单片机原理与应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安电子科技大学出版

作者:王燕

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2007-8

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787560618746

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 原理与应用
• 技术
• 电子工程
• 微控制器
• C51
• 汇编语言
• 硬件设计
• 实践教程

好的，这是一本名为《嵌入式系统设计与实践》的图书简介，内容侧重于现代嵌入式系统的开发、操作系统和相关应用技术，旨在提供一个全面且深入的视角，与您提到的《单片机原理与应用技术》形成互补或更广阔的技术视野。 图书简介：《嵌入式系统设计与实践——从硬件基础到实时操作系统与物联网应用》 第一部分：现代嵌入式系统的基石与架构 本书旨在为读者构建一个现代嵌入式系统工程师所应具备的全面知识体系。我们不再局限于传统的8位或16位微控制器范畴，而是将焦点投向当前工业界和前沿技术中占据主导地位的32位及以上高性能嵌入式处理器，特别是基于ARM Cortex-M和Cortex-A系列的架构。 深入理解处理器核心与内存体系结构： 本书的首章将系统性地介绍现代嵌入式处理器中的关键概念，如流水线、指令集架构（ISA）的演进、寄存器组的组织方式。我们将详细剖析Cortex-M系列（如M3/M4/M7）在实时性、功耗优化和浮点运算方面的设计哲学，并过渡到Cortex-A系列在复杂计算和操作系统运行中所扮演的角色。重点章节将详细阐述内存管理单元（MMU）和内存保护单元（MPU）的功能，解释它们如何保障多任务环境下的系统稳定性和安全性，并讲解缓存（Cache）的工作原理及其对程序性能的实际影响。 硬件接口与总线结构： 现代嵌入式系统是高度集成的，其性能很大程度上取决于内部总线和外部接口的效率。本书将详尽讲解AHB（Advanced High-performance Bus）和APB（Advanced Peripheral Bus）等内部总线矩阵的仲裁机制、数据传输流程。在外部接口方面，我们将超越基础的SPI/I2C，重点介绍高速串行通信标准（如USB 2.0/3.0 OTG、PCIe的嵌入式应用），以及以太网MAC的底层驱动设计。针对嵌入式数据采集与控制，专门章节会深入探讨高速ADC/DAC的采样理论、噪声抑制技术，以及如何通过DMA（直接内存访问）实现高效的数据吞吐，解放CPU资源。 第二部分：嵌入式软件开发与工具链 成功的嵌入式项目离不开高效、可靠的软件开发流程。本部分侧重于构建健壮的软件生态。 交叉编译与启动代码分析： 本书详细指导读者如何搭建功能完善的交叉编译工具链（基于GCC/Clang），并剖析Linker Script（链接脚本）的编写艺术，这是理解程序映像在目标硬件上如何布局的关键。我们将带领读者一步步反汇编和分析启动代码（Startup Code），理解从硬件复位到操作系统或裸机程序开始执行的全过程，包括堆栈初始化、中断向量表的设置。 硬件抽象层（HAL）与驱动开发范式： 为了提高代码的可移植性和模块化程度，本书提倡采用先进的硬件抽象层设计思想。我们将通过实际案例演示如何设计一套标准化的设备驱动框架，分离底层寄存器操作与上层应用逻辑。重点分析如何为不同的MCU平台实现统一的API接口，并讲解位操作（Bit Banding）、寄存器宏定义等C语言技巧在嵌入式编程中的高效应用。 调试与性能分析技术： 调试是嵌入式开发的核心技能。本书深入讲解JTAG/SWD接口的底层协议，指导读者熟练使用GDB进行远程调试，掌握断点设置、内存查看、寄存器跟踪等高级调试技巧。此外，我们引入嵌入式性能分析工具，如Instruction Tracing和Profiling，帮助工程师定位代码热点和资源瓶颈，实现代码的精准优化。 第三部分：实时操作系统（RTOS）深度解析与实践 对于需要精确时间控制和复杂任务调度的现代嵌入式应用，RTOS是不可或缺的。本书将以FreeRTOS和Zephyr等主流内核为例，进行细致的解构与实践。 RTOS核心机制： 系统性地介绍RTOS的核心概念，包括任务（Task）的管理、状态转换、优先级继承和优先级翻转问题。重点章节会详细讲解内核调度算法（如固定优先级、轮转调度、可抢占性），以及上下文切换的底层实现原理。 同步与互斥机制的深入应用： 本书不仅罗列了信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）等同步原语，更侧重于分析其在实际场景中的陷阱与最佳实践。例如，如何利用事件组（Event Groups）提高任务间的协作效率，以及如何通过消息队列实现任务间的解耦通信，同时避免死锁和竞态条件。 中断服务与实时性保障： 在RTOS环境中，中断处理是确保系统实时性的生命线。我们将探讨ISR（中断服务例程）的设计规范，如何安全地从ISR中唤醒或通知上层任务，并严格区分延迟容忍中断和严格实时中断的处理策略。 第四部分：嵌入式Linux与高性能计算 针对需要复杂网络协议栈、图形界面和大数据处理的嵌入式系统（如工控网关、智能终端），本书转向嵌入式Linux系统。 Bootloader与内核移植： 本书详细介绍U-Boot的编译、配置和工作流程，重点解析如何实现设备树（Device Tree Source, DTS）的编写和修改，这是现代Linux内核与硬件对接的桥梁。随后，我们将引导读者完成Linux内核的初步裁剪、配置和交叉编译，理解内核启动的启动链条。 驱动程序开发（基于Linux内核）： 侧重于字符设备驱动、平台驱动和I/O Mapped驱动的实现。我们将讲解内核模块（LKM）的加载与卸载机制，以及如何使用内核API（如`kfree`、`kmalloc`、工作队列`workqueue`）安全地进行内存分配和任务调度，确保驱动程序符合内核规范。 用户空间应用与系统服务： 介绍如何利用C/C++结合POSIX API进行高效的用户空间应用开发。涵盖多线程编程、进程间通信（IPC）机制（如共享内存、管道）在嵌入式Linux中的部署，以及如何利用systemd或SysVinit管理系统服务的自启动和生命周期。 第五部分：前沿应用：物联网与安全 在万物互联的背景下，本书的最后部分聚焦于嵌入式系统如何接入云端及应对安全挑战。 网络通信协议栈： 详细讲解嵌入式设备中TCP/IP协议栈的实现机制，包括ARP、IP寻址、路由的配置。重点介绍MQTT、CoAP等轻量级物联网协议的客户端库集成与使用，以及TLS/SSL在资源受限设备上的安全握手流程。 嵌入式系统安全基础： 安全不再是可选配置。本书探讨了嵌入式设备面临的常见威胁，并介绍了硬件信任根（RoT）、安全启动（Secure Boot）的实现原理。我们将分析固件加密、数据存储加密以及如何利用TEE（可信执行环境）隔离敏感操作，确保系统的完整性和机密性。 OTA固件升级机制： 实现可靠的空中下载（OTA）升级是产品维护的关键。本书将设计并实现一个基于双分区（A/B Partition）的固件更新方案，讲解如何保证升级过程中的原子性、回滚能力和安全性，确保设备在断电或网络中断时不被“变砖”。 目标读者： 本书适合有一定C语言基础，对电子电路有基本了解的电子工程、计算机科学、自动化专业的在校学生，以及希望从传统单片机开发迈向高性能嵌入式系统、实时操作系统或嵌入式Linux开发的在职工程师。通过系统的理论讲解与大量的工程实践案例，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工作。

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这本书的实战导向性极其强烈，几乎每一章的末尾都附带着一个或多个动手实验的详细步骤，这对于我这种“动手强迫症”患者来说简直是福音。我试着跟着书上的步骤搭建了一个基于PWM的直流电机调速系统，原本以为会遇到各种焊接和软件配置的陷阱，结果因为作者对电路图的标注极其精确，连元器件的选型和注意事项都写得明明白白，整个过程出乎意料地顺利。更让我惊喜的是，它不仅教你如何“做”出来，更深入地探讨了“为什么这么做”——比如，它会讨论在不同负载下，如何选择合适的采样频率以避免共振，这已经超出了普通入门教材的范畴，更像是一位资深工程师在手把手带徒弟。虽然书中的理论部分没有像某些纯学术著作那样深挖底层汇编的每一个字节，但它巧妙地找到了一个平衡点，保证了读者在理解硬件工作原理的同时，能够迅速地将知识转化为可运行的代码。这本书真正做到了理论指导实践，实践反哺理论的良性循环。

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这本书拿到手，第一个感觉就是“厚重”，内容详实得让人有点喘不过气来。我本来以为它会侧重于枯燥的理论公式推导，没想到，作者在基础概念的讲解上花了大量的篇幅，而且用了非常多的比喻和实际案例来阐释那些抽象的寄存器操作和中断机制。比如讲到定时器/计数器的时候，它不是简单地罗列一堆寄存器位的功能，而是结合了一个模拟交通灯控制的场景，清晰地展示了如何通过软件逻辑来控制硬件定时。对于一个刚从纯软件背景转过来的初学者来说，这种图文并茂的讲解方式简直是救命稻草。我尤其欣赏它对不同型号单片机之间的差异对比，不是简单地并列介绍，而是深入分析了为什么某些新一代的MCU会在功耗管理或外设集成度上做出优化取舍。虽然我还没完全啃完，但光是前几章的系统架构梳理，就已经帮我把之前零散的知识点串联成了一个完整的知识网络。如果说有什么遗憾，可能就是某些高级应用模块的代码示例稍微有点陈旧，但总体而言，作为一本构建坚实基础的参考书，它的价值无可替代。

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我是在一个项目中被“逼着”去学习这块技术的，当时时间紧任务重，急需一本能够快速上手并解决实际问题的工具书。这本书的章节结构布局非常科学，我可以直接跳到我需要的具体章节，比如I/O端口配置和中断服务程序的编写，而不需要从头到尾被复杂的初始化流程拖慢速度。它的索引做得非常到位，查找特定寄存器或者指令的参考页面速度极快，这在救急的时候简直是神器。我特别喜欢它在讲解通信协议时（比如UART和SPI）所采用的逻辑流程图，比单纯的文字描述直观太多了，一下子就明白了数据帧的起止条件和校验过程。不过，对于那些追求极致优化和底层汇编指令集优化的老手来说，这本书可能显得“过于友好”了些，它更侧重于教会大多数工程师如何使用C语言高效地实现功能，而不是如何榨干芯片的每一丝性能。对于我的项目需求而言，这种平衡恰到好处，保证了开发效率和系统的稳定性。

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相较于市面上那些专注于单一芯片系列的教材，这本书的优势在于其“通用性”和“思想深度”。它并没有将重点锁定在某一款特定的微控制器上，而是提炼和总结了微控制器设计和应用领域中最核心、最通用的原理。例如，在讲解存储器映射和总线结构时，它所阐述的架构思想，可以迁移到几乎所有基于冯·诺依曼或哈佛结构的嵌入式系统中去理解。我发现，这本书教会我的更多是如何“思考”嵌入式问题，而不是简单地记住API函数。它会引导你去思考：当外部中断来临时，处理器内部发生了什么，堆栈是如何变化的，返回地址是如何保存的，这些都是跨平台的硬核知识。虽然它没有涉及太多新兴的RTOS或网络协议栈的内容，但作为构建底层理解的基石，它提供的理论深度是无与伦比的。这本书更像是一张地图，为你指明了嵌入式世界的大方向和基本规则，后续的专业领域扩展则显得水到渠成了。

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这本书的排版和印刷质量着实令人印象深刻，这在技术书籍中并不常见。纸张的选择使得即便是长时间翻阅，眼睛也不会感到过度疲劳，字体大小和行间距的设置也十分考究，使得那些密密麻麻的程序代码块和时序图看起来清晰不拥挤。很多技术书为了塞入更多内容，往往牺牲了视觉体验，但这本似乎在这方面投入了更多精力。内容方面，我发现作者在处理复杂模块（如ADC的转换流程和看门狗的复位机制）时，总是习惯性地加入一个“常见错误与排查”的小节。这些小节简直是血泪经验的总结，里面提到的很多坑，都是我自己在实际调试中踩过的，但通过这本书的提前预警，我得以避开了很多不必要的弯路。这种由实践沉淀下来的忠告，比任何纯理论的推导都要宝贵得多，体现了作者深厚的行业积累，让人感觉不是在读一本教材，而是在听一位老前辈的经验分享会。

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