8051单片机基础教程

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出版者:
作者:陈明荧
出品人:
页数:235
译者:
出版时间:2003-9
价格:30.00元
装帧:
isbn号码:9787030120045
丛书系列:
图书标签:
  • 8051单片机
  • 单片机
  • 嵌入式系统
  • 电子工程
  • 微控制器
  • C51
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具体描述

《微控制器嵌入式系统设计与实践》 本书旨在为广大读者提供一个全面、深入且实用的微控制器嵌入式系统设计与实践指南。不同于市面上许多仅侧重于单一微控制器型号的教材,本书将视角放宽至更广泛的微控制器架构和应用领域,以培养读者掌握通用的嵌入式系统设计理念和方法论为核心目标。 内容梗概: 本书分为六大部分,层层递进,由浅入深地引导读者进入嵌入式系统的奇妙世界。 第一部分:嵌入式系统概述与微控制器选型 什么是嵌入式系统? 本部分将从宏观角度出发,清晰界定嵌入式系统的概念、特点、与通用计算机的区别,以及其在现代社会中的广泛应用,如消费电子、工业自动化、医疗设备、汽车电子等。通过生动的案例,让读者领略嵌入式系统无处不在的魅力。 嵌入式系统的硬件组成。 深入剖析嵌入式系统的基本硬件架构,包括中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入/输出(I/O)接口、时钟电路、电源管理等核心模块,以及常见的外部设备如传感器、执行器、显示器、通信模块等。 微控制器(MCU)的原理与分类。 详细介绍微控制器的核心工作原理,包括指令集、寄存器、中断机制、工作模式等。同时,对当前市场上主流的微控制器系列(如ARM Cortex-M、PIC、AVR、RISC-V等)进行分类介绍,分析它们的架构特点、性能优势、功耗特性和生态系统,帮助读者根据项目需求进行合理选型。 嵌入式系统开发流程与环境搭建。 梳理典型的嵌入式系统开发流程,从需求分析、硬件设计、软件开发、调试测试到系统集成。指导读者如何搭建嵌入式开发环境,包括选择合适的集成开发环境(IDE)、编译器、调试器(如JTAG/SWD)等。 第二部分:微控制器核心原理与指令集深入解析 CPU 工作原理。 详细讲解CPU的取指、译码、执行、写回等基本工作流程,CPU内部的关键组成部分(如ALU、寄存器组、程序计数器PC、指令寄存器IR等)的作用,以及CPU如何响应中断和进行多任务切换。 存储器管理。 介绍不同类型的存储器(ROM、RAM、Flash、EEPROM)的特性和用途,以及它们在嵌入式系统中的数据存储策略。讲解内存映射、地址空间分配等概念。 指令集架构(ISA)入门。 针对常见的RISC(精简指令集计算机)和CISC(复杂指令集计算机)架构进行比较介绍。深入剖析RISC指令集的特点,如固定指令长度、寄存器到寄存器操作、简单的寻址模式等,以及这些特点如何提升执行效率。 汇编语言基础与应用。 引导读者学习汇编语言,理解指令的格式、寻址方式,并掌握基本的汇编指令(如数据传送、算术运算、逻辑运算、跳转、子程序调用等)。通过实例展示汇编语言在底层控制、性能优化方面的作用。 第三部分:嵌入式软件开发基础 C 语言在嵌入式开发中的应用。 强调C语言作为嵌入式开发主流语言的优势,包括其接近硬件的特性、高效的执行效率和丰富的库支持。重点讲解C语言的指针、结构体、位操作、内存管理等在嵌入式开发中的关键运用。 嵌入式驱动程序设计。 介绍如何编写高效、可靠的设备驱动程序,包括GPIO、UART、SPI、I2C等常用外设的驱动。讲解中断处理机制,如何编写中断服务函数(ISR)并进行优化。 程序调试与性能优化。 提供系统化的程序调试方法,包括使用调试器进行断点设置、单步执行、查看变量和内存。介绍常见的性能瓶颈分析工具和优化技巧,如算法优化、代码重构、指令流水线利用等,以提升嵌入式程序的运行效率和资源利用率。 第四部分:嵌入式系统常用外设接口与通信协议 通用输入/输出(GPIO)接口。 详细讲解GPIO的工作原理,包括输入/输出模式配置、上拉/下拉电阻、开漏/推挽输出等。演示如何通过GPIO控制LED、读取按键状态等。 定时器/计数器。 介绍定时器/计数器的多种工作模式(如定时模式、计数模式、PWM输出模式),以及它们在实现延时、周期性事件触发、脉冲宽度调制(PWM)控制电机或显示亮度等方面的应用。 串行通信接口。 深入讲解UART(通用异步收发传输器)、SPI(串行外设接口)、I2C(集成电路总线)等常用串行通信协议的原理、工作流程、电气特性和通信时序。提供实际通信案例,指导读者如何配置和使用这些接口与其他设备进行数据交换。 模数转换(ADC)与数模转换(DAC)。 讲解ADC的采样、量化、编码过程,以及DAC的转换原理。重点介绍ADC的参考电压、分辨率、采样率等参数,以及如何使用ADC读取传感器模拟信号(如温度、光照)并进行处理。介绍DAC在产生模拟信号方面的应用。 第五部分:嵌入式操作系统(RTOS)与高级应用 嵌入式操作系统的概念与作用。 介绍什么是实时操作系统(RTOS),以及它在复杂嵌入式系统中的必要性,如任务调度、资源管理、进程间通信(IPC)、中断管理等。 常见的RTOS介绍。 简要介绍FreeRTOS、RT-Thread、uC/OS等主流嵌入式实时操作系统的特点和优势,以及它们在嵌入式系统开发中的应用场景。 多任务与任务调度。 深入讲解RTOS的任务概念、状态转换、优先级与调度算法(如抢占式、协作式)。通过实例演示如何创建、管理和同步多个任务。 内存管理与资源保护。 探讨RTOS中的内存分配策略,以及互斥量(Mutex)、信号量(Semaphore)等同步机制在保护共享资源、避免死锁等问题中的作用。 嵌入式系统中的网络通信。 介绍嵌入式系统常用的网络通信技术,如TCP/IP协议栈、Wi-Fi、蓝牙(BLE)等,以及如何利用这些技术实现设备联网和远程控制。 第六部分:嵌入式系统开发实例与项目实践 传感器数据采集与处理。 以实际传感器(如温湿度传感器DHT11、光敏电阻)为例,演示如何通过ADC或特定通信协议读取传感器数据,并在嵌入式系统中进行实时采集、滤波和处理,最终通过串口或显示屏输出。 电机控制与PWM应用。 讲解如何利用定时器的PWM功能精确控制直流电机或舵机的转速与位置。介绍PID控制算法在电机闭环控制中的应用。 嵌入式GUI设计入门。 介绍嵌入式图形用户界面(GUI)的基本原理和常用框架,如LVGL、TouchGFX等。演示如何创建简单的用户界面,实现按钮、滑动条、数据显示等交互功能。 一个完整的嵌入式项目开发流程。 整合本书所学知识,带领读者完成一个具有实际意义的嵌入式项目,例如一个简易的智能家居控制器、一个数据记录仪或一个小型机器人。从需求分析到最终产品原型,让读者全面体验嵌入式系统开发的全过程。 本书特色: 理论与实践相结合: 既有扎实的理论基础讲解,又有丰富的实践案例和代码示例,帮助读者将理论知识转化为实际技能。 通用性强: 关注微控制器核心原理和通用开发方法,而非局限于特定型号,使读者掌握的技能更具迁移性。 内容全面: 覆盖了从嵌入式系统基础到RTOS应用,再到实际项目开发的各个环节。 语言易懂: 采用通俗易懂的语言,辅以清晰的图示和流程图,降低学习难度。 通过学习本书,读者将能够深入理解微控制器的内部工作机制,熟练掌握嵌入式软件的开发与调试技巧,并能独立完成从硬件选型到软件实现的完整嵌入式系统设计项目。无论您是初学者还是有一定基础的开发者,本书都将是您迈向嵌入式领域专业化道路上的重要伙伴。

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用户评价

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本书在介绍8051单片机内部定时器/计数器功能时,无疑是非常详尽且实用的。它清晰地阐述了8051内置的两个16位定时器/计数器(Timer 0和Timer 1)的各种工作模式,包括定时模式和计数模式,以及如何通过配置TMOD和TCON寄存器来选择不同的工作方式。书中提供了大量使用定时器实现精确延时、周期性事件触发、脉冲计数以及测量外部信号频率的示例代码,这些代码都写得非常规范,易于理解和修改。我特别欣赏它对定时器模式3的讲解,这是8051特有的模式,允许Timer 0的一半作为定时器,另一半作为计数器,这在某些特定的应用场景下非常有用。通过学习这些内容,我不仅掌握了如何使用定时器来精确控制时间,还学会了如何利用它们来测量外部输入的脉冲信号,为我后续进行更复杂的信号处理和控制提供了坚实的基础。

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初次接触8051单片机,这本教程无疑为我打开了通往嵌入式世界的大门。它详尽地解析了8051的内部架构,包括CPU核心、存储器、I/O端口、定时器/计数器、中断控制器以及串行接口等关键组成部分。通过图文并茂的方式,作者清晰地展示了8051的引脚功能和工作流程,让我对这个小巧的微控制器有了全面的认识。书中对汇编语言指令集的解释非常到位,每一个指令的格式、功能、寻址方式都解释得清清楚楚,并配以小例子。更重要的是,它还深入讲解了如何利用C语言进行8051的开发,包括关键字的使用、内存模型的选择以及库函数的调用。对于像我这样的新手来说,能够从最基础的“点亮LED”项目开始,逐步过渡到更复杂的数码管显示、按键控制、甚至是简单的电机驱动,这种循序渐进的学习路径非常实用,极大地增强了我学习的信心。

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我对这本书的数码管显示部分给予高度评价。它详细讲解了如何驱动单色和多色数码管,包括七段数码管的段码定义、位选控制以及动态扫描的原理。书中提供了两种常用的数码管驱动方式:一种是静态驱动,另一种是动态扫描驱动。对于动态扫描,它详细解释了如何通过定时器中断来周期性地刷新数码管显示,以及如何通过I/O口来实现位选和段选的切换。我特别喜欢它提供的C语言和汇编语言相结合的驱动程序,这让我能够更深入地理解底层硬件操作。此外,书中还讨论了如何显示各种数字和字符,以及如何通过多位动态扫描来实现多位数码管的显示,这为我设计各种仪表、计数器等嵌入式产品提供了宝贵的参考。

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这本书的讲解方式可谓是循序渐进,从最基本的8051单片机结构和工作原理入手,逐步深入到各个功能模块的详解。比如,在介绍定时器/计数器时,它不仅仅罗列了各种模式和寄存器,还通过生动的例子,比如如何用定时器实现精确延时,如何用它来计数外部事件,让我对这些概念有了更直观的理解。同样,在讲解中断系统时,作者也详细阐述了中断的优先级、中断向量、中断响应过程以及中断服务程序的编写,并且提供了实际操作的演示,例如如何通过外部中断来响应一个按键按下事件,或者如何利用定时器中断周期性地执行某个任务。我特别喜欢它对C语言编程的讲解,因为对于初学者来说,C语言比汇编语言更容易上手,而且这本书也充分展示了如何用C语言来高效地控制8051的硬件资源,这对我日后进行更复杂的项目开发非常有帮助,它提供的代码示例也相当规范,便于我学习和模仿。

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最近入手了一本关于8051单片机的基础教程,虽然它确实详尽地阐述了8051单片机的指令集、寄存器配置、中断系统以及常用的外设接口如定时器/计数器、串行通信、并行I/O口等等,并且对于如何使用汇编语言和C语言编写8051程序提供了非常系统化的讲解,包括了基础的位操作、数据传输、算术运算、逻辑运算、跳转和调用指令,以及如何组织代码、使用子程序、处理异常情况等。这本书还深入剖析了8051的内存结构,包括片内RAM、ROM以及扩展片外RAM和ROM的原理和方法,并给出了许多实际应用案例,例如LED闪烁、按键扫描、数码管显示、ADC数据采集、DAC输出控制、步进电机驱动、红外遥控接收等,这些案例的设计思路和实现步骤都写得相当清晰,让我在理解理论知识的同时,也能迅速将所学应用到实践中去,感受到了电子世界的神奇与乐趣。

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这本教程在介绍8051单片机的内部特性时,无疑是相当深入和透彻的。它详细讲解了8051的两种存储器——ROM和RAM的工作方式,以及它们在程序执行和数据存储中的作用。特别是对片内RAM的区域划分,如通用寄存器区、位寻址区和字节寻址区的介绍,以及它们各自的用途,都阐述得非常清晰。对于外部存储器的扩展,书中也提供了理论指导和实际接线示例,这对于需要处理大量数据或程序的项目非常有价值。此外,它还花了大量篇幅讲解了8051的几种工作模式,以及如何通过配置特殊功能寄存器(SFRs)来控制这些模式,这对于优化程序性能和资源利用至关重要。我特别欣赏书中提供的许多实际的开发板接线图和详细的调试过程,这让我能够在理论学习之外,也能动手实践,亲身体验8051的强大功能,解决实际遇到的技术难题。

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这本教程在介绍8051单片机的I/O端口控制时,可以说是我见过的最清晰、最实用的讲解之一。它详细阐述了8051的四个8位双向I/O端口(P0、P1、P2、P3)的结构和工作原理,以及如何通过直接地址访问和位地址访问的方式来控制这些端口。书中详细介绍了如何将I/O端口配置为输入或输出模式,如何通过读取端口状态来获取外部信号,以及如何通过向端口写入数据来控制外部设备,例如LED的开关、继电器的吸合与断开等。我特别喜欢它提供的关于P0和P2端口在扩展外部存储器时作为地址/数据复用口的功能解释,这对于理解8051的硬件扩展至关重要。书中提供的实际接线图和代码示例,都非常直观,让我能够轻松地将理论知识转化为实际操作,实现对外部硬件的精确控制,极大地增强了我进行硬件交互式设计的信心。

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这本书在讲解8051的串行通信接口时,可谓是面面俱到。它详细解释了UART(通用异步收发传输器)的工作原理,包括波特率的设置、数据位的选择、校验位的含义以及停止位的概念。书中还提供了使用C语言和汇编语言编写串行通信程序的示例,演示了如何发送和接收数据,如何处理发送和接收缓冲区,以及如何利用中断来提高效率。我最喜欢的部分是它关于多机通信的讨论,介绍了如何利用8051的串行口实现主从通信、广播通信等,这对于构建分布式控制系统非常有帮助。此外,书中对I2C和SPI等其他常用串行通信协议的讲解也同样细致,让我能够了解不同通信方式的优缺点以及它们在实际应用中的场景,为我未来的项目设计提供了更广阔的思路和技术储备。

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在我看来,这本书对于8051单片机中断系统的阐述,绝对是其亮点之一。它不仅详细介绍了8051的五种中断源(外部中断0、1,定时器中断0、1,串行中断),还深入讲解了中断的优先级、中断向量地址以及中断服务程序的编写规范。书中通过大量示例,演示了如何利用中断来实现高效的事件响应,例如如何通过外部中断来检测按键按下,如何通过定时器中断来实现精确的时间测量,或者如何通过串行中断来接收和处理通信数据。最让我印象深刻的是,它还解释了如何处理中断嵌套以及中断优先级冲突的问题,并提供了一些实用的编程技巧,帮助开发者编写出稳定可靠的中断程序。掌握好中断系统,对于开发实时性要求高的嵌入式应用至关重要,这本书在这方面做得相当出色。

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这本书对于8051单片机内存管理和扩展的讲解,绝对是其核心竞争力之一。它不仅深入阐述了8051片内RAM和ROM的结构和寻址方式,还详细介绍了如何通过P0、P1、P2、P3端口扩展片外RAM和ROM,包括对地址锁存器、数据总线以及控制信号的详细分析。书中提供了多种片外存储器扩展的典型电路图,并给出了相应的程序设计思路,这对于需要构建更复杂、功能更强大的嵌入式系统的开发者来说,无疑是极其宝贵的资源。我特别欣赏它对于不同类型存储器(如SRAM、EPROM、EEPROM)接口特性的对比分析,以及如何在程序中实现对这些存储器的读写操作。通过学习这部分内容,我不仅能够更好地理解8051的内存访问机制,还掌握了如何根据项目需求选择合适的外部存储器,并编写相应的驱动程序,这极大地拓宽了我进行嵌入式软硬件协同设计的视野。

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