单片机原理与应用实践教学指导书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国计量出版社

作者:马静 编

出品人:

页数:88

译者:

出版时间:2004-11

价格:9.00元

装帧:

isbn号码:9787502620387

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 原理
• 应用
• 实践
• 教学
• 电子技术
• 嵌入式系统
• C语言
• 实验指导
• 高等教育

《嵌入式系统设计与实践：从基础到前沿》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统设计与实现的技术指南。内容涵盖了从最基础的硬件架构理解到复杂应用系统的开发流程，重点关注现代嵌入式系统设计中的关键技术、主流工具链的使用，以及面向特定领域的工程实践。全书结构严谨，理论与实践紧密结合，力求培养读者独立分析问题和解决实际工程挑战的能力。 --- 第一部分：嵌入式系统基础理论与硬件平台解析 本部分奠定读者理解复杂嵌入式系统的基石，深入剖析微处理器和微控制器的核心工作原理，并介绍当前主流的硬件平台架构。 第一章：嵌入式系统概述与发展脉络 本章首先界定嵌入式系统的概念、特性及其在现代工业、消费电子和物联网中的广泛应用。探讨嵌入式系统与通用计算机系统的本质区别，并回顾嵌入式技术的发展历程，重点分析从传统8位、16位MCU到高性能32位ARM Cortex-M/A系列处理器的技术演进趋势。同时，介绍当前嵌入式系统设计中的关键挑战，如功耗限制、实时性要求和安全性考量。 第二章：微处理器与微控制器核心架构 深入解析现代嵌入式处理器的工作原理。内容覆盖冯·诺依曼和哈佛两种基本架构，以及指令集精简（RISC）与复杂（CISC）设计的优缺点。详细讲解流水线技术、缓存机制（L1/L2 Cache）如何提升系统性能。特别地，本章将聚焦于ARM Cortex-M系列内核的内部结构，包括寄存器组、程序状态寄存器（PSR）、中断向量表、特权模式（如Handler Mode和Thread Mode）的切换机制。讲解存储器保护单元（MPU）的基本配置和作用。 第三章：系统总线与存储器层次结构 系统级性能很大程度上依赖于高效的数据传输机制。本章详细阐述系统总线（如AHB、APB）的仲裁机制、时序控制和突发传输（Burst Transfer）。存储器方面，讲解SRAM、DRAM（如SDRAM、DDR的原理）、Flash存储器（NOR/NAND）的读写特性、寿命限制和擦写机制。探讨外部存储器接口（如FSMC/FMC）的配置方法，确保数据能够在处理器与外设之间快速、稳定地交互。 第四章：片上资源与基本模块接口 全面介绍主流微控制器内部集成的关键功能模块，包括但不限于： 1. 时钟系统（RCC）：讲解晶振、锁相环（PLL）的配置，如何生成系统、总线和外设所需的不同频率时钟源，以及功耗优化策略。 2. 中断与异常管理：深入讲解嵌套向量中断控制器（NVIC）的配置、中断优先级分组（如Preemption Priority和Sub-Priority）、中断延迟的分析与优化。 3. 通用定时器与脉冲宽度调制（PWM）：剖析定时器的工作模式（向上计数、向下计数、组合模式），如何利用预分频器和自动重载寄存器实现精确的时间测量和信号发生。 --- 第二部分：底层驱动开发与实时操作系统（RTOS） 本部分侧重于软件层的实现，涵盖了如何编写高效的硬件抽象层（HAL）驱动，以及引入实时操作系统以管理复杂任务流。 第五章：C语言在嵌入式环境中的高级应用 讨论C语言在嵌入式开发中的特殊性，包括volatile关键字的正确使用、位操作（Bitwise Operations）的高效实现。讲解内存管理在嵌入式系统中的局限性（如堆栈溢出风险），以及如何利用`static`、`const`、`extern`等关键字进行全局数据和代码的有效组织。介绍链接脚本（Linker Script）的作用，以及程序在Flash和RAM中的加载与运行过程。 第六章：外设驱动程序设计范式 本章致力于建立健壮的外设驱动设计规范。区别介绍寄存器直接操作（Register-Level）与硬件抽象层（HAL）两种驱动模式的优劣。以通用异步收发器（UART）和I2C/SPI为例，详细演示如何封装底层读写操作，实现驱动的可移植性和复用性。讨论中断驱动模式与轮询模式在不同应用场景下的选择与实现。 第七章：实时操作系统（RTOS）核心概念与任务调度 系统复杂度的提升要求引入RTOS。本章详细介绍RTOS的关键概念，如任务（Task）、就绪态、阻塞态、调度器（Scheduler）。深入分析抢占式调度与协作式调度的原理，并重点讲解基于优先级的抢占式调度算法。讲解内核对象，包括信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）和消息队列（Message Queue）的正确使用，强调避免死锁和竞态条件。 第八章：实时操作系统（RTOS）的资源同步与通信机制 系统间安全通信是RTOS应用的核心。本章专注于资源同步机制的实践应用，如如何使用互斥锁保护共享资源，以及信号量在生产者-消费者模型中的应用。对比消息队列、事件标志组（Event Flags）和邮箱（Mailbox）在不同数据传递场景下的适用性。结合具体代码实例，演示在FreeRTOS或类似内核中实现跨任务通信的健壮方法。 --- 第三部分：高级应用与系统集成实践 本部分面向更复杂的工程项目，涉及网络通信、文件系统管理以及系统调试与优化。 第九章：嵌入式网络通信协议栈 探讨嵌入式设备接入网络的关键技术。首先介绍底层通信接口，如以太网MAC/PHY接口的工作原理。随后，深入讲解TCP/IP协议栈的基本结构，重点分析UDP和TCP的差异化应用。对于物联网（IoT）应用，详细介绍MQTT协议的发布/订阅模式、QoS等级，以及如何在资源受限的设备上高效集成和使用轻量级网络库。 第十章：嵌入式文件系统与存储管理 现代嵌入式系统往往需要持久化存储。本章分析不同存储介质（eMMC, SD Card, SPI Flash）的特性，并介绍嵌入式文件系统的设计目标（如日志、磨损均衡）。详细讲解FATFS文件系统的移植、初始化流程以及文件操作API的使用。讨论如何设计数据存储策略以延长存储介质的使用寿命。 第十一章：设备调试、仿真与性能分析工具链 掌握高效的调试工具是嵌入式工程师的必备技能。本章详细介绍JTAG/SWD接口的工作原理，以及如何使用硬件调试器（如ST-Link, J-Link）进行断点设置、单步执行和内存/寄存器观察。讲解逻辑分析仪和示波器在捕获总线信号和验证时序方面的应用。同时，介绍嵌入式系统性能分析工具，如RTOS的Trace工具，用于分析任务切换时间、中断延迟，以进行系统级优化。 第十二章：系统可靠性与OTA升级机制 探讨构建高可靠性嵌入式产品的关键技术。内容包括看门狗定时器（WDT）的配置与复位策略。重点讲解固件空中下载（OTA）技术的实现原理，包括双备份（A/B Slot）分区策略、固件校验（CRC）和安全启动（Secure Boot）的基础概念，确保系统在远程更新过程中具备高容错性。 --- 附录 附录部分提供开发环境中常用软件工具的配置指南，包括交叉编译工具链的安装与配置、集成开发环境（IDE）的高级调试技巧，以及常用数据手册的查阅方法论。 本书特点： 实践驱动：每章节理论讲解后均配有详细的实验指导和代码示例，强调动手实践。 架构聚焦：以主流的ARM Cortex-M架构为核心进行深入讲解，兼顾通用原理。 系统视角：不仅关注单个模块，更注重软硬件协同设计与系统级的性能、功耗优化。 前沿覆盖：涵盖了RTOS、网络通信、文件系统和OTA等现代嵌入式项目必需的核心技术栈。 本书适合电子信息工程、自动化、计算机科学与技术等专业的学生，以及希望系统性提升嵌入式系统开发能力的工程师和技术爱好者阅读。

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