Microprocessor and Microcontroller Fundamentals pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:William Kleitz

出品人:

页数:262

译者:

出版时间:1997-08-21

价格:USD 143.60

装帧:Paperback

isbn号码:9780132628259

丛书系列:

图书标签:

• Microprocessor
• Microcontroller
• Digital Electronics
• Embedded Systems
• Computer Architecture
• Fundamentals
• Engineering
• Technology
• Electronics
• Hardware

《嵌入式系统设计导论：从理论到实践》 本书旨在为初学者和有一定基础的工程师提供一个全面而深入的嵌入式系统设计入门。我们将从最基础的数字逻辑和计算机组成原理出发，循序渐进地剖析嵌入式系统的核心组件和工作机制。 第一部分：数字逻辑与微处理器基础 我们将首先回顾二进制、逻辑门、布尔代数等数字电路的基本概念，这是理解任何数字系统运作的基石。随后，我们将深入探讨组合逻辑和时序逻辑电路的设计，学习如何使用触发器、计数器、寄存器等基本单元构建更复杂的电路。 在微处理器基础方面，我们将详细介绍CPU的架构，包括指令集、流水线、寄存器组、内存管理单元（MMU）以及中断系统。通过分析经典微处理器的指令集架构（ISA），例如RISC-V或ARM的早期指令集，我们将理解指令如何被解码、执行以及与内存交互。我们将详细讲解CPU如何获取指令、解码指令、执行指令以及将结果写回寄存器或内存的整个过程。此外，我们还会深入探讨中断的产生机制、中断向量表、中断服务程序（ISR）的编写和执行流程，以及中断优先级等关键概念，理解中断对于实时响应外部事件的重要性。 第二部分：嵌入式系统的硬件构成与接口技术 本部分将聚焦于嵌入式系统中常见的硬件模块及其工作原理。我们会详细介绍各种类型的存储器，包括RAM（SRAM, DRAM）、ROM（PROM, EPROM, EEPROM, Flash Memory）的特性、工作原理以及在嵌入式系统中的应用。我们将讨论内存接口的时序和协议，以及如何根据应用需求选择合适的存储器。 此外，我们还会深入讲解嵌入式系统中不可或缺的各种外围设备接口。这包括： 通用输入/输出（GPIO）： 学习如何配置GPIO引脚作为输入或输出，如何读取和写入数字信号，以及GPIO的复用功能。 串行通信接口： 详细介绍UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）和I2C（集成电路互联）的总线协议、数据传输方式、时序要求以及在实际应用中的配置和使用。我们将通过实例说明如何使用这些接口与传感器、显示器、其他芯片等进行通信。 并行通信接口： 探讨像并行端口（如8位、16位数据总线）的工作原理，以及其在连接打印机、旧式设备时的应用。 模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）： 学习ADC如何将模拟信号转换为数字信号，ADC的采样率、分辨率、转换精度等关键参数，以及DAC如何将数字信号转换为模拟信号。我们将介绍不同的ADC/DAC架构（如逐次逼近型、Σ-Δ型）及其适用场景。 定时器/计数器： 讲解定时器/计数器在生成PWM信号、测量时间间隔、产生周期性中断等方面的应用，以及如何配置其工作模式。 中断控制器： 深入研究中断控制器的作用，包括如何接收、识别、屏蔽和路由中断请求，以及中断向量和优先级管理。 第三部分：嵌入式软件开发入门 理解硬件基础后，我们将进入嵌入式软件开发的核心。本部分将介绍嵌入式软件开发的基本流程，包括代码编写、编译、链接和调试。 C语言在嵌入式开发中的应用： 强调C语言在嵌入式系统中的重要性，包括指针、位操作、内存管理、结构体等高级特性在驱动程序和底层应用开发中的应用。我们将通过实际代码示例展示如何利用C语言的强大功能来控制硬件。 汇编语言的基础： 简要介绍汇编语言的作用，包括其与机器码的对应关系，以及在特定场景下（如启动代码、性能关键部分）的必要性。 集成开发环境（IDE）与工具链： 介绍常见的嵌入式开发IDE（如Keil MDK, IAR Embedded Workbench, Eclipse CDT）以及交叉编译工具链（compiler, assembler, linker, debugger）的工作原理和使用方法。 驱动程序开发： 学习如何编写设备驱动程序，将硬件抽象成软件接口，使上层应用能够方便地使用硬件功能。我们将从简单的GPIO驱动开始，逐步深入到更复杂的通信接口驱动。 调试技术： 掌握使用仿真器（emulator）、调试器（debugger）以及示波器、逻辑分析仪等硬件调试工具来定位和解决嵌入式系统中的软件和硬件问题。我们将介绍断点、单步执行、内存查看、变量监视等常用的调试手段。 第四部分：实时操作系统（RTOS）概念与应用 对于复杂的嵌入式系统，使用实时操作系统（RTOS）是提高效率和管理复杂性的关键。 RTOS的核心概念： 介绍任务（Task）、任务状态、任务调度（优先级调度、时间片轮转等）、任务间通信（信号量、互斥锁、消息队列、事件标志组）、中断与RTOS的交互等RTOS的基本概念。 RTOS的体系结构： 简要介绍RTOS的内核（Kernel）、设备驱动层、文件系统层（如果适用）等组成部分。 RTOS应用实例： 通过一个简单的RTOS示例（例如FreeRTOS），演示如何创建和管理任务，如何进行任务间同步和通信，以及如何实现一个简单的多任务应用程序。我们将展示如何利用RTOS来处理并发事件和管理系统资源。 第五部分：嵌入式系统设计实例与实践 本部分将通过几个具体的嵌入式系统设计案例，将前面学到的知识融会贯通，并提供实践指导。 传感器数据采集系统： 结合ADC、GPIO和串行通信接口，设计一个采集温度、湿度等传感器数据的系统，并将数据通过UART发送到上位机。 LED闪烁与PWM控制： 利用定时器/计数器和GPIO，实现LED的闪烁以及PWM信号的生成，用于控制电机速度或LED亮度。 简单的用户界面设计： 结合按键输入（GPIO）、LCD显示（SPI或并行接口）和中断，设计一个简单的用户交互界面。 物联网（IoT）节点初步： 介绍如何将一个简单的嵌入式系统与无线通信模块（如Wi-Fi或蓝牙）连接，并将其作为物联网节点发送数据。 本书将理论与实践相结合，通过丰富的代码示例、详细的图表和清晰的讲解，帮助读者建立扎实的嵌入式系统设计知识体系，并为进一步深入学习和开发更复杂的嵌入式项目打下坚实的基础。我们将重点强调如何从全局角度理解嵌入式系统的设计，如何选择合适的硬件和软件技术来解决实际问题，以及如何进行高效的开发和调试。

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在我阅读这本书之前，“微处理器”和“微控制器”对我来说，只是电子产品中的两个神秘而高级的部件。然而，这本书就像一盏明灯，照亮了我探索这些复杂系统内部的道路。我特别喜欢作者对数据表示和运算方式的讲解。他不仅仅是罗列二进制、十六进制这些概念，而是通过生动的例子，比如不同数据类型在内存中的存储方式，以及它们如何进行运算，让我对数据的本质有了更深刻的理解。我记得当时我花了很长时间去理解溢出和负数表示的问题，作者的耐心解释和清晰图示，让我终于豁然开朗。接着，他对指令集的详细分析，更是让我大开眼界。他没有仅仅列出指令，而是深入到每一条指令的执行过程，以及它如何影响CPU的状态。这种对细节的关注，让我能够更准确地理解CPU的工作原理。此外，书中关于内存管理和I/O接口的章节，也让我对嵌入式系统的整体架构有了更清晰的认识。我开始理解，CPU是如何通过各种接口与外部世界进行交互，如何存储和读取数据，以及如何与其他组件协同工作。这本书为我打开了一个全新的视角，让我看到了电子设备背后隐藏的复杂而精密的计算逻辑。

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这本书给我带来的震撼，绝不仅仅是知识的堆积，更像是一次彻底的思维重塑。在我打开它之前，对“微处理器”和“微控制器”的理解，就像一个模糊的概念，停留在“高科技”的象牙塔里，可望而不可即。但这本书，如同一位耐心而技艺精湛的导师，循序渐进地剥开了这些神秘的面纱。我记得最初阅读关于基本逻辑门的部分时，我曾以为这只是枯燥的理论，但作者用生动形象的比喻，比如电子开关的“开”与“关”，将复杂的二进制逻辑梳理得清晰无比。接着，随着章节的深入，我开始理解这些简单的逻辑门如何组合成更复杂的电路，如何构成加法器、减法器，甚至如何处理数据的存储和读取。书中的图示清晰得令人赞叹，每一个电路图都仿佛拥有生命，让我能够直观地看到电流的流向和信号的变化。尤其让我印象深刻的是关于时序控制的讲解，那种精确到纳秒级的同步和协调，让我第一次体会到计算机内部运作的严谨与精妙。这本书并没有止步于理论的层面，它还非常巧妙地引入了一些实际的应用场景，让我能够将学到的知识与现实世界联系起来。例如，在介绍寄存器时，作者不仅仅解释了它的功能，还结合了一个简单的计数器案例，让我看到了数据如何在寄存器之间流动，如何被处理和更新。这种理论与实践相结合的方式，极大地激发了我进一步探索的兴趣。读完这部分，我感觉自己不再是对微处理器和微控制器一无所知的新手，而是已经掌握了打开这个领域大门的钥匙，有能力去理解更深层次的技术细节了。

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这本书带给我的，不仅仅是知识的获取，更是一种思维的启迪。我尤其欣赏作者在讲解数据通路和控制通路时，那种层层递进的分析方法。他并没有一开始就抛出复杂的图表，而是先从最基础的CPU架构入手，逐步剖析CPU内部是如何工作的。我记得当时我花了很长时间去理解CPU如何执行一条指令，从指令的获取、解码到执行，每一步的解析都清晰而富有条理。而且，书中关于中断和异常处理的章节，也让我对嵌入式系统的鲁棒性有了更深刻的认识。作者详细介绍了中断的产生、响应和返回过程，以及如何编写高效、可靠的中断服务程序。这种对系统稳定性以及应对突发情况的关注，让我受益匪浅。总而言之，这本书不仅仅是关于微处理器和微控制器的技术讲解，更是一本能够引导读者深入思考，培养解决问题能力的优秀读物。

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这本书的价值，远不止于传授知识，更在于它激发了我对底层技术的好奇心。我尤其欣赏作者在讲解微控制器外设时，那种“授人以渔”的教学方式。他没有直接给出现成的代码，而是先详细解释了每个外设的工作原理，比如定时器的工作模式、ADC的采样过程、UART的通信协议等等。然后，他会引导读者思考，如何利用这些原理来实现特定的功能。我记得当时我尝试着去理解定时器的工作原理，从最基本的计数功能，到如何实现PWM输出，每一个步骤的解析都清晰而富有条理。通过反复阅读和实践，我逐渐能够自己设计和实现一些简单的功能。而书中关于中断和异常处理的章节，更是让我认识到了编写健壮嵌入式程序的重要性。作者详细讲解了中断的优先级、中断向量表以及如何编写高效的中断服务程序。这种对系统稳定性和可靠性的强调，让我受益匪浅。总而言之，这本书不仅仅是关于微处理器和微控制器的技术手册，更是一本激发思考、培养实践能力的宝典。

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这本书的深度和广度，让我对“微处理器”和“微控制器”这一概念的理解，从模糊的轮廓逐渐变得清晰而立体。我尤其喜欢作者在讲解数据通路和控制通路时所采用的结构化分析方法。他没有直接抛出复杂的图表，而是先从最基础的CPU架构入手，一层一层地剖析CPU内部是如何工作的。我清晰地记得关于指令集的讨论，作者不仅介绍了不同类型的指令，还详细解释了每一条指令是如何被CPU解码、执行，最终影响到寄存器和内存的状态。这种由宏观到微观的讲解方式，让我能够逐步建立起对CPU工作流程的整体认知。而当他深入到微控制器部分时，那种对于特定外设的详尽描述，更是让我大开眼界。I/O端口的设计、中断处理机制、定时器的工作原理，这些内容都带着一种“解剖”式的细致。我尤其惊叹于作者对于中断处理的阐述，那种在程序运行过程中，外部事件如何打断当前任务，CPU如何快速响应并执行中断服务程序，最后又如何精确地恢复到原任务的细节，真的是鞭辟入里。书中的例子，无论是简单的GPIO控制，还是稍显复杂的ADC采样，都给了我一种“原来如此”的顿悟感。通过这些案例，我不再仅仅是被动地接受知识，而是开始尝试着去思考，如何在实际的项目中应用这些原理。这本书为我打开了一个全新的视角，让我看到了电子设备背后隐藏的强大计算能力和精密的控制逻辑，这种成就感是难以言喻的。

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我曾经以为，学习微处理器和微控制器，会是一条布满枯燥公式和抽象概念的艰难道路，但这本书的出现，彻底改变了我的看法。作者的叙述方式，与其说是在“教”，不如说是在“引导”。他并没有预设读者已经拥有深厚的基础，而是从最基本、最容易理解的概念讲起，然后逐步引导我们深入到更复杂的层面。我尤其欣赏他对于内存组织和寻址方式的讲解。在很多教材中，这部分往往是令人头疼的，但这本书通过形象的比喻，比如将内存想象成一栋高楼，每个单元就像一个房间，而地址就是房间的门牌号，一下子就让这个抽象的概念变得生动起来。接着，他详细介绍了不同类型的寻址方式，如立即寻址、直接寻址、间接寻址等等，并且用清晰的示例说明了它们在实际操作中的区别和应用场景。这种深入浅出的讲解，让我对数据的存取方式有了更透彻的理解。而且，书中关于总线接口的描述，也让我认识到了不同组件之间是如何通过“沟通”来协同工作的。数据总线、地址总线、控制总线的概念，以及它们在数据传输过程中的作用，都被描绘得栩栩如生。我甚至开始能够想象，在CPU执行一条指令时，数据是如何在这些总线上流动，指令又是如何被精确地传递和执行的。这本书不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的启蒙，让我开始学会从宏观到微观，从整体到局部地去分析和理解一个复杂的系统。

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这本书的魅力，在于它能够将看似高深莫测的微处理器和微控制器技术，以一种平易近人的方式展现出来。我尤其喜欢作者在讲解数据表示和运算时，那种清晰明了的逻辑。他从最基础的二进制、十六进制开始，逐步讲解了各种数据类型在内存中的表示方式，以及它们如何进行运算。我清晰地记得，在理解溢出和负数表示的部分，作者的耐心解释和清晰图示，让我终于豁然开朗。接着，他对指令集的详细分析，更是让我大开眼界。他没有仅仅列出指令，而是深入到每一条指令的执行过程，以及它如何影响CPU的状态。这种对细节的关注，让我能够更准确地理解CPU的工作原理。此外，书中关于内存管理和I/O接口的章节，也让我对嵌入式系统的整体架构有了更清晰的认识。我开始理解，CPU是如何通过各种接口与外部世界进行交互，如何存储和读取数据，以及如何与其他组件协同工作。这本书为我打开了一个全新的视角，让我看到了电子设备背后隐藏的复杂而精密的计算逻辑。

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这本书带给我的，不仅仅是关于微处理器和微控制器的知识，更是一种解决问题的系统性思维。我特别欣赏作者在介绍汇编语言时，那种循序渐进的教学方法。他并没有一开始就抛出大量的指令代码，而是先解释了汇编语言的必要性，以及它与高级语言之间的关系。然后，他从最简单的指令开始，比如数据传送指令，一步一步地讲解了各种指令的格式、功能和使用场景。我记得当时我尝试着自己写了一些简单的汇编程序，虽然起初有些磕磕绊绊，但通过书中的示例和解释，我很快就掌握了如何使用寄存器、如何进行内存访问，以及如何实现基本的流程控制。这种“动手实践”的学习方式，让我对汇编语言有了更深刻的理解，也让我体会到了底层编程的乐趣。更让我受益匪浅的是，书中关于中断和异常处理的章节。作者不仅解释了中断的原理，还详细介绍了如何编写中断服务程序，以及如何处理各种异常情况。这种对系统稳定性和鲁棒性的关注，让我认识到，在设计和开发嵌入式系统时，这些细节至关重要。通过这本书，我不再仅仅是了解了微处理器和微控制器是什么，而是开始学会如何去“指挥”它们，如何让它们按照我的意愿去工作。

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这本书的优点，在我看来，在于它能够将如此复杂的技术，以一种令人易于接受的方式呈现出来。我特别喜欢作者在讲解CPU结构时，那种由简入繁的逻辑。他从最基础的寄存器、ALU这些单元开始，逐步构建起整个CPU的框架。我清晰地记得，在学习指令解码和执行的部分，作者用了非常形象的比喻，将CPU比作一个繁忙的指挥官，而指令就是它收到的命令。然后，他详细解释了指令是如何被翻译、执行，并最终影响到CPU的状态。这种生动的讲解方式，让我能够轻松地理解CPU的核心工作机制。而且，书中关于中断和异常处理的章节，更是让我认识到，在实际的嵌入式系统设计中，如何应对突发情况和错误是多么重要。作者详细介绍了中断的产生、响应和返回过程，以及如何编写高效、可靠的中断服务程序。这种对系统稳定性的关注，让我受益匪浅。总而言之，这本书为我打开了一个全新的世界，让我看到了电子设备背后隐藏的强大计算能力和精密的控制逻辑。

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我一直对电子设备内部的“大脑”充满好奇，但总觉得那是遥不可及的技术。这本书，就像一把钥匙，为我打开了通往这个神秘领域的大门。我特别喜欢作者在讲解CPU核心部分时，那种抽丝剥茧般的分析。他没有直接跳入复杂的指令执行流程，而是先从CPU的基本组成部分——算术逻辑单元（ALU）、控制单元、寄存器等——一一介绍。我清晰地记得，在学习ALU时，作者通过几个简单的逻辑运算和算术运算的例子，让我直观地理解了CPU是如何进行加减乘除以及逻辑判断的。这种从最基础的运算单元开始讲解的方式，让我能够牢固地掌握CPU的核心功能。接着，他循序渐进地讲解了控制单元的作用，以及它是如何通过解读指令来 orchestrate 整个CPU的运行。当我读到关于指令流水线的部分时，我更是惊叹于CPU的执行效率。作者用生动的比喻，将流水线比作工厂的生产线，解释了如何通过并行处理来提高指令的吞吐量，这让我对现代CPU的高性能有了更深刻的认识。而且，书中关于中断和异常处理的章节，也让我理解了CPU是如何应对突发情况和错误。这种对CPU内部工作机制的深入剖析，让我感到自己不再是那个对电子设备运行原理一无所知的人，而是开始掌握了理解它们运作的核心知识。

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