单片机原理及应用

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出版者:高等教育出版社
作者:周志德编
出品人:
页数:303 页
译者:
出版时间:2001年1月1日
价格:26.5
装帧:平装
isbn号码:9787040089035
丛书系列:
图书标签:
  • 单片机
  • 原理
  • 应用
  • 嵌入式系统
  • 电子工程
  • 微控制器
  • C51
  • 汇编语言
  • 硬件设计
  • 实践教程
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具体描述

高等职业学校教材。

穿越迷雾:现代光学成像的尖端技术与实践 内容简介: 本书深入剖析了现代光学成像领域的前沿理论、关键技术及其在多个高精尖行业的实际应用。我们致力于构建一个全面、深入且具有前瞻性的知识体系,带领读者从基础光学原理出发,逐步跨越到超分辨成像、计算光学、量子光学成像等革新性领域。全书结构严谨,理论推导详实,并辅以大量的工程实例和最新的研究进展,旨在为从事光学工程、精密仪器设计、生物医学成像、以及信息物理系统(CPS)研究的专业人士和高年级学生提供一本兼具深度与广度的权威参考书。 --- 第一部分:光学成像的理论基石与传统范式重塑 第一章:光与物质的相互作用:从波动到粒子 本章首先回顾了经典电磁波理论在描述光传播中的核心地位,重点阐述了傅里叶光学在分析衍射极限和系统像差中的不可替代性。随后,引入量子力学的视角,探讨光子作为信息载体在极弱光条件下的行为特性,特别是在低信噪比环境下的信息获取瓶颈。我们详细分析了光的偏振态、相位信息与光强信息在成像系统中的耦合关系,并引入了近年来兴起的拓扑光子学概念,解释如何利用光的拓扑不变量来增强信号的鲁棒性。本章强调理论基础的完备性,为后续的先进技术打下坚实的数学和物理基础。 第二章:成像系统的物理限制与校正策略 本章聚焦于限制现代光学系统分辨率和清晰度的核心物理因素。详细分析了衍射极限、大气湍流、探测器噪声(包括散粒噪声和暗电流)对图像质量的系统性影响。我们不仅对传统的点扩散函数(PSF)和调制传递函数(MTF)进行了深入的数学建模,还引入了最新的非对称、非线性光学系统的PSF建模方法。在校正策略方面,本章重点介绍了基于自适应光学(AO)系统的实时相位补偿技术,包括波前传感器的工作原理(如夏克-哈特曼、相位恢复法)和变形镜的快速响应机制。此外,还探讨了利用深度学习方法对系统参数进行非线性、非局域性的补偿与重建,试图突破传统线性滤波的局限。 第三章:计算光学的崛起:以数据驱动的成像范式 计算光学是本领域变革的核心驱动力。本章系统阐述了如何通过算法而非单纯的物理光学设计来构建成像系统。详细介绍了单像素相机(PSC)的工作原理,强调其在光谱成像和高动态范围(HDR)捕获中的优势。接着,深入讲解了计算全息(Computer-Generated Holography, CGH)的数学构造和快速渲染算法,尤其关注其在三维显示和微纳尺度光场调控中的应用。最后,本章对计算层析成像(CT)和层析重建的迭代优化算法(如SIRT、OS-SART)进行了详尽的比较分析,并展望了基于张量分解的超多维数据快速重建方法。 --- 第二部分:突破极限:超分辨与量子成像前沿 第四章:超越衍射极限:超分辨成像技术的原理与实现 本章是全书的重点之一,致力于解析如何打破阿贝衍射极限。首先,系统梳理了荧光基团的随机开关(STORM/PALM)技术,详细分析了激发光场设计、分子定位精度与成像速度之间的权衡关系。随后,深入讲解了结构光照(SIM)技术,包括米氏采样理论在重建过程中的应用,以及如何通过多角度、多相位照明来提高横向分辨率。本章的另一核心内容是STED(受激发射损耗)显微镜,重点剖析了“甜甜圈”形(Doughnut-shaped)消逝场的设计、饱和光强对分辨率的贡献,以及对荧光染料寿命的影响。最后,引入了新型的吸收对比度超分辨方法,如iSCAT,展示了无标记超分辨成像的潜力。 第五章:光场成像与全息重建 光场(Light Field)成像技术允许一次曝光捕获场景中所有光线的方向和强度信息。本章详细解释了微透镜阵列(MLA)的布局设计对光场采样率和视角的影响。通过解析光线追踪矩阵,我们推导了光场数据的重构方程,并对比了传统反向投影法与基于深度学习的快速光场重建算法的性能差异。本章特别关注光场技术在三维深度估计、焦平面外(Defocus-induced Blur)目标复原中的应用,以及如何利用光场数据实现对场景的动态光线追踪。 第六章:量子成像:利用纠缠光子获取经典信息 本章探讨了量子力学原理在信息获取中的革命性应用。核心内容聚焦于二阶量子关联成像(Ghost Imaging)。详细阐述了该技术的两种主要实现路径:空间关联(Spatial Correlation)和时间关联(Temporal Correlation)。我们清晰地界定了量子成像相对于传统成像的优势领域——例如在复杂介质中、在极低光照下,或是在需要区分不同波长但探测器敏感性有限的场景。此外,本章还涵盖了利用光子统计学(Photon Statistics)的Hanbury Brown-Twiss (HBT) 实验,用于测量光源的相干性,以及在量子密码学中的潜在应用。 --- 第三部分:面向工程的实际挑战与前沿应用 第七章:高动态范围与多光谱成像系统集成 现代成像系统不再满足于单一的RGB信息。本章关注如何在一个紧凑的系统中集成多光谱与高动态范围(HDR)能力。详细介绍了滤光片轮(Filter Wheel)、二向色镜(Dichroic Mirror)阵列与可调谐滤光片(AOTF)的工作原理。对于HDR成像,本章对比了基于曝光时间堆叠(Time-domain Stacking)和基于多增益通道(Gain Stacking)的方案,并给出了用于无缝融合不同曝光图像的色调映射(Tone Mapping)算法的实用指南。 第八章:生物医学成像中的前沿技术 本章聚焦于光学技术在生命科学研究中的关键作用。详细阐述了双光子和多光子显微镜,解释了通过非线性吸收过程如何实现深度穿透和组织自发荧光标记的消除。在活体成像方面,我们深入讨论了光学相干断层扫描(OCT)的原理,包括时域和频域OCT的信号处理流程,以及其在视网膜成像中的高分辨率优势。此外,本章还介绍了光声成像(Photoacoustic Imaging, PAI),它结合了光学激发和超声探测的优势,用于可视化血红蛋白分布和组织代谢活动。 第九章:智能光学系统的实时部署与优化 本章面向工程实践,探讨了如何将前沿算法转化为高性能的实时系统。内容涵盖了高性能GPU(如CUDA/OpenCL)在图像并行处理中的应用,尤其是在波前计算和实时全息重建中的加速技术。详细分析了嵌入式系统(如FPGA)在实现高帧率的图像预处理和低延迟控制回路中的作用。最后,本章提出了面向下一代智能光学平台的“光-机-电-算”一体化设计原则,强调系统级优化而非单一模块的性能极限。 --- 本书特色总结: 本书超越了传统的微控制器与嵌入式系统层面,聚焦于光作为信息载体的本质特性,及其在信息获取和处理中的物理瓶颈与突破点。内容紧密结合了物理光学、信息论、先进信号处理和机器学习的交叉学科前沿,确保读者不仅理解“是什么”,更能掌握“如何实现”和“未来走向”。图表丰富,数学推导严谨,是光学工程领域不可或缺的深度参考资料。

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这本书的书名叫做《单片机原理及应用》,但说实话,我在翻阅的过程中,并没有找到我最期待的内容,那就是关于如何将学习到的单片机知识,实实在在地应用到一些具体项目中的详细指导。我一直觉得,单片机学习的最终目的,是能够动手做出一些有趣且实用的东西,比如智能家居的控制系统,或者一个小型的机器人。书中虽然提到了“应用”二字,但大部分篇幅还是集中在单片机的硬件结构、指令集、以及一些基础的编程概念上。这固然是学习的基石,但对于一个渴望将理论转化为实践的读者来说,就显得有些不够“解渴”。我特别想看到的是,作者能够提供几个完整的案例,从电路设计、元器件选型,到程序编写、调试测试,一步一步地演示如何完成一个实际的单片机项目。例如,如何用单片机驱动一个LCD显示屏,如何读取传感器的数值并进行数据处理,如何通过无线模块实现远程控制等等。可惜的是,书中对这些“实战”环节的描述非常简略,很多地方都只是点到为止,留给读者的更多是自行探索的空间。当然,我不否认这些基础知识的重要性,它们确实帮助我更深入地理解了单片机的内部工作原理,也为我日后的深入学习打下了基础。但作为一本名为《单片机原理及应用》的书籍,我期望的“应用”部分能够更加充实和具体,能够给我提供更明确的实践指导,而不是仅仅停留在理论层面。这种对于实际操作的欠缺,让我觉得这本书在“应用”这一块,还有很大的提升空间,尤其是在针对初学者或者希望快速上手项目的读者群体时,这一点就显得尤为重要了。我希望下一版的书籍,能在这方面有所加强,加入更多高质量的实战案例,让读者在学习原理的同时,也能感受到动手创造的乐趣和成就感,真正做到“原理”与“应用”的完美结合。

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这本书的结构安排,让我感觉有些跳跃,尤其是对于初学者来说,理解起来可能存在一定的难度。我原本期待的是一种循序渐进的学习路径,从最基本的概念开始,逐步深入到更复杂的应用。然而,书中在介绍完一些基础的指令和硬件接口后,很快就跳到了内存管理和中断系统等相对高阶的主题。我个人在学习过程中,对于这些部分的理解花了相当长的时间,并且感觉有一些概念上的联系不够紧密。例如,在讲解中断向量表的时候,书中直接给出了相关的寄存器和地址,但对于中断是如何被触发、如何响应、以及中断服务程序(ISR)的编写规范等细节,描述得不够清晰。我更希望看到的是,作者能够花更多的篇幅来解释中断的整个生命周期,并通过一些简单的实例来演示如何编写一个能够正确处理外部中断的程序。同样的,在内存管理方面,书中也仅仅是提到了不同内存区域的划分和使用,但对于如何进行高效的内存分配和管理,以及在资源受限的环境下如何优化内存使用,并没有深入的探讨。这使得我在尝试编写一些稍具规模的程序时,常常会遇到内存溢出或者访问冲突的问题,而书中并没有提供有效的解决方案。此外,书中在图示方面也略显不足,一些关键的电路图和时序图并没有足够清晰的标注,这增加了我理解硬件工作原理的难度。我花了很多时间去查阅其他的资料,来补充这部分内容。我希望在未来的版本中,作者能够更加注重知识点的逻辑关联性和学习的连贯性,为读者提供一个更加平滑的学习曲线,同时增加更多的图文并茂的讲解,特别是针对一些抽象的概念,通过直观的示意图来加深读者的理解。

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我感觉这本书在讲解通信协议的部分,存在一些信息上的缺失,尤其是在处理实际通信中的一些边界情况和错误处理机制时,描述得不够充分。例如,在讲解UART(通用异步收发传输器)通信时,书中详细介绍了波特率、数据位、停止位等参数的设置,也给出了简单的发送和接收函数。但是,当我在实际使用中遇到数据帧丢失、或者接收到乱码时,就不知道如何定位问题,也不知道如何通过软件来提高通信的鲁棒性。我期望书中能够提供一些关于如何检测和处理校验位错误、如何进行硬件流控(如RTS/CTS)的讲解,或者介绍一些通用的通信协议栈的设计思想。同样,在讲解I2C和SPI通信时,书中也只是介绍了主从设备的工作流程和时序图,但对于如何处理总线上的冲突,如何实现多主设备通信(虽然在I2C中比较少见,但也是一个可以探讨的方面),以及如何提高通信的效率,都没有深入的讨论。我感觉书中更侧重于“是什么”,而缺乏“怎么做”以及“在遇到问题时怎么办”。这使得我在进行实际的嵌入式通信项目时,常常需要花费大量的时间去查阅相关的标准文档和第三方库的源代码,来理解和解决实际遇到的问题。我真心希望,在未来的版本中,作者能够更加关注通信协议在实际应用中的细节,加入更多关于错误检测、容错处理以及性能优化的内容,让读者能够更自信地应对复杂的通信场景。

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这本书给我的整体感觉,是理论知识非常扎实,对于单片机本身的底层架构和指令集进行了相当深入的探讨。作为一本“原理”书籍,它在这一点上做得相当出色。例如,书中对于CPU的工作流程、指令的译码和执行、以及各种寻址方式的讲解,都非常细致,让我对单片机的运算机制有了更清晰的认识。我也从中学到了很多关于汇编语言的知识,了解了如何通过低级的指令来控制硬件。然而,这种扎实的理论,也恰恰是它在“应用”层面略显不足的原因。当我试图将这些汇编指令转化为实际的C语言程序,并解决一些实际问题时,就发现书本提供的支持非常有限。书中虽然也涉及了C语言编程,但更多的是将C语言作为一种高级的“伪代码”来描述算法,并没有详细讲解如何利用C语言来直接操作单片机的寄存器,或者如何编写高效的嵌入式C程序。我特别想知道,如何利用C语言实现一些常见的嵌入式系统设计模式,比如状态机、事件驱动等。此外,书中对于实时操作系统(RTOS)的介绍,也仅仅是停留在概念层面,并没有提供实际操作的指导,也没有介绍如何在一个真实的嵌入式项目中集成和使用RTOS,这对于需要开发复杂系统的读者来说,是一个不小的遗憾。总而言之,这本书在“原理”上是一部优秀的作品,但如果你期望从中获得关于如何高效地使用C语言进行嵌入式开发,或者如何构建复杂的嵌入式系统,那么你可能会感到意犹未尽。

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这本书在讲解中断和异常处理方面,虽然阐述了中断的优先级、中断向量表等基本概念,但对于如何构建一个健壮的中断系统,以应对复杂的实时性要求,却显得有些不够深入。我理解单片机应用中,中断是实现多任务、响应外部事件的关键,但书中的讲解,更多的是停留在“如何使能一个中断”的层面。我非常希望能看到更多关于中断服务程序(ISR)的编写规范和优化技巧,例如,如何避免在ISR中进行耗时操作,如何使用全局变量与ISR之间进行数据交互,以及如何处理嵌套中断和中断优先级冲突等问题。此外,对于异常处理,如非法指令、内存访问越界等,书中也没有进行详细的阐述,以及如何在程序中检测和捕获这些异常,并进行相应的处理,以提高程序的稳定性。例如,我曾经在开发过程中遇到过因操作不当导致单片机死机的情况,当时就非常希望能从书中找到一些关于如何调试和解决这类问题的思路和方法。这本书对于异常情况下的处理机制,几乎没有涉及。我感觉,这本书更侧重于“正常流程”的讲解,而对于“异常情况”的应对,则留下了很大的空白。这使得我在面对一些不确定因素较多的实际项目时,在程序的健壮性方面,总会感到有些不踏实。我希望未来的版本,能够加强对中断和异常处理这部分内容的讲解,提供更深入的指导和实用的技巧,帮助读者构建出更加稳定和可靠的嵌入式系统。

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这本书在介绍接口电路的设计时,给我一种“纸上谈兵”的感觉,理论讲解虽然详尽,但却缺乏与实际硬件实现紧密结合的指导。例如,在讲解如何驱动LED时,书中会提到限流电阻的作用,以及电阻的阻值计算公式。但却没有提供具体的电路图,也没有说明不同型号的LED,其正向电压和电流的要求会有所不同,以及如何根据单片机的输出电流能力来选择合适的电阻。这导致我在实际连接LED时,常常不知道如何去设计一个合理的驱动电路。同样的,在讲解如何连接按键时,书中提到了上拉电阻和下拉电阻的概念,也给出了简单的原理图,但对于如何选择电阻的阻值,以及如何处理按键的抖动问题,却没有提供详细的解决方案。我曾经在实际项目中,遇到过按键多次触发的问题,花了很多时间去查阅资料,才了解到软件消抖和硬件消抖的各种方法。这本书在这方面的阐述,显得过于简化。此外,书中在讲解一些更复杂的接口,如LCD显示屏、传感器等,也只是停留在原理层面,并没有提供具体的接口电路设计方案,也没有给出如何连接这些外设到单片机的详细说明。这使得我在进行项目集成时,常常需要花费大量的时间去查找相关的技术文档和参考设计。我真心希望,在未来的版本中,作者能够更加注重接口电路的实际设计,提供更多具有参考价值的电路图,并对元器件的选择和参数设置进行更详细的说明,让读者能够更轻松地将单片机与外部世界连接起来。

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这本书在讲解单片机内部的各种定时器和计数器时,虽然详细介绍了它们的工作模式、定时方式以及和中断的结合。但是,当我尝试去实现一些对时间精度要求比较高的应用时,就发现书中的讲解显得不够具体和深入。例如,书中提到了不同的定时器模式,但对于如何精确地设置定时器的初值,以达到特定的定时周期,特别是当定时周期不是标准值时,如何进行计算和调整,并没有提供详细的步骤和技巧。我曾经在做一个需要精确控制脉冲宽度的项目时,花了很长时间去摸索,才找到了合适的计算方法。此外,书中对于如何利用定时器实现PWM(脉冲宽度调制)输出,虽然提到了相关的寄存器和设置方法,但对于如何生成不同占空比的PWM信号,以及如何根据实际需求来配置PWM的周期和分辨率,也没有进行详细的讲解。这使得我在尝试实现一些需要精细控制的电机驱动或者LED亮度调节时,遇到了不少困难。我更希望看到的是,书中能够提供一些针对不同应用场景的定时器使用案例,例如,如何利用定时器实现精确延时、如何利用定时器生成周期性的时钟信号、如何利用定时器实现简单的波形发生器等等。同时,对于PWM的生成,希望能有更详细的指导,包括如何根据不同的应用需求来选择合适的PWM模式和参数。

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这本书的整体风格,给我一种“理论性很强,实践性稍弱”的印象。虽然标题中包含了“应用”二字,但真正意义上的应用案例,或者说能够让读者“照猫画虎”地去模仿和实践的案例,在这本书中却显得有些稀少。书中更多的是对单片机内部各种模块的原理进行细致的讲解,比如定时器、计数器、ADC(模数转换器)、DAC(数模转换器)等等,这些原理性的讲解固然重要,但对于初学者来说,如何将这些分散的知识点整合起来,构建一个完整的系统,却缺乏清晰的指引。我渴望看到的,是能够有几个从零开始,逐步深入的实战项目,例如,如何使用定时器实现精确延时,如何用ADC采集温度传感器数据并进行显示,如何用DAC输出一个简单的波形等等。而且,这些项目最好能够包含电路图、元器件清单以及详细的代码注释,这样才能让读者更容易理解和复制。书中虽然也提到了C语言编程,但很多时候,C语言的描述更像是对底层硬件操作的一种“高级封装”,而缺乏对于如何编写高质量、可维护的嵌入式C代码的深入指导,比如如何进行代码的模块化设计,如何处理并发,如何进行错误处理等。这使得我在实际编写程序时,常常感到无从下手,或者写出的代码效率不高,可读性差。我希望未来的版本,能够在这方面有所突破,增加更多精心设计的、贴近实际应用的案例,让读者在学习原理的同时,也能够真正体会到“应用”的乐趣和成就感。

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这本书在介绍完一些基础的单片机指令和寄存器后,并没有提供足够多、足够有深度的实际应用案例,来帮助读者巩固和拓展所学的知识。我理解开发一本包含所有应用场景的书籍是不现实的,但至少,书中应该提供一些具有代表性、能够展示单片机核心功能的实际项目。例如,关于数据采集方面,可以设计一个温湿度传感器数据采集并显示在LCD上的项目;关于控制方面,可以设计一个简单的LED闪烁模式控制器,或者一个基于按键的电机控制项目。这些项目最好能够从硬件连接、软件设计、到最终的调试测试,都进行详细的讲解。而这本书在这方面,显得有些“留白”。虽然书中提到了“应用”二字,但所提及的应用,大多也是概念性的介绍,或者非常简略的代码片段,并没有形成一个完整的、可供读者实践的框架。我总感觉,学完书中的原理,我仍然不知道该如何“下手”去做一个完整的项目。这种理论与实践之间的“鸿沟”,让我觉得这本书在“应用”这个环节,还有很大的提升空间。我希望未来的版本,能够更加注重实践性,增加更多高质量的、从零开始的实战项目,让读者在学习理论的同时,也能够获得动手实践的机会,真正做到学以致用。

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坦白说,在阅读这本书的过程中,我最感到困惑的,是其中关于底层硬件操作的描述,很多时候显得过于笼统和抽象,缺乏具体到某个实际芯片型号的细致讲解。我明白单片机种类繁多,不可能在一本书中涵盖所有型号,但至少应该选择一个具有代表性的系列,并在此基础上进行深入的剖析。书中虽然提及了“原理”,但很多原理性的描述,并没有与具体的硬件实现紧密结合。例如,在讲解GPIO(通用输入输出)口配置时,书中泛泛地谈到了方向寄存器、输出数据寄存器等,但并没有明确指出,在某个具体的单片机型号(比如,大家常用的STC系列,或者Arduino的ATmega系列)中,这些寄存器是如何映射到实际的硬件引脚,以及配置的具体数值含义是什么。这就导致我在实际操作时,面对 Datasheet(数据手册)上的各种寄存器,依然感到无从下手。我需要花费大量的时间去查阅第三方资料,才能将书中的理论知识与实际的芯片操作联系起来。此外,书中在讲解时序控制,比如I2C、SPI通信协议时,虽然介绍了协议的流程和数据格式,但对于如何在具体的单片机上,通过编写程序来精确控制这些时序,例如设置SCL和SDA的电平变化时机,以及如何处理ACK(确认)信号,都没有提供详细的代码示例。这让我感觉,书本只是在“描述”一个概念,而没有真正“教会”我如何实现它。我更希望看到的是,作者能够提供针对某个主流单片机系列的,一套完整的、可以直接运行的驱动代码,并详细解释每一行代码的作用,这样才能真正帮助读者掌握底层硬件的控制技巧。

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