面做得相当到位，它采用了“递进式”的教学策略。初学者可能需要多花点时间理解前几章对数制转换和基本I/O操作的描述，但一旦跨过这道坎，后面的内容就会像多米诺骨牌一样自然展开。例如，在讲解模数转换（ADC）时，作者没有直接给出复杂的代码，而是先用图示清晰地解释了采样定理和量化误差的概念，然后才展示如何配置相应的定时器和中断来完成转换流程。这种讲解思路，让读者不仅知道“怎么做”，更重要的是理解了“为什么这么做”。此外，书中对硬件资源的管理和优化也有独到的见解，比如如何通过位操作来提高执行效率，或者如何权衡内存使用与程序速度，这些都是教科书里很少深入探讨的“工程实践技巧”，对提升个人项目质量非常有帮助。

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这本书的封面设计倒是挺抓人眼球的，那种经典的理工科教材风格，蓝白配色的硬朗感扑面而来，一看就知道是讲硬核技术的。我当初买它纯粹是因为身边几乎所有教嵌入式的朋友都推荐，说它是入门和进阶都适用的一本“工具书”。翻开目录，内容的广度和深度让人眼前一亮，从最基础的指令集分析，到复杂的定时器中断、A/D转换，再到串行通信协议的实现，几乎覆盖了8051单片机能做的一切事情。尤其让我印象深刻的是它对实际应用案例的讲解，那些步骤清晰、图文并茂的电路图和代码示例，让原本晦涩难懂的硬件操作变得直观易懂。我记得有一次自己在一个复杂的定时器初值计算上卡了很久，就是通过查阅这本书中关于时钟周期和波特率计算的章节，才豁然开朗。它不像有些教材那样只停留在理论层面，而是非常注重“动手去做”，每一章后面都有配套的实验指导，简直就是为实训课量身定做的。对于想自己搭建实验平台，又不想走太多弯路的新手来说，这本书的价值不言而喻，它提供了一个非常扎实且经过实践检验的学习路径。

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老实说，我对教材的挑剔程度一直很高，很多书要么堆砌概念，要么实例陈旧，读起来索然无味。但这本书的叙述方式非常注重逻辑的连贯性，它不是简单地把知识点罗列出来，而是构建了一个从宏观到微观的知识体系。比如，它在讲解中断系统时，不是先抛出寄存器定义，而是先从“为什么需要中断”这个实际问题入手，然后才深入到硬件结构和软件实现。这种以问题驱动的学习方式，极大地激发了我学习的兴趣。更难能可贵的是，它的语言风格虽然严谨，但并不刻板，夹杂着一些工程师式的幽默和经验之谈，读起来不至于感到枯燥。我尤其欣赏它对不同版本8051内核（比如STC系列和传统AT89C51）在特定功能寄存器上的细微差异的标注，这点在实际项目移植中简直是救命稻草，避免了很多人为的“踩坑”。这本书的附录部分做得也非常出色，常用汇编指令的速查表和数据手册的关键信息提取，让它在调试现场的实用价值直线上升，我常常把它放在工具箱旁边，随时翻阅。

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