C51单片机典型模块设计与应用

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页数:331
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出版时间:2008-4
价格:40.00元
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isbn号码:9787111236245
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  • 嵌入式
  • C51单片机
  • 单片机应用
  • 模块设计
  • 嵌入式系统
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具体描述

《C51单片机典型模块设计与应用》以单片机的功能为模块,以外围设备、相关电路设计的实际应用为内容,向读者介绍了如何将单片机硬件、程序和外围器件的选择合理地实施到项目开发中。

《C51单片机典型模块设计与应用》8个章节中的单片机使用的典型实例都是精挑细选后确定的,基本覆盖了单片机的主要应用技术,例如单片机中断和定时器的使用、单片机的输入/输出、单片机的数据采集功能、单片机在控制系统中的应用、单片机的通信以及单片机的算法和信号处理等,并且内容取自于实际应用项目。

嵌入式系统深度解析:基于ARM Cortex-M4的实时控制与物联网应用 本书聚焦于当前嵌入式系统领域的核心技术——基于ARM Cortex-M4内核的微控制器应用开发。它旨在为工程师和高级技术爱好者提供一个全面、深入且极具实践价值的参考手册,涵盖从硬件底层驱动到复杂软件架构设计的全过程。 --- 第一部分:Cortex-M4内核架构与硬件基础 本部分作为全书的基石,详细剖析了ARM Cortex-M4处理器的核心架构及其在现代嵌入式产品中的地位。 第一章:Cortex-M4处理器深度解析 内核架构与流水线: 深入讲解M4的Thumb-2指令集,分析三级流水线的工作原理,探讨其如何实现高效的代码执行和低功耗特性。重点阐述M4相较于M0/M3在数字信号处理(DSP)指令集扩展上的优势及应用场景。 存储器系统与总线矩阵: 详细描述AHB-Lite和APB总线的结构,解析内存保护单元(MPU)的配置与中断向量表的加载机制。对比SRAM、Flash和外部存储器(如SDRAM/QSPI Flash)的访问时序与仲裁机制。 特权级与操作模式: 阐述Handler模式与Thread模式的区别,深度解析特权级(Privileged/Unprivileged)在操作系统和安全应用中的作用。 第二章:高级系统外设初始化与驱动 时钟树与电源管理: 详尽解析复杂的RCC(复位与时钟控制)模块,从HSE/HSI、PLL倍频到低功耗模式(Stop/Standby/Shutdown)的配置与唤醒机制,确保系统在不同工作负载下的能效最优。 中断系统(NVIC): 深入讲解嵌套向量中断控制器(NVIC)的优先级分组、抢占与子优先级设置。提供一套标准化的中断服务程序(ISR)编写规范,确保中断响应的确定性和可预测性。 DMA控制器设计与优化: 重点讲解多通道DMA控制器的寻址模式(Normal/Circular/Peripheral-to-Memory/Memory-to-Memory)。提供高性能数据传输的DMA链式传输(Linked List Mode)实现案例,避免CPU干预下的数据搬运瓶颈。 --- 第二部分:实时数据采集与信号处理 本部分专注于利用M4的DSP能力和先进的定时器资源,实现高精度、高效率的模拟信号处理。 第三章:高精度模数转换(ADC)与信号调理 多通道同步采样技术: 讲解如何利用定时器触发ADC进行规则组与注入组的混合采样,实现对多路传感器数据的同步采集。分析欠采、过采对数字滤波的影响。 片上DSP功能应用: 介绍M4内置的单精度浮点运算单元(FPU)的配置与使用。提供基于CMSIS-DSP库的快速傅里叶变换(FFT)在振动分析或音频处理中的实际应用代码示例。 可编程增益放大器(PGA)与噪声抑制: 探讨如何通过软件控制外部PGA或利用片上内部反馈机制,实现动态范围的有效覆盖,并引入数字滤波算法(如IIR/FIR)对采集信号进行降噪处理。 第四章:高级定时器与脉冲宽度调制(PWM) 事件捕获与时间测量: 详细介绍高级控制定时器(如TIM1/TIM8)的输入捕获模式,用于精确测量外部脉冲的占空比和频率。提供基于输入捕获的频率锁定环(PLL)结构设计思路。 死区插入与互补PWM输出: 深入讲解电机驱动领域必需的互补输出(Complementary Output)和死区时间(Dead Time)的精确控制,这是设计高效、无直通电流的功率级驱动器的关键。 硬件触发(TRGO/TRGO2): 演示如何利用定时器输出信号作为ADC、另一个定时器或DMA的硬件同步触发源,构建复杂的时间同步事件链。 --- 第三部分:通信协议栈与网络集成 本部分将焦点放在如何使嵌入式设备有效地与其他系统或云端进行数据交换。 第五章:可靠的串行与并行通信接口 UART/USART的流控制与波特率自适应: 不仅限于基础的波特率配置,更深入探讨硬件流控制(RTS/CTS)在数据流失控制中的作用,以及如何实现软件或硬件辅助的自动波特率检测。 SPI/I2C的高速与多主模式: 讲解SPI的四种模式选择,重点阐述I2C总线的仲裁机制、多主模式下的冲突解决,以及如何通过I2C的快速模式(FM+)提升外部EEPROM或传感器的数据吞吐量。 CAN总线与实时通信策略: 针对工业控制场景,详细分析CAN协议的数据帧结构、位定时设置与过滤器配置。提供基于CANopen或J1939的通信抽象层设计框架。 第六章:嵌入式TCP/IP与物联网连接 LwIP协议栈的移植与优化: 介绍如何在资源受限的M4平台上高效移植和配置轻量级IP(LwIP)协议栈。重点讲解内存池(Pbuf)管理和TCP/UDP套接字编程的最佳实践。 有线以太网MAC/PHY驱动: 探讨如何驱动外部以太网物理层芯片(如LAN8720),并编写MAC层驱动,使其与LwIP层无缝对接。 安全连接: 介绍基于TLS/SSL的设备安全接入方案,包括如何集成硬件加密加速器(如果可用)或通过软件实现精简版的DTLS/mbedTLS客户端,确保数据传输的机密性和完整性。 --- 第四部分:嵌入式软件工程与实时操作系统(RTOS) 本部分旨在提升代码质量、系统可靠性,并引入多任务并发管理的能力。 第七章:高级内存管理与固件更新 链接脚本深度定制: 教授如何编写和调试自定义的链接脚本(Linker Script),以精确控制代码、数据、堆栈和零初始化数据的在内部Flash/SRAM中的布局,以适应特殊内存映射需求。 非易失性存储(NVM)管理: 详细讲解Flash/EEPROM的擦写周期限制、磨损均衡算法的设计,以及如何安全地在后台进行固件的A/B分区更新(OTA)。 看门狗与系统复位策略: 实施多级看门狗机制(窗口看门狗、独立看门狗),并设计优雅的系统故障恢复流程,确保系统在崩溃后能快速且可控地重启。 第八章:FreeRTOS/RT-Thread 实时多任务管理 任务调度与优先级反转: 深入分析RTOS的上下文切换开销,解释优先级继承/优先级天花板机制如何解决经典的优先级反转问题。 同步机制与资源共享: 详细对比信号量(Semaphore)、互斥锁(Mutex)和消息队列(Queue)在不同场景下的适用性。提供一套避免死锁的代码设计指南。 内存池与动态内存分配: 探讨在RTOS环境下,标准`malloc/free`可能带来的碎片化问题,并推荐使用RTOS提供的内存池(Heap Management)来提升动态内存分配的效率和可靠性。 第九章:调试、测试与性能分析 JTAG/SWD接口高级调试: 讲解如何利用Segger J-Link或ST-Link进行硬件断点设置、数据观察点(Watchpoints)以及内存区域的实时追踪。 无操作系统环境下的调试技巧: 介绍使用“打印调试法”和结合内部SRAM环形缓冲区进行故障日志记录的技术。 代码覆盖率与静态分析: 引入MISRA C规范和Clang-Tidy等工具,对关键代码进行静态分析,提前发现潜在的运行时错误和不符合规范的编程习惯。 --- 本书特色: 1. 代码驱动: 每一章节均配有大量基于主流Cortex-M4芯片(如STM32H7/F4系列)的完整、可编译的示例代码,强调从裸机初始化到高级软件架构的无缝衔接。 2. 架构思维: 侧重于如何设计可扩展、可维护的软件架构,而非简单地罗列寄存器操作。 3. 工业级标准: 融合了嵌入式系统开发中的工程实践和质量控制标准,提升读者的专业素养。

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读后感

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这本书简直是打开了我对C51单片机世界的大门!我一直对嵌入式开发充满好奇,但苦于没有合适的入门书籍,很多理论知识都显得枯燥乏味。直到我偶然发现了《C51单片机典型模块设计与应用》,我的学习热情瞬间被点燃了。书中从最基础的单片机原理讲起,循序渐进地介绍各种典型模块的设计思路和实现方法,比如串口通信、定时器/计数器、外部中断、ADC/DAC转换等等。我特别喜欢书中那种“由浅入深”的讲解方式,每一个模块的介绍都伴随着清晰的原理图、详细的代码示例以及直观的实验现象描述。作者并没有直接抛出复杂的代码,而是先解释清楚每个模块的工作原理,然后再逐步引导读者如何去编写驱动程序,如何将硬件和软件有机地结合起来。我印象最深刻的是关于LED闪烁的章节,虽然很简单,但作者通过多样的闪烁模式,让我理解了定时器和延时函数的精妙之处。还有对I2C和SPI通信的讲解,图文并茂,让我这个初学者也能轻松理解其工作流程和数据传输方式。书中不仅提供了大量的代码片段,更重要的是教会了我如何去理解和分析代码,如何根据实际需求进行修改和扩展。我不再是那个只会复制粘贴代码的“小白”,而是开始能够独立思考,尝试着去解决一些简单的问题。这本书的实用性极强,我甚至觉得它可以作为一本“案头必备”的参考书,很多时候我都能在里面找到我需要的灵感和解决方案。它让我对C51单片机的掌握程度有了质的飞跃,为我后续更深入的学习打下了坚实的基础。

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《C51单片机典型模块设计与应用》这本书带给我的不仅仅是知识,更是一种“解决问题的能力”。它就像是为我量身定做的“武功秘籍”,里面包含了各种应对C51单片机开发挑战的“招式”。我最喜欢的部分是关于各种传感器的接口设计。书中详细讲解了如何连接和驱动DS18B20温度传感器、DHT11温湿度传感器、以及MQ系列气体传感器等等。每一个传感器都配有详细的原理图和完整的驱动代码,让我能够快速地将这些传感器集成到我的项目中。例如,在学习DHT11温湿度传感器的章节时,我不仅学会了如何读取温湿度数据,还理解了其单总线通信协议的时序要求,这让我对数字传感器的通信方式有了更深的认识。让我惊喜的是,书中还涉及了如何与一些更复杂的模块通信,比如GPS模块。虽然GPS模块本身有其复杂的协议,但书中提供了如何与GPS模块进行串口通信,解析其NMEA语句的示例,让我能够利用C51单片机实现定位功能。这种从基础的传感器到稍复杂的模块,都有深入讲解和代码支持的书籍,实属难得。它不仅提升了我对C51单片机的掌握程度,更重要的是,培养了我独立解决实际问题的信心和能力。

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我之所以对《C51单片机典型模块设计与应用》如此推崇,是因为它真正地解决了我在学习C51单片机过程中遇到的“瓶颈”问题。很多时候,我们学习理论知识很容易,但如何将这些理论转化为实际的代码,如何驱动各种外围芯片,却是一个巨大的挑战。这本书在这方面做得非常出色。书中关于ADC和DAC模块的讲解,不仅仅是罗列了寄存器操作,而是详细地分析了不同应用场景下的精度和采样率要求,并提供了相应的代码优化方案。例如,在讲解ADC时,书中考虑到了过采样和平均采样等提高精度的技术,并给出了相应的实现思路。而在DAC部分,书中则探讨了如何生成不同波形的输出,以及如何实现平滑的过渡。让我受益匪浅的是关于CAN总线通信的章节。虽然C51单片机本身不直接支持CAN,但书中通过介绍CAN控制器和协议,让我了解了C51单片机如何与CAN收发器配合,实现CAN通信。这为我后续学习更复杂的通信协议打下了基础。这本书的内容覆盖面广,而且每一个模块的讲解都非常深入,并非点到为止。我感觉每读完一章,我都能掌握一个新的“工具”,并且知道如何在实际项目中运用它。

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坦白说,一开始我选择《C51单片机典型模块设计与应用》是因为我身边很多朋友都在用,口碑确实不错。当我真正翻开这本书的时候,我被它系统而全面的内容所震撼。它不仅仅是一本讲解C51单片机接口技术的书,更像是一本嵌入式系统开发的“百科全书”。作者对每一个典型模块的介绍都做到了深入浅出,而且非常注重理论与实践的结合。例如,在讲解ADC模块时,书中不仅详细阐述了ADC的工作原理、转换过程,还提供了不同采样频率和分辨率下的实际应用案例,让我能够直观地感受到ADC在采集模拟信号时的重要性。让我尤为赞赏的是,书中对各类通信协议的讲解,比如UART、SPI、I2C,不仅清晰地描绘了其通信时序和数据格式,还贴心地给出了多种实际应用场景下的实现代码,比如与EEPROM通信、与传感器通信等等。这些代码示例都经过了作者的精心设计和反复验证,具有很高的参考价值。我曾经尝试过将书中的某个模块代码移植到我自己的项目中,结果非常顺利,这大大增强了我的信心。这本书的排版也非常清晰,图表和代码区域分明,阅读起来不费力。而且,书中还穿插了一些调试技巧和常见问题分析,对于我们这些初学者来说,简直是“及时雨”,能够帮助我们避开很多弯路。总而言之,这本书不仅仅是知识的传授,更是一种解决问题的方法论,让我学会如何系统地分析和解决嵌入式开发中的各种挑战。

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对于我这样一个在职开发者来说,《C51单片机典型模块设计与应用》的价值体现在其高度的实用性和解决实际问题的能力上。这本书的亮点在于它不仅仅停留在理论层面,而是真正地将C51单片机的各种典型模块进行“解剖”并给出“解决方案”。在实际工作中,我们经常会遇到各种各样的硬件接口问题,比如如何精确控制定时器生成PWM信号,如何稳定地采集外部模拟量,如何高效地进行数据传输等等。这本书的出现,就像是为我提供了一份“标准操作指南”。书中对PWM设计的讲解,不仅给出了基本的实现方法,还深入探讨了不同占空比和频率的生成技巧,以及如何避免抖动,这对于伺服电机控制、LED亮度调节等应用至关重要。同样,对于ADC的讲解,书中考虑到了不同应用场景下的采样精度和速度要求,给出了多种优化策略。让我特别受益的是关于数据存储和EEPROM的章节,书中详细讲解了如何读写EEPROM,如何进行数据备份和恢复,这对于需要掉电保存数据的应用非常重要。而且,书中对通信协议的讲解,比如RS485,也让我能够理解如何在复杂的多机通信环境中进行数据交互。这本书的内容非常扎实,不是那种“浮光掠影”式的介绍,而是真正地深入到每一个细节,让我能够充分理解其背后的原理和应用。

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我必须说,《C51单片机典型模块设计与应用》是一本真正能让你“学以致用”的书。作为一名在校大学生,我一直在寻找一本能够真正指导我进行项目实践的书籍,而这本书恰好满足了我的需求。它不是那种只讲理论、缺乏实践指导的书,而是将大量的典型模块设计案例贯穿始终。例如,书中对数码管显示模块的设计,不仅给出了驱动代码,还详细讲解了如何进行动态扫描,如何实现多位数的显示,甚至还提供了一些动画效果的实现思路。这让我对如何通过单片机控制外部设备有了更深刻的认识。我还对书中关于继电器控制和电机驱动的章节印象深刻。作者不仅讲解了这些模块的基本原理,还给出了相应的驱动电路设计和控制代码,让我能够理解如何安全有效地控制大功率设备。最让我惊喜的是,书中还涉及了一些简单的通信协议,比如红外遥控接收和发送。这让我能够将单片机应用到更广泛的领域,比如DIY一些智能家居设备。书中提供的代码都具有很强的可读性和模块化,让我很容易就能理解其逻辑,并且能够根据自己的项目需求进行修改和整合。即使在开发过程中遇到问题,我也能很快地在书中找到相关的参考,这极大地提高了我的开发效率。这本书让我不再感到孤军奋战,而是仿佛有一位经验丰富的导师在我身边指导我。

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《C51单片机典型模块设计与应用》这本书最让我赞赏的一点是其“案例驱动”的学习方式。它不像传统的教科书那样枯燥地罗列知识点,而是通过一个个实际的、典型的模块设计案例来引导读者理解C51单片机的强大功能。当我阅读关于LCD1602液晶显示模块的章节时,我不仅学会了如何初始化它、如何显示字符和汉字,还理解了其扫描原理和指令集。书中提供了不同字符串的显示示例,让我可以轻松地在自己的项目中实现信息展示。同样,关于DS18B20温度传感器接口的设计,书中详细讲解了其单总线通信协议,并提供了读温度值的完整代码。这让我在DIY一个简易的温度监测系统时,能够快速上手。让我印象深刻的还有关于步进电机控制的章节。作者不仅讲解了步进电机的驱动方式,还提供了正反转、变速等多种控制代码,让我能够深入理解如何通过单片机实现精确的位置控制。书中还涉及了一些更复杂的模块,比如RFID读卡器接口,这让我看到了C51单片机在门禁、考勤等领域的应用潜力。每一章的讲解都非常透彻,从硬件原理到软件实现,都提供了详尽的说明和代码示例,让我感觉每学习一个模块,我都在完成一个小型的项目,这种成就感是其他书籍难以给予的。

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《C51单片机典型模块设计与应用》这本书给我的感觉是“有料”且“实用”。它不像市面上很多书籍那样“标题党”,而是实实在在地把C51单片机的各种核心模块进行了深入的讲解。我特别喜欢书中关于外部中断的应用部分。作者不仅仅介绍了如何配置中断,更重要的是讲解了如何处理不同优先级的中断,以及如何避免中断冲突。这对于提高程序的响应速度和稳定性至关重要。例如,书中通过一个实例,展示了如何利用外部中断实现按键输入,并结合定时器中断来实现一个简单的计时器,这让我对中断的综合运用有了更深的理解。我还对书中关于SPI接口的讲解印象深刻。它详细地描述了SPI的主从模式,以及如何进行数据传输。书中提供的与FLASH存储器通信的示例,让我学会了如何利用SPI接口实现数据的读取和写入,这对于我想要扩展单片机存储能力的项目非常有帮助。另外,书中还对I2C总线进行了详细的阐述,包括其握手过程、数据传输方式,以及如何与EEPROM、RTC等芯片进行通信。这些章节的内容都非常详尽,而且代码示例也很完整,让我能够直接借鉴到我的项目开发中。总的来说,这本书提供了一个非常完整的C51单片机模块化开发框架,让我在面对复杂问题时,能够有条不紊地逐个击破。

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《C51单片机典型模块设计与应用》这本书最大的优点在于其“案例的真实性”和“解决方案的有效性”。它不是那种凭空想象的理论书,而是基于实际项目需求,将C51单片机各种典型模块的设计思路和实现方法一一呈现。我曾经尝试过书中关于PWM波生成的例子,用它来控制LED的亮度,效果非常棒。作者不仅给出了基本的PWM代码,还讲解了如何根据需要调整占空比,以及如何通过多路PWM实现更复杂的控制。让我印象深刻的是关于红外通信模块的章节。书中详细讲解了如何对红外接收到的编码进行解码,如何生成标准的红外编码,以及如何发送自定义的指令。这让我能够轻松地DIY一个简易的红外遥控器,控制家里的电器。另外,书中对RTC(实时时钟)模块的讲解也让我学到了很多。它详细介绍了如何与DS1302等RTC芯片进行通信,如何读取和设置时间,以及如何利用RTC实现定时唤醒等功能。这些模块的设计和应用,都非常贴合实际需求,让我能够直接借鉴到我的个人项目或者工作当中。这本书让我感觉自己仿佛拥有了一个“宝藏库”,里面装满了解决各种嵌入式开发问题的“钥匙”。

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我必须强调,《C51单片机典型模块设计与应用》这本书在“模块化设计”理念的贯彻上做得非常出色。它将C51单片机的各种功能划分成独立的模块,每个模块都进行了深入的讲解和详细的代码实现。这使得我在学习过程中,可以有针对性地选择我需要的模块进行学习,而不是被动地接受大量信息。例如,当我需要实现一个简单的串口通信功能时,我可以直接翻阅关于UART模块的章节,里面包含了初始化、发送、接收等完整的代码示例,以及相关的原理说明。当我需要实现一个ADC采样功能时,我也可以快速定位到ADC章节,学习如何配置ADC寄存器,如何进行单次采样和连续采样。让我印象深刻的是书中关于EEPROM存储器的使用。作者不仅讲解了如何读写EEPROM,还探讨了如何进行数据块的擦除和写入,以及如何实现数据的校验和备份。这对于需要长期存储配置参数或者数据的应用非常重要。此外,书中还涉及了一些相对高级的模块,比如SD卡接口的设计,这让我能够通过C51单片机实现大容量数据的存储和读写。这本书的设计思路,让我学会了如何将复杂的功能分解成小的、可管理的部分,然后逐个实现并集成,这是一种非常高效的开发方式。

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