单片机原理及实用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安电子科技大学出版

作者:雷思孝

出品人:

页数:319

译者:

出版时间:2004-1-1

价格:30.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787560613215

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 原理图
• 技术教程
• 电子工程
• C51
• 汇编语言
• 实践应用
• 硬件设计
• 入门教材

《嵌入式系统设计与实践：基于现代微控制器架构》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的嵌入式系统设计与实践指南，重点聚焦于现代微控制器（MCU）的架构、编程范式以及实际应用开发。它不是对传统单片机原理的重复阐述，而是站在当前工业界和学术前沿，探讨如何利用高性能、低功耗的32位及更高位宽的微控制器平台，构建复杂、可靠且功能丰富的智能嵌入式设备。 第一部分：现代嵌入式系统基础与架构 本部分将系统性地介绍构成现代嵌入式系统的核心要素，并与传统8位/16位平台进行本质上的区别和对比。 第一章：嵌入式系统概述与发展趋势 现代嵌入式系统的定义与范畴： 区分传统嵌入式系统与物联网（IoT）、边缘计算时代下的新型嵌入式系统。探讨实时性要求（硬实时、软实时）在不同应用场景中的体现。 微控制器（MCU）的演进： 重点分析Cortex-M系列（如M3、M4、M7）作为主流架构的优势，包括流水线、分支预测、浮点运算单元（FPU）的引入及其对软件性能的提升。对比传统MCS-51/AVR架构在性能、功耗和内存寻址能力上的局限性。 系统级芯片（SoC）与片上系统（SoC）的概念区分： 讨论现代MCU如何集成更多的系统功能（如高速通信接口、图形处理单元、安全模块）以接近SoC的复杂性。 第二章：高性能微控制器的核心架构解析 Cortex-M系列内核深度剖析： 详细讲解基于哈佛结构和冯·诺依曼结构的现代CPU如何通过Cache、总线矩阵（如AXI/AHB）优化数据和指令的访问效率。 内存管理单元（MPU）的应用： 阐述MPU在隔离任务、实现内存保护方面的关键作用，为后续操作系统和多任务编程打下基础。这不是简单的寄存器配置，而是理解内存权限和访问控制的机制。 中断系统与嵌套向量中断控制器（NVIC）： 深入讲解NVIC的优先级分组、抢占机制和延迟最小化设计，这是实现高实时性应用的基础。对比传统MCU的固定或简单中断结构。 第二部分：底层硬件接口与高效编程 本部分聚焦于如何高效地驱动和管理现代MCU的丰富片上外设，强调使用现代C/C++语言特性和工程实践。 第三章：高效的I/O操作与总线协议 高级外设控制： 详细讲解通用异步收发器（UART）、SPI、I2C、CAN FD等复杂外设的寄存器级操作，并提供基于抽象层（HAL/LL库）的设计思想。 直接内存访问（DMA）的精髓： 深入探讨DMA控制器如何实现数据在内存、外设之间的高速传输，彻底解放CPU，重点分析多通道、循环模式和触发源配置。 模拟前端与数据采集： 讲解高精度模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的流水线操作、过采样技术以及噪声抑制策略，这对于传感器融合至关重要。 第四章：面向对象的嵌入式C/C++编程 嵌入式C++在资源受限环境下的应用： 探讨如何利用C++11/14/17的特性（如模板元编程、构造函数初始化、Lambda表达式）来提高代码的模块化、可读性和复用性，同时管理运行时开销。 抽象层设计与驱动工程： 介绍硬件抽象层（HAL）的设计原则，实现驱动代码与特定MCU系列的解耦，便于移植性。 位操作与性能优化： 介绍编译器优化选项对代码效率的影响，以及何时需要手动进行位域操作以达到最佳的指令级性能。 第三部分：实时操作系统（RTOS）与任务管理 本部分是现代嵌入式系统软件设计的核心，探讨如何从裸机编程过渡到基于任务调度的复杂应用。 第五章：实时操作系统原理与选型 RTOS的核心概念： 详细介绍任务控制块（TCB）、上下文切换、时间片轮转、优先级继承等关键机制。 主流RTOS的对比与选型： 分析FreeRTOS、Zephyr、RT-Thread等主流RTOS在内核机制、许可证、生态系统方面的差异，指导读者根据项目需求进行合理选择。 任务间通信与同步机制： 深入讲解信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queues）和事件标志组（Event Flags）在避免竞争条件和死锁中的应用。 第六章：高级实时任务调度与资源管理 时间触发与事件触发调度： 讨论如何设计混合式调度策略以满足不同类型任务的实时性需求。 内存池与动态内存分配的陷阱： 阐述在资源受限的RTOS环境中，如何使用内存池等技术来规避碎片化和不确定延迟的动态内存分配问题。 中断服务程序（ISR）与任务交互： 强调保持ISR简洁的原则，以及如何使用轻量级机制（如直接唤醒、队列通知）安全地将控制权交还给高优先级任务。 第四部分：网络通信、安全与调试 本部分面向需要将嵌入式设备连接到外部世界的应用场景。 第七章：现代嵌入式网络协议栈 TCP/IP协议栈在MCU上的实现： 介绍LwIP等轻量级协议栈的移植与配置，重点关注Socket编程模型在嵌入式上下文中的应用。 物联网通信协议： 深入分析MQTT、CoAP等针对低带宽、高延迟环境设计的消息协议，并讨论其在资源受限设备上的资源消耗。 无线连接技术： 探讨低功耗蓝牙（BLE）的数据包结构、服务/特征模型（GATT）以及Wi-Fi模块的AT指令控制与驱动集成。 第八章：嵌入式系统调试、测试与安全加固 高级调试技术： 详细介绍JTAG/SWD接口的工作原理，以及如何使用硬件断点、观察点和追踪缓冲（Trace Buffer）进行复杂时序错误的定位。 单元测试与集成测试框架： 引入如Ceptest、Unity等工具，指导读者在嵌入式环境中进行可重复的、自动化的代码验证。 固件安全基础： 探讨安全启动（Secure Boot）、代码签名验证、片上加密加速器的使用，以及如何防御常见的侧信道攻击和固件篡改。 总结与展望 本书贯穿“从理解底层硬件到构建复杂软件”的设计思想，通过大量真实的工程案例和代码示例（主要基于主流32位平台），旨在培养读者构建高性能、高可靠性、可扩展的下一代嵌入式产品的能力。读者在完成本书学习后，将能熟练驾驭现代MCU的全部潜能，并具备设计复杂物联网终端、工业控制单元或边缘计算节点所需的综合技能。

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