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出版者:第1版 (2006年6月1日)

作者:张晔

出品人:

页数:279 页

译者:

出版时间:2006年6月1日

价格:21.20

装帧:平装

isbn号码:9787040192278

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 应用开发
• 电子技术
• 微控制器
• C语言
• 硬件设计
• 实践教程
• 电路原理
• 技术入门

《单片机应用技术》是一本旨在全面深入地介绍单片机技术及其在实际应用中的原理、方法和技巧的专业书籍。全书从基础概念讲起，逐步深入到高级应用，力求让读者在掌握单片机硬件原理、指令系统、开发环境的同时，能够独立完成各种嵌入式系统的设计与开发。 本书内容结构严谨，逻辑清晰，涵盖以下主要方面： 第一篇：单片机基础理论与原理 第一章：嵌入式系统与单片机概述 本章首先阐述了嵌入式系统的概念、特点、发展历程以及在各个领域的广泛应用，为读者建立对整个嵌入式技术生态的宏观认识。 随后，深入剖析了单片机的定义、核心组成部分（CPU、存储器、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等），以及其作为嵌入式系统核心的地位和作用。 通过对比不同类型单片机（如8位、16位、32位）的特点和适用场景，帮助读者理解单片机的选型考量。 此外，还会介绍单片机在现代工业、消费电子、通信、医疗等领域中的典型应用案例，激发读者的学习兴趣。 第二章：微控制器体系结构与指令集 本章将聚焦于单片机的微处理器核心，详细讲解CPU的工作原理，包括指令流水线、寄存器组、运算逻辑单元（ALU）等。 重点介绍一种或几种主流单片机（如51系列、ARM Cortex-M系列）的指令集架构。对指令的寻址方式、数据传输指令、算术逻辑指令、转移指令、位操作指令等进行详细分类和解释，并辅以汇编语言的实例，帮助读者理解CPU如何执行程序。 探讨指令集对单片机性能、功耗、开发效率的影响。 第三章：存储器组织与接口技术 深入解析单片机内部存储器的结构，包括程序存储器（ROM/Flash）和数据存储器（RAM）的特点、容量、读写机制。 详细讲解外部存储器的接口扩展，如SRAM、SDRAM、EEPROM、Flash Memory等，包括地址译码、数据总线、控制信号的时序配合。 介绍存储器映射的概念，以及不同存储器区域的访问控制。 为理解复杂系统设计打下坚实基础。 第四章：中断系统与定时器/计数器 中断是单片机实现多任务和高效响应外部事件的关键。本章将详尽阐述中断系统的组成，包括中断源、中断控制器、中断向量表、中断优先级。 深入讲解中断的产生、响应、中断服务程序的编写、中断返回等流程。 详细介绍单片机内置的定时器/计数器的工作原理、工作模式（如定时模式、计数模式、PWM生成模式等）、计数初值设置、溢出中断。 通过实例展示如何利用定时器实现延时、波形发生、脉冲测量等功能。 第五章：I/O端口与串行通信接口 I/O端口是单片机与外部世界交互的桥梁。本章详细介绍通用I/O端口（GPIO）的工作方式（如输入、输出、推挽、开漏）、配置方法以及端口扩展技术。 重点讲解单片机内置的几种常用串行通信接口，包括UART（异步串行通信）、SPI（同步串行外设接口）、I2C（集成电路总线）的工作原理、通信协议、硬件接口定义、通信时序。 通过实际案例，教授读者如何配置和使用这些接口进行数据传输，例如与传感器、显示器、其他微控制器进行通信。 第二篇：单片机开发环境与编程实践 第六章：开发环境的搭建与使用 本章是实践操作的入门。详细介绍主流单片机开发环境的搭建过程，包括集成开发环境（IDE）的安装与配置（如Keil MDK, IAR Embedded Workbench, CubeIDE等）。 讲解项目文件的创建、代码的编写、编译、链接过程。 详细介绍调试器的使用，包括设置断点、单步执行、观察变量、内存监视等，帮助读者快速定位和解决程序中的错误。 介绍仿真器的使用，以及硬件调试（如JTAG/SWD接口）的连接与操作。 第七章：C语言在单片机开发中的应用 C语言因其高效、灵活和跨平台性，成为单片机开发的主流语言。本章将侧重讲解C语言在嵌入式开发中的特殊应用。 包括数据类型与内存模型、指针的应用、位操作、函数设计、宏定义、结构体与联合体的使用。 重点介绍如何通过C语言对单片机硬件进行寄存器级操作，以及如何使用标准库函数和自定义函数来控制硬件。 通过大量的代码示例，引导读者掌握用C语言编写高效、可靠的嵌入式程序。 第八章：汇编语言在单片机开发中的辅助应用 尽管C语言是主流，但在某些对性能、代码密度有极高要求的场合，汇编语言仍然不可或缺。 本章将回顾单片机的汇编指令，重点讲解何时、何地以及如何将汇编代码嵌入到C语言程序中，以优化关键部分的执行效率。 介绍汇编语言与C语言之间的函数调用约定和数据传递方式。 帮助读者理解底层硬件操作的细节，从而更深入地理解单片机的工作机制。 第九章：常用外围模块驱动程序的设计 本章将进入实际应用层面，讲解如何为常见的单片机外围设备编写驱动程序。 内容包括： LED与数码管驱动： 实现LED的亮灭控制、流水灯效果，以及多位LED数码管的显示。 按键输入与消抖： 处理按键的按下、抬起事件，并实现有效的按键消抖算法。 LCD/OLED显示屏驱动： 讲解字符型和图形点阵液晶屏（LCD）以及有机发光二极管显示屏（OLED）的接口原理和基本驱动程序编写。 ADC/DAC转换器应用： 介绍模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的工作原理，以及如何读取模拟量信号（如传感器数据）和输出模拟量信号。 EEPROM/Flash存储器读写： 实现非易失性数据的存储与读取，如参数配置、日志记录等。 每个模块都将提供清晰的硬件连接示意图和详细的软件代码实现，并附有原理分析。 第三篇：单片机应用系统设计与实例 第十章：实时操作系统（RTOS）简介与应用 随着嵌入式系统复杂度的提升，传统的裸机编程难以满足需求。本章将介绍实时操作系统（RTOS）的概念、作用、基本原理（如任务调度、任务间通信、信号量、互斥锁等）。 选择一种或几种主流的嵌入式RTOS（如FreeRTOS, uCOS）进行讲解，重点介绍其API接口和应用方式。 通过实例展示如何在RTOS环境下进行多任务并发编程，提高系统的响应速度和稳定性。 第十一章：嵌入式通信协议与网络接口 现代嵌入式系统越来越需要与其他设备或网络进行通信。本章将深入讲解几种重要的嵌入式通信协议。 CAN总线： 讲解CAN总线的工作原理、帧格式、通信速率、在汽车电子、工业自动化等领域的应用。 以太网接口： 介绍以太网接口的硬件结构，TCP/IP协议栈的基本概念，以及如何通过单片机实现IP通信，如HTTP服务、MQTT协议等。 无线通信技术： 简要介绍Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等无线通信模块的接口和基本使用方法。 USB接口： 讲解USB设备（如HID、CDC）的通信原理和驱动程序设计。 第十二章：常用传感器的数据采集与处理 传感器是嵌入式系统感知物理世界的重要输入。本章将重点介绍几种常见的传感器类型及其接口技术。 温度传感器： 如DS18B20（数字温度传感器）, LM35（模拟温度传感器）。 湿度传感器： 如DHT11/DHT22。 光敏传感器/红外传感器： 实现光照强度检测、障碍物检测等。 加速度传感器/陀螺仪： 实现姿态检测、运动监测等。 压力传感器/气体传感器： 用于环境监测、安全防护等。 本书将重点讲解这些传感器的电气特性、通信接口（I2C, SPI, One-Wire等），以及如何编写相应的驱动程序来读取和处理传感器数据，并进行必要的滤波和校准。 第十三章：电机控制与驱动技术 电机是许多工业和家用设备的核心执行部件。本章将讲解如何使用单片机对不同类型的电机进行精确控制。 直流电机控制： 包括PWM调速、方向控制。 步进电机控制： 讲解其工作原理，步进模式，以及如何通过单片机驱动步进电机实现精确的位置控制。 舵机控制： 讲解舵机的PWM信号控制原理，如何实现角度控制。 无刷直流电机（BLDC）控制： 简要介绍其工作原理和驱动方式。 会提供详细的硬件驱动电路设计和控制算法的软件实现。 第十四章：嵌入式系统安全性与功耗管理 随着嵌入式系统应用范围的扩大，安全性和功耗问题越来越受到重视。 本章将探讨嵌入式系统的常见安全威胁（如固件篡改、数据泄露）和防御措施（如代码加密、访问控制）。 介绍功耗管理技术，如低功耗模式、动态电压频率调整（DVFS），以及如何通过软件优化来降低系统的能耗，延长电池寿命。 对于物联网设备尤其重要。 第十五章：综合项目实例分析 本章将通过几个实际的综合项目，将前面章节的知识融会贯通。 例如： 智能家居系统： 集成传感器（温湿度、光照）、执行器（电机、继电器）、通信模块（Wi-Fi/蓝牙），实现远程控制和自动化。 数据采集与存储系统： 连接多种传感器，将采集到的数据通过SD卡或网络进行存储和传输。 嵌入式Web服务器： 利用单片机搭建一个简单的Web服务器，通过浏览器远程监控和控制设备。 每个项目都将详细介绍系统设计思路、硬件选型、电路连接、软件架构、关键算法实现、调试方法以及性能评估。 本书特色： 理论与实践并重： 既有深入的理论讲解，又配备大量的工程实践经验和代码示例。 循序渐进： 从基础知识到高级应用，层层递进，适合不同阶段的读者。 注重实效： 强调解决实际工程问题，帮助读者掌握独立开发的能力。 覆盖广泛： 涵盖了单片机应用开发的各个关键环节，为读者提供全面的技术视野。 技术前沿： 关注最新的单片机技术发展和应用趋势，如RTOS、嵌入式网络等。 适用读者： 高等院校相关专业学生： 电子工程、自动化、计算机科学等专业本科生、研究生。 嵌入式系统工程师： 希望提升单片机开发技能、拓展技术视野的初级和中级工程师。 硬件开发工程师： 需要了解软件接口，进行软硬件协同设计的工程师。 技术爱好者： 对单片机技术和嵌入式系统开发感兴趣的自学人员。 通过学习本书，读者将能够扎实掌握单片机的核心技术，理解嵌入式系统的设计流程，并具备独立完成各类嵌入式应用项目的开发能力。

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这本书的另一个亮点在于其严谨的验证流程描述。很多技术书籍的示例代码虽然看起来很完美，但在实际的电磁兼容性（EMC）测试或极端温度环境下往往会暴露出问题。这本书中专门有一节内容，详细记录了作者在进行实际产品测试时遇到的各种“坑”，并提供了相应的规避方案，比如如何正确布置地线以抑制高频噪声、如何处理复位电路的去抖动等。这些基于真实失败案例总结出来的经验教训，其价值远超任何纯粹的理论推导。我尤其欣赏作者在讨论固件更新（OTA）机制时的审慎态度，他不仅介绍了实现流程，还详细分析了不同分区策略的风险点和回滚机制，这体现了作者对产品可靠性的高度重视。阅读过程中，我感觉作者仿佛是一位经验丰富的老兵，一边带着我爬坡，一边还不忘指点“此处有滑坡，当心脚下”。这种带着温度和实战经验的文字，让整个阅读过程充满了信任感，它让我相信，我正在学习的知识体系是经过了最严酷的现实检验的。

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这本书的“前沿性”让我对它刮目相看。在很多同类书籍还在热衷于讲解过时的微控制器系列时，这本书的案例和示例代码明显侧重于当前市场上主流的、具有较高集成度和性能的新一代芯片。尤其是对片上外设的深度挖掘，例如片上集成的USB Host/Device协议栈的定制化配置，以及如何高效利用DMA进行数据搬运，这些都是当前工业界迫切需要解决的问题。作者在讲解这些高级特性时，采取了一种“解构”的方式，把复杂的硬件抽象层层剥开，让我们看到底层寄存器是如何与上层API对接的。这种深挖底层逻辑的写作态度，使得即便是几年后，书中的核心设计思想也依然具有很强的生命力。此外，书中还穿插了若干篇关于“设计哲学”的短文，讨论了代码的可维护性和模块化设计在嵌入式系统中的重要性，这使得本书的层次感一下子就提升了，它不再仅仅是一本技术手册，更像是一本关于优秀嵌入式系统工程师素养的养成指南。

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坦白讲，我对技术书籍的期望值一向很高，很多读起来都像是对现有资料的简单整合，缺乏灵魂。但这本书在“项目驱动式学习”这一点上做得尤为出色。它不是孤立地讲解某个模块，而是构建了一套完整的虚拟项目链条。比如，它从最基础的I/O操作开始，逐步引入定时器、ADC，最后集成到复杂的实时操作系统环境（RTOS）的任务调度中。这种循序渐进的构建方式，极大地降低了读者的学习曲线。我印象最深的是书中关于看门狗（Watchdog）的应用案例，作者没有仅仅停留在“喂狗”的层面，而是深入探讨了如何在多任务并发中合理设置喂狗的优先级和时间窗口，以避免系统误判死机。而且，书中很多配图都是原创的框图和流程图，逻辑关系一目了然，这比单纯的文字描述效率高太多了。对于我这种习惯了“边做边学”的动手型学习者来说，这本书简直就像是量身定做的训练手册，每读完一章，我都有一种强烈的冲动想立刻打开开发板动手实践一番，而不是仅仅停留在纸上谈兵。

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这本书的封面设计得相当有品味，那种深沉的蓝色调和简洁的字体搭配，一下子就吸引住了我。打开之后，首先映入眼帘的是清晰的目录结构，看得出作者在编排上下了很大功夫，脉络分明，让人对后续内容的广度和深度有了一个初步的预判。我特别留意了其中的一个章节，专门讲授了如何利用最新的微处理器架构进行低功耗设计。作者的讲解方式非常注重实践，没有太多空泛的理论堆砌，而是直接给出了大量的代码实例和硬件接口图。特别是关于中断服务程序的优化部分，那几个关于实时性提升的小技巧，简直是教科书级别的干货，我立刻在手头的一个项目中进行了验证，效果立竿见影。这本书的排版也十分舒服，字体大小适中，行间距合理，长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。总的来说，这本书给我一种非常“扎实”的感觉，它不像某些浮于表面的介绍性读物，而是真正深入到了技术内核，对于希望从入门迈向专业应用层的工程师来说，无疑是一份极佳的参考资料。我非常欣赏这种深入浅出，又不失专业深度的叙事风格，它让我感觉自己不是在“看书”，而是在和一位经验丰富的工程师进行面对面的技术交流。

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我是在一个偶然的机会下接触到这本书的，当时我正在为一个复杂的嵌入式系统选型而焦头烂额。这本书的第三部分，专门剖析了几种主流工业控制总线的底层通信协议，那种细致入微的分析让我眼前一亮。特别是对CAN总线的错误帧处理机制的阐述，简直是详尽到了每一个位域的定义和时序要求。说实话，市面上很多教材在这里往往一带而过，草草了事，但这本书却愿意花大量的篇幅去抠这些细节，这恰恰是决定一个系统稳定性的关键所在。我发现作者的写作风格带着一种近乎“偏执”的严谨性，每一个公式的推导、每一个寄存器的位操作，都给出了明确的引用或者推导依据，这对于需要进行底层驱动开发的读者来说，是极其宝贵的财富。翻到后面涉及数据采集和信号处理的部分，作者竟然还巧妙地结合了数字滤波器在资源受限环境下的实现策略，这无疑拓宽了我的思路，让我意识到优化不仅仅是代码层面的，更是算法和硬件协同的结果。这本书的价值，绝不仅仅停留在“教会你如何使用”的层面，它更致力于“让你理解为何如此设计”。

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