单片机原理与应用

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出版者:冶金工业出版社
作者:唐俊翟等编
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2003-09-01
价格:35.0
装帧:平装
isbn号码:9787502433130
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
  • C语言
  • 汇编语言
  • 硬件设计
  • 实践教程
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具体描述

《嵌入式系统设计与开发实践》 简介: 本书深入浅出地剖析了嵌入式系统从概念到实现的完整流程,为读者构建起坚实的理论基础和丰富的实践经验。区别于传统的微控制器原理教学,本书更侧重于将理论知识与实际工程应用紧密结合,通过大量真实项目案例,引导读者掌握嵌入式系统设计与开发的核心技能。 核心内容: 1. 嵌入式系统概述与核心组件: 定义与范畴: 详细阐述嵌入式系统的定义、特点、应用领域及其与通用计算机系统的区别。 硬件基础: 深入解析嵌入式系统常用的处理器架构(如 ARM Cortex-M 系列)、内存(RAM, ROM, Flash)、外围设备(ADC, DAC, 定时器/计数器, PWM, UART, SPI, I2C 等)以及总线接口。本书将通过实例讲解这些硬件模块的工作原理、寄存器配置和实际应用中的选型考量。 软件架构: 介绍嵌入式软件的层次结构,包括裸机开发、实时操作系统(RTOS)以及相关的中间件。重点讲解 RTOS 的任务管理、内存管理、同步机制、中断处理等核心概念,并结合 FreeRTOS、RT-Thread 等主流 RTOS 进行深入剖析。 2. 嵌入式软件开发流程与方法: 需求分析与系统设计: 讲解如何从用户需求出发,进行嵌入式系统的功能定义、性能指标设定、硬件选型和软件架构设计。 交叉编译与开发环境搭建: 详细介绍嵌入式开发中常用的交叉编译工具链(如 GCC for ARM)、集成开发环境(IDE,如 Keil MDK, IAR EWARM, STM32CubeIDE)以及调试工具(如 J-Link, ST-Link)的安装与使用。 驱动程序开发: 重点讲解如何针对各种外围设备编写高效、可靠的驱动程序。内容涵盖 GPIO 控制、串口通信、SPI/I2C 接口通信、ADC/DAC 数据采集与输出、定时器应用、PWM 信号生成等。本书将提供详细的寄存器操作示例和模块化驱动设计思路。 操作系统移植与应用开发: 教授读者如何将 RTOS 移植到目标硬件平台,并在此基础上进行多任务应用程序的开发。内容包括 RTOS 任务的创建与管理、任务间的通信与同步(信号量、互斥锁、消息队列)、事件标志组、定时器服务等。 嵌入式软件调试与优化: 介绍嵌入式系统调试的常用方法和技巧,包括断点调试、单步执行、变量查看、内存分析、逻辑分析仪的使用等。同时,讲解如何对代码进行性能优化,包括代码优化、功耗优化、内存优化等。 3. 嵌入式系统进阶技术与应用: 嵌入式通信协议: 详细介绍嵌入式系统中常用的通信协议,如 TCP/IP 协议栈、MQTT 协议、CAN 总线协议、Modbus 协议等,并阐述其在物联网、工业自动化等领域的应用。 嵌入式文件系统: 讲解 FATFS、LittleFS 等嵌入式文件系统的原理和应用,以及如何在嵌入式设备上进行文件读写、存储管理。 嵌入式 GUI 设计: 介绍 LVGL、TouchGFX 等嵌入式图形用户界面库,以及如何设计美观、易用的用户交互界面。 嵌入式安全: 探讨嵌入式系统的安全挑战,包括硬件安全模块(如 TrustZone)、安全启动、数据加密、固件更新安全等。 嵌入式系统测试: 讲解嵌入式软件的单元测试、集成测试和系统测试方法,以及自动化测试在嵌入式开发中的作用。 4. 典型嵌入式项目实战: 本书包含多个贯穿始终的实际项目案例,如智能家居控制系统、工业数据采集终端、便携式医疗设备、低功耗传感器网络节点等。通过这些项目,读者可以学习到如何将前述的理论知识和开发技能融会贯通,解决实际工程中的问题,并最终完成一个完整的嵌入式产品原型。每个项目都将提供详细的硬件选型、软件设计、代码实现和测试验证过程。 本书特色: 实践导向: 强调动手实践,理论讲解与代码示例、项目实战紧密结合。 案例丰富: 包含多种典型应用场景的项目案例,覆盖不同领域。 技术前沿: 涵盖了当前嵌入式系统开发的主流技术和工具。 由浅入深: 循序渐进地引导读者掌握嵌入式系统开发的各个环节。 适合读者: 本书适合所有对嵌入式系统设计与开发感兴趣的读者,包括: 电子信息工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业的在校学生。 希望转岗或提升嵌入式开发技能的软件工程师。 从事嵌入式产品研发的工程师。 DIY 爱好者和创客。 通过学习本书,读者将能够独立完成嵌入式系统的设计、开发、调试和优化工作,为进入蓬勃发展的嵌入式技术领域奠定坚实基础。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的另一个亮点在于其内容的实用性。它所涵盖的知识点都是在实际的嵌入式系统开发中非常常用的。从最基本的GPIO控制、ADC采样,到更复杂的通信协议(如UART、SPI、I2C)和各种传感器接口,这本书都进行了详细的介绍和实操指导。我特别喜欢书中关于“数码管显示”和“矩阵键盘扫描”的章节,这两个是单片机应用中最基础也最常用的部分。书中不仅给出了实现这些功能的完整代码,还详细解释了其中的逻辑,让我能够快速掌握如何通过单片机实现人机交互。 在理解了基本的原理和外设之后,书中还提供了一些进阶的应用案例,比如“步进电机控制”、“直流电机调速”等。这些案例的讲解非常详细,包含了硬件电路的设计、驱动程序的编写以及参数的调试。我通过学习“直流电机调速”的案例,学会了如何利用PWM(脉冲宽度调制)技术来控制直流电机的转速,并且还学会了如何使用编码器来检测电机的实际转速,从而实现闭环控制。这让我对电机控制有了更深入的了解。

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这本《单片机原理与应用》在我手上已经翻阅了有一段时间了,不得不说,它确实是一本从基础到实践都讲解得相当透彻的书。我最初接触单片机的时候,也是从最基础的数字电路、逻辑门开始学的,这本书的开篇正好契合了我的学习路径,将那些抽象的概念用非常直观的图示和生动的语言进行了阐述,让人一下子就抓住了核心。比如,在讲解二进制和十六进制转换的时候,作者并没有仅仅给出公式,而是通过模拟一个计数器的工作过程,让读者能够“看”懂为什么会有这样的转换关系,这种“可视化”的学习方式极大地降低了理解门槛。 更令我印象深刻的是,书中在介绍完单片机的基本架构,如CPU、存储器、I/O端口之后,并没有立刻跳到复杂的应用,而是花了相当大的篇幅去讲解各种外设接口,例如定时器/计数器、中断系统、串行通信(UART、SPI、I2C)等。这些外设是单片机实现各种功能的关键,而这本书对每一个外设的讲解都非常细致,不仅解释了它们的原理,还给出了详细的寄存器设置和编程方法,配合大量的示例代码,让我能够快速上手,理解它们是如何工作的。我尤其喜欢书中关于中断系统的阐述,它将中断比作“紧急电话”,清晰地说明了中断优先级、中断向量以及中断服务程序的编写流程,这对我理解实时性要求高的项目开发非常有帮助。

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这本书的排版和图示设计也值得称赞。整个页面布局清晰,重点突出,阅读起来非常舒适。关键的电路图、时序图、流程图等都画得非常标准和易于理解,并且与文字部分的讲解紧密结合。例如,在介绍SPI通信时,书中提供了详细的SCL、MOSI、MISO信号的时序图,并用文字逐行解释了每个信号在哪个阶段的状态变化,以及如何读取或写入数据。这种图文并茂的方式,极大地增强了学习的直观性和趣味性。我曾经因为对某个通信协议的时序理解不清而感到困惑,但这本书提供的清晰时序图,让我茅塞顿开,很快就掌握了其工作原理。 此外,书中在讲解一些复杂概念时,会采用类比的方式,使抽象的概念变得更加具体。比如,在解释内存映射I/O和端口I/O时,书中将内存比作“办公室里的文件柜”,而将I/O端口比作“门口的信箱”,通过这种形象的比喻,让我能够快速理解这两种不同的硬件访问方式的本质区别。这种“化繁为简”的讲解方式,对于初学者来说是至关重要的,它能够帮助我们建立起对底层硬件的初步认知,为后续深入学习打下良好的基础。

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从另一个角度来看,《单片机原理与应用》这本书在系统性上也做得相当好。它并没有把各种知识点零散地堆砌,而是建立了一个清晰的学习逻辑链条。从最底层的硬件架构,到基础的指令系统,再到常用的外设接口,最后过渡到实际的应用开发,整个过程非常连贯,能够帮助读者建立起一个完整的单片机知识体系。我印象比较深的是书中关于ADC(模数转换器)的讲解,它不仅解释了ADC的采样、量化、编码过程,还详细介绍了不同类型的ADC(如逐次逼近式、Σ-Δ调制式)的工作原理和选择依据,并给出了实际应用中如何进行滤波和校准的案例。这让我对模拟信号的处理有了更全面的认识,也为我理解更复杂的传感器数据采集奠定了基础。 书中还对一些常用的开发工具和调试方法进行了介绍,这对于初学者来说非常实用。比如,书中提到了如何使用Keil MDK等集成开发环境进行代码编写、编译和下载,以及如何利用仿真器进行在线调试,查找和解决代码中的bug。特别是关于断点设置、单步执行、查看变量值等调试技巧的讲解,让我能够更有效地定位问题,提高开发效率。我曾经在一个项目中遇到了一个奇怪的程序运行错误,通过书中介绍的调试方法,我最终成功找到了问题所在,解决了困扰我很久的难题。这种实用的工具和方法介绍,让这本书不仅仅停留在理论层面,更具有很强的实践指导意义。

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总的来说,《单片机原理与应用》这本书给我留下了非常深刻的印象。它不仅在理论知识的深度和广度上做得很好,在实践操作的指导性上也表现出色。书中的内容安排合理,循序渐进,能够带领读者从入门到精通。我个人非常喜欢书中关于“中断系统”和“定时器/计数器”的讲解,这两部分的内容非常透彻,让我对单片机的时间控制和事件响应有了非常深入的理解。我曾尝试过书中关于“电子时钟”的实验,通过精确控制定时器中断,我成功实现了一个精度很高的时钟功能,这让我对定时器的重要性有了更直观的认识。 而且,书中在介绍一些高级特性时,也能够做到化繁为简。比如,在讲解DMA(直接内存访问)时,书中并没有仅仅给出它的概念,而是通过一个具体的例子,说明了DMA是如何在CPU不参与的情况下,直接在存储器和外设之间进行数据传输,从而提高系统效率。这种从实际应用场景出发的讲解方式,让抽象的技术概念变得更容易理解和接受。我曾想过要实现一个高速数据采集系统,而书中关于DMA的讲解,为我提供了重要的思路。

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这本书的“嵌入式系统”的视角也非常突出。它不仅仅是讲解单片机本身,更重要的是将单片机置于一个更大的系统中去讲解。比如,书中在介绍通信接口时,会讨论不同的通信方式在实际应用中的优缺点,以及如何根据具体的应用需求来选择合适的通信协议。此外,书中还介绍了一些常见的传感器和执行器,并讲解了如何将它们与单片机连接并进行控制。这让读者能够跳出单片机本身,从更宏观的角度去理解嵌入式系统的设计。 我特别欣赏书中关于“功耗管理”和“实时性”的章节。这些是嵌入式系统开发中非常关键的考虑因素。书中详细讲解了如何通过合理的程序设计和硬件配置来降低单片机的功耗,以及如何利用中断和定时器等机制来保证系统的实时性。这些内容对于我将来从事更复杂的嵌入式项目开发非常有指导意义。我曾尝试过优化程序以降低功耗,而书中提供的策略让我受益匪浅。

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让我觉得非常惊喜的是,这本书的“应用”部分,真的做到了“应用”。它并非仅仅是罗列一些简单的功能模块,而是将这些模块进行组合,形成了一些具有实际意义的系统。比如,书中有一个“智能家居环境监测系统”的案例,它集成了温度、湿度、光照等多个传感器,并通过LCD显示屏进行实时数据显示,同时还可以通过无线模块将数据发送到上位机。这个案例的讲解非常详细,从硬件选型、电路设计,到软件编程、系统调试,都有清晰的说明。我通过学习这个案例,不仅巩固了之前学习的各种知识,还学到了如何将不同的模块有机地整合起来,构建一个完整的系统。 这本书的“原理”部分也同样扎实。它并没有回避一些比较底层的技术细节,而是用清晰易懂的方式进行阐述。例如,在讲解CPU的指令集时,书中会详细列举一些常用指令的作用和格式,并结合实际的汇编代码示例,帮助读者理解CPU是如何执行指令的。虽然我可能不是非常精通汇编语言,但通过书中对这些指令的讲解,我能够更好地理解单片机的运行机制,以及C语言代码在底层是如何被编译和执行的。这对我理解一些性能优化问题很有帮助。

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《单片机原理与应用》这本书的讲解风格非常严谨,但又不失生动。作者在解释一些技术概念时,会引用生活中常见的例子,或者用生动形象的比喻来辅助说明,这使得学习过程更加有趣和高效。比如,在解释“时序”概念时,书中会将其比作“约会的时间表”,规定了信号需要在什么时候出现,持续多久,以及下一个信号什么时候出现,这样就能避免信号的混乱和误解。这种贴近生活的类比,让原本枯燥的技术知识变得更容易理解。 同时,书中对代码的注释也做得非常到位,每一行代码的功能和作用都写得清清楚楚。这对于初学者来说非常有帮助,能够让他们在阅读代码的同时,理解每一部分的作用,从而加快学习的进程。我曾经在学习过程中遇到过一些难以理解的代码,但通过书中详细的注释,我能够逐行分析,最终理解了代码的逻辑。这本书的细致程度,让我觉得作者真的是站在读者的角度去思考的。

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在实践操作的指导性方面,《单片机原理与应用》这本书做得非常到位。它不仅仅是给出了理论知识,更重要的是提供了很多可以直接上手操作的实验项目。书中给出的代码清晰、简洁,并且经过了充分的测试,可以直接移植到实际的开发板上运行。我曾经尝试过书中关于“步进电机控制”的实验,它不仅讲解了步进电机的工作原理和驱动方式,还给出了完整的驱动电路设计和驱动程序。通过这个实验,我学会了如何通过单片机精确控制步进电机的转速和方向,这对于我后来设计自动化控制系统非常有帮助。 而且,书中对一些细节问题的处理也考虑得非常周到。例如,在讲解串口通信时,它不仅说明了如何设置波特率、数据位、停止位等参数,还提到了如何处理接收数据时的缓冲区溢出问题,以及如何进行校验和差错检测。这些细节虽然看似微小,但在实际的工程开发中却至关重要,能够帮助我们编写出更健壮、更可靠的代码。我因为书中关于串口通信的详细讲解,成功实现了一个远程数据传输模块,这让我对单片机的应用潜力有了更深的体会。

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不得不提的是,这本书在应用实例方面做得非常出色。它不像很多理论书籍那样,在讲解完原理后就戛然而止,而是通过一系列由浅入深的实际项目,将所学的知识融会贯通。从最简单的LED闪烁,到更复杂的数码管显示、键盘扫描,再到温度传感器的数据采集和显示,每一个项目都附有完整的电路图和源代码,并且对代码的每一部分都进行了详细的注释和解释。我特别喜欢那个利用DS18B20温度传感器进行测温的项目,书中不仅讲解了DS18B20的工作原理和通信协议,还详细介绍了如何通过单片机的I/O口模拟其时序,如何读取温度数据并进行转换显示。这个项目让我真正体会到了“理论联系实际”的魅力,也让我对单片机在物联网和嵌入式系统中的应用有了更深刻的认识。 另外,书中关于C语言在单片机编程中的应用也讲解得非常到位。它不仅仅是介绍C语言的基础语法,更是结合单片机硬件特性,讲解了如何使用位操作、指针、结构体等C语言的高级特性来高效地控制硬件。例如,在讲解GPIO口控制时,书中详细说明了如何通过直接操作寄存器来实现对引脚的读写,以及如何封装成更易于使用的函数。这一点对于想要深入理解单片机底层操作的读者来说,无疑是非常宝贵的。我通过书中关于定时器中断控制LED呼吸灯的例子,学会了如何精确控制LED亮度的变化,这对我后续开发人机交互界面有着重要的启发。

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