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出版者:中国水利水电出版社

作者:余文俊

出品人:

页数:416

译者:

出版时间:2003-3

价格:38.0

装帧:平装

isbn号码:9787508414140

丛书系列:

图书标签:

• 8051
• 单片机
• C语言
• 嵌入式
• 实验
• 教学
• 电子工程
• 微控制器
• 编程
• 实践
• 入门

《嵌入式系统设计与应用实践》 导论：现代电子设计的核心驱动力 在当今科技飞速发展的时代，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能家电到高端工业控制，无处不在。它们是连接物理世界与数字世界的桥梁，是实现万物互联（IoT）的基石。然而，理论知识的掌握仅仅是起点，将这些知识转化为稳定、高效、可靠的实际产品，才是工程实践的真正价值所在。 本书《嵌入式系统设计与应用实践》并非侧重于某一种特定微控制器（如传统8位或16位MCU）的汇编或基础C语言编程，而是着眼于当前主流的32位高性能微控制器架构（如ARM Cortex-M系列）的应用、系统级软件的构建、实时操作系统的引入以及复杂外设的驱动开发。本书旨在为读者提供一个全面、深入且高度贴近工程实际的嵌入式系统开发蓝图。 第一部分：高性能32位MCU的硬件架构与底层驱动 本部分将深入剖析现代高性能嵌入式处理器的核心机制，为后续的软件开发奠定坚实的硬件基础。 第1章：Cortex-M内核深入解析与启动流程 本章摒弃对简单CPU结构的描述，专注于ARM Cortex-M系列内核的先进特性，特别是流水线机制、寄存器组结构、特权级别（Privilege Levels）以及中断向量表和堆栈的初始化过程。我们将详细探讨硬复位后，CPU如何从Flash中加载程序，并完成堆栈指针（SP）和程序计数器（PC）的初始配置。重点分析系统寄存器（如SCB, MPU/MMU配置）在系统启动时扮演的角色，为建立安全稳定的运行环境做准备。 第2章：时钟树、复位与低功耗管理 理解时钟是嵌入式系统实时性的关键。本章将详细分析复杂的多级时钟树结构，包括内部振荡器（HSI）、外部高速/低速晶振（HSE/LSE）的选择与锁定，以及PLL（锁相环）的倍频与分频设置，以实现对系统总线、外设的时钟供给。更重要的是，我们将探讨电源管理单元（PMU）的配置，涵盖睡眠模式（Sleep, Stop, Standby）的切换逻辑、唤醒源的配置，以及如何通过精细的功耗控制算法，延长电池供电产品的续航时间。 第3章：高级总线结构与内存映射 现代MCU通常采用多层总线矩阵（如AHB/APB），实现并行数据传输。本章将剖析总线仲裁、DMA（直接内存访问）控制器的工作原理，以及如何高效地配置DMA通道以减少CPU干预。我们将详细讲解内存保护单元（MPU）的配置，通过划分不同的内存区域（代码区、数据区、堆栈区），为后续引入RTOS或增强系统稳定性提供必要的硬件隔离机制。 第4章：通用异步收发器（UART）与高速串行通信（SPI/I2C）的底层驱动编写 在驱动开发层面，本章侧重于寄存器级（Register-Level）的编程实践。针对UART，不仅实现基本的收发，更要实现基于中断的服务例程，处理奇偶校验和波特率自适应。对于SPI和I2C，我们将深入分析时序图，实现主设备（Master）的读写协议，特别是I2C的总线仲裁、应答/非应答（ACK/NACK）的处理，以及SPI的硬件/软件片选（CS）控制，确保与各类传感器和存储器的可靠通信。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与任务级并发编程 在复杂的应用中，单线程的“超级循环”模式已无法满足需求。本部分将聚焦于如何利用实时操作系统来管理并发、调度任务，并实现高效的资源共享。 第5章：RTOS核心概念与FreeRTOS移植实践 本章将介绍实时操作系统的核心要素：任务（Task）、调度器（Scheduler）、优先级反转问题、上下文切换（Context Switching）的机制。我们将以FreeRTOS为例，讲解如何在目标硬件上完成内核的初步移植，包括系统节拍（Tick）的初始化和Systick定时器的配置。任务的创建、删除、挂起与恢复等生命周期管理将被详尽阐述。 第6章：任务间通信与同步机制 并发编程的难点在于共享资源的同步。本章将系统性地介绍RTOS提供的 IPC（Inter-Process Communication）机制： 1. 信号量（Semaphores）与互斥锁（Mutexes）：用于资源保护，重点讨论二值信号量与计数信号量的应用场景，以及如何正确使用互斥锁避免死锁（Deadlock）。 2. 消息队列（Message Queues）：实现异步数据传递的机制，讨论消息的发送与接收阻塞策略。 3. 事件组（Event Groups）：用于处理复杂的、多任务协作的同步事件。 我们将通过实际案例，对比在不同场景下选择最合适的同步工具。 第7章：中断服务程序（ISR）与RTOS的交互 在实时系统中，中断处理必须高效且安全。本章将区分短临界区（Critical Section）的处理和长任务的唤醒。重点讲解如何在ISR中安全地调用RTOS API（如使用xQueueSendFromISR），以及如何使用任务通知（Task Notifications）代替传统的信号量来实现轻量级的任务唤醒，优化中断延迟。 第三部分：高级外设接口与数据采集应用 本部分将把理论知识应用于实际的传感器和数据处理场景，重点关注ADC/DAC的高级操作和系统级数据的融合。 第8章：模数转换器（ADC）的高级应用与采样精度控制 现代嵌入式系统对采集精度要求极高。本章将不满足于简单的单次转换，而是深入讲解多通道扫描模式、序列化采集的配置。我们将探讨过采样（Oversampling）技术如何通过软件平均化来提升有效位数（ENOB），以及如何利用硬件触发源（如定时器）来保证严格的固定采样率，实现高保真数据流的捕获。 第9章：定时器在脉冲宽度调制（PWM）与捕获/比较中的应用 定时器是嵌入式系统实现精确时间控制的基石。本章详细阐述PWM在电机控制和LED亮度调节中的应用，包括死区时间（Dead Time）的设置以保护功率器件。在输入侧，我们将讲解如何利用输入捕获模式来精确测量外部脉冲的频率和占空比，并结合RTOS进行数据分析。 第10章：系统级调试、故障诊断与看门狗（Watchdog）设计 一个健壮的系统必须具备自恢复能力。本章聚焦于系统调试和可靠性工程。我们将介绍JTAG/SWD调试接口的高级用法，如断点触发后的内存查看、实时变量跟踪。同时，深入分析独立看门狗（IWDG）的配置，包括其低速时钟源的选择、喂狗周期的计算，以及如何设计一套分层级的复位策略，确保在系统软件卡死或陷入死循环时能够安全地重启。 结语：迈向工程实践的最后一步 本书旨在提供一套从底层寄存器操作到上层实时系统调度的完整知识体系。通过大量针对32位平台的实践案例和工程化思维的引导，读者将能够独立完成复杂嵌入式产品的软硬件协同设计与调试，真正实现从“会编程”到“能设计”的跨越。

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这本《8051C语言实习》的教材，说实话，在我手上已经放了快半年了，一直想找个时间静下心来好好啃啃。我本身是学电子信息工程的，理论知识倒是积累了不少，什么单片机架构、C语言基础语法都略知一二，但一到实操层面，尤其是面对8051这种经典却又略显“古老”的架构时，总感觉隔了一层纱。我希望能在这本书里找到那种手把手教你点亮第一个LED，跑通第一个定时器中断的实在感觉。听说这本书的实验项目设计得非常贴合实际应用，不是那种只停留在理论推导的空洞练习，而是能让人真正在面包板上感受到代码和硬件“对话”的激动。我对书中关于串行通信和A/D转换部分的介绍尤其期待，因为这是我目前项目开发中遇到的瓶颈，希望能通过书中详尽的步骤解析和代码注释，彻底攻克这些难关，让我的嵌入式开发之路不再迷茫，真正做到学以致用，将抽象的指令转化为可见的、可控制的物理世界。我希望它能帮我建立起从C语言代码到8051寄存器操作的清晰映射，而不是仅仅停留在调用库函数的表面功夫。

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作为一个在校大学生，学习资源的选择往往需要考虑性价比和实用性。我对《8051C语言实习》的期待，很大程度上是基于它在业界和高校中的口碑。我特别关注它对开发环境的兼容性描述，是主推Keil uVision，还是对SDCC等开源工具也有所兼顾？毕竟不同的开发环境在配置和调试逻辑上有着天壤之别。我希望作者能站在一个初学者的角度，对那些容易混淆的概念，比如内部RAM和外部RAM的区别、不同工作模式下定时器的溢出频率计算，提供多角度的解释，甚至用图示法来阐述。如果能提供一些针对性的编程规范建议，例如如何命名变量、如何使用宏定义来提高代码的可读性和可维护性，那就更好了。我需要的不是一个速成的秘籍，而是一本能让我踏踏实实建立起扎实底层控制基础的“内功心法”。

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说实话，现在市面上关于51单片机的资料多如牛毛，但真正能称得上“实习”二字的却不多，很多都停留在“教程”的层面。我期待《8051C语言实习》能在实验环节上有所突破。我希望它不仅仅是给出几个简单的实验例程，而是能引导我们进行模块化编程和逐步调试。例如，在做一个LCD1602显示驱动时，它应该详细讲解如何分层抽象出初始化层、显示控制层和数据传输层，这样才能为未来学习更复杂的ARM或STM32打下良好的工程化基础。我更希望书中对硬件接口的介绍能够配有清晰的电路原理图和PCB布局建议，哪怕只是一个简单的示例电路，也能极大地帮助我们理解程序与硬件之间的物理联系。如果能附带一些经典的、需要综合运用多个模块的综合性设计案例，比如一个简单的温湿度采集与报警系统，那就更完美了，这才能体现出“实习”的价值所在。

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我购买这本书的动机，很大程度上是出于对传统嵌入式系统工作原理的好奇心和敬畏感。现在的很多微控制器开发都高度抽象化了，很多底层细节被封装起来，虽然方便了快速开发，但却削弱了对系统核心的理解深度。《8051C语言实习》作为经典架构的学习资料，正好能弥补这一块的不足。我希望这本书在讲解C语言对寄存器的操作时，能清晰地指出哪些是标准C语言特性，哪些是8051特有的“扩展”或“别名”。特别是关于中断向量表的手动设置和中断优先级管理的逻辑，这部分内容往往是初学者最容易混淆的地方。如果书中能用一个清晰的流程图来梳理整个中断响应过程，从硬件触发到软件服务程序的执行，再到返回，那将极大地帮助我建立起对实时性编程的基本认知。我期待它能成为我理解所有基于C语言的嵌入式系统设计的一个坚实起点。

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拿到这本《8051C语言实习》后，第一印象是它的装帧和排版非常严谨，看起来就是一本正经的工具书，而不是那种为了凑页数而堆砌内容的“水书”。我之前也翻阅过一些零散的单片机学习资料，很多要么是过于侧重理论的晦涩讲解，要么是代码片段堆砌，缺乏系统性的逻辑串联。这本书的目录结构似乎非常清晰，从最基础的I/O配置讲起，逐步深入到中断系统、定时器/计数器，再到后期的存储器扩展和特殊功能寄存器的详解。我最看重的其实是它对C语言在嵌入式环境中的特性讲解，比如 volatile 关键字的实际应用场景、位操作在寄存器控制中的精妙之处。我渴望这本书能提供足够多的“陷阱”分析，就是那种初学者经常会犯的错误，并且给出清晰的修改思路，让我少走弯路。希望它能真正培养我的“嵌入式思维”，而不是简单的“代码搬运工”能力。

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