AVR单片机原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:397

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出版时间:2009-1

价格:38.00元

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isbn号码:9787118061062

丛书系列:

图书标签:

• AVR单片机
• 单片机原理
• 嵌入式系统
• C语言
• 电子工程
• 微控制器
• Arduino
• 开发板
• 实践应用
• 电路设计

《嵌入式系统设计：从理论到实践》 本书旨在为读者提供一个全面深入的嵌入式系统设计学习路径，从基础理论的建立，到实际硬件的选型与开发，再到软件的编程与调试，最终实现一个完整的嵌入式应用。本书不局限于任何特定的微控制器系列，而是着重于嵌入式系统设计的通用原理和核心技术，以便读者能够掌握一套灵活、可迁移的学习方法和工程实践能力，从而应对未来不断变化的嵌入式技术发展。 第一部分：嵌入式系统基础 在这一部分，我们将首先为读者构建坚实的理论基础。 什么是嵌入式系统？ 我们将从概念层面阐释嵌入式系统的定义、特点（如专用性、实时性、可靠性、低功耗等）以及其在现代社会中的广泛应用领域，例如消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备、物联网等。通过分析不同领域的典型案例，让读者对嵌入式系统的全貌有一个初步的认识。 嵌入式系统的核心组成：深入剖析嵌入式系统的基本架构，包括微处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM、Flash）、输入/输出（I/O）接口、时钟与电源管理单元等。我们将讨论不同类型处理器（如RISC、CISC）的特点以及它们在嵌入式系统中的选型考量。 微控制器（MCU）入门：介绍微控制器的基本概念、工作原理以及其在嵌入式系统中的关键作用。我们将概述不同种类微控制器的架构差异，例如基于Harvard和Von Neumann架构的区别，以及它们在性能、功耗和成本上的权衡。 数字信号基础：回顾数字信号的基本概念，包括二进制、逻辑门、布尔代数等，这些是理解数字电路和微控制器工作原理的基石。 数据表示与处理：学习整数、浮点数的表示方式，以及位操作、字节序等在嵌入式编程中至关重要的概念。 第二部分：硬件设计与开发 本部分将引导读者走向实践，理解如何将理论知识转化为实际的硬件设计。 电路基础与元器件选型：讲解基本的模拟和数字电路原理，如电阻、电容、二极管、三极管、MOSFET等常用元器件的特性和应用。重点在于如何根据系统需求选择合适的元器件，并考虑其性能、功耗、成本及可靠性。 电源设计与管理：探讨嵌入式系统中的电源需求，包括稳压、滤波、低功耗设计策略，以及不同类型的电源管理芯片（PMIC）的应用。 接口设计与通信协议：详细介绍嵌入式系统中常用的通信接口，如UART、SPI、I2C、USB、CAN、Ethernet等。我们将分析它们的通信原理、电气特性、数据传输格式以及在实际应用中的注意事项。 存储器接口：讲解SRAM、SDRAM、NOR Flash、NAND Flash等存储器的工作原理、接口时序，以及如何连接和驱动外部存储器。 传感器与执行器：介绍各类常用传感器的原理、接口和数据读取方法，例如温度传感器、湿度传感器、加速度计、陀螺仪、光敏电阻等。同时，也讨论如何通过执行器（如电机驱动、继电器、LED等）来控制外部设备。 PCB设计基础：简要介绍印刷电路板（PCB）的设计流程，包括原理图绘制、PCB布局布线的基本原则，以及信号完整性、电源完整性等关键考虑因素。 嵌入式开发板介绍与使用：介绍市面上常见的嵌入式开发板，如树莓派、Arduino、STM32 Nucleo板等，并指导读者如何搭建开发环境，进行初步的硬件测试。 第三部分：软件开发与系统编程 硬件的设计最终需要软件来实现功能，本部分将聚焦于嵌入式软件的开发。 C语言在嵌入式开发中的应用：深入讲解C语言中与嵌入式开发相关的特性，如指针、结构体、位域、内存管理、寄存器操作等。强调掌握如何在裸机环境下进行C语言编程。 汇编语言入门：介绍汇编语言的基本概念，以及在特定场景下（如启动代码、中断服务例程、性能优化）使用汇编语言的必要性。 固件开发流程：详细阐述从代码编写、编译、链接到下载、烧录的整个固件开发流程。 裸机编程：讲解如何在不依赖操作系统的情况下，直接通过访问微控制器寄存器来控制硬件。这包括GPIO控制、定时器配置、中断处理、ADC/DAC使用等。 中断系统：深入理解中断的概念、中断向量表、中断服务函数（ISR）的编写，以及如何利用中断提高系统的响应效率和实时性。 驱动程序开发：学习如何为各种外设（如显示屏、键盘、存储器、通信接口）编写驱动程序，使应用层能够方便地调用硬件功能。 实时操作系统（RTOS）：介绍实时操作系统（RTOS）的基本概念、任务管理、进程间通信（IPC）、同步机制、内存管理等核心内容。讲解RTOS如何帮助开发者构建更复杂的、具有实时响应要求的嵌入式应用，例如FreeRTOS、RT-Thread等。 Bootloader：理解Bootloader的作用，包括系统初始化、固件更新等，并学习其基本原理和实现方法。 第四部分：嵌入式系统应用与实践 本部分将通过实际案例，帮助读者将所学知识融会贯通，并提升解决实际问题的能力。 调试技术与工具：介绍常见的嵌入式调试技术，如串口打印调试、硬件调试器（JTAG/SWD）的使用，以及相关的调试工具（如GDB、IDE自带调试器）。 内存管理与优化：讲解嵌入式系统中常见的内存问题，如内存泄漏、野指针等，并介绍内存优化策略，如静态内存分配、内存池等。 低功耗设计：探讨嵌入式系统的低功耗设计方法，包括硬件休眠模式、软件省电策略，以及如何利用低功耗元器件。 项目实战演练：通过几个具有代表性的嵌入式项目，如智能家居控制节点、数据采集系统、简单的机器人控制等，引导读者完成从需求分析、硬件选型、软件设计到最终实现的完整过程。每个项目都将突出不同的技术重点和挑战。 嵌入式Linux入门：在本书的最后，将简要介绍嵌入式Linux系统的基本概念、交叉编译环境的搭建、以及如何在嵌入式设备上移植和运行Linux系统，为读者进一步深入嵌入式领域提供指引。 本书力求理论与实践相结合，通过大量的图示、伪代码和工程示例，帮助读者理解复杂的概念，掌握关键的技术。无论您是初学者还是有一定基础的开发者，本书都将为您提供一套系统、实用的嵌入式系统设计知识体系，助您在嵌入式开发的道路上稳步前行。

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说实话，这本书的实用性超出了我的预期。我本来以为它会沉溺于理论的海洋，但实际内容却紧密贴合实际工程中的痛点。书中关于外设接口（如SPI、I2C和USART）的章节，简直就是一本实战手册。它没有回避实际应用中经常遇到的波特率计算误差、电平转换的陷阱，以及数据同步失败的常见原因。作者分享的那些“踩坑经验”，对于我们这些在项目现场摸爬滚打的人来说，简直是雪中送炭。更让我惊喜的是，书中对调试技巧的探讨。它详细介绍了如何利用示波器和逻辑分析仪来验证协议的时序图，并给出了一系列基于软件的诊断方法，极大地提高了我的故障排查效率。我记得有一次项目卡在了一个恼人的通信错误上好几天，最后就是通过书中提及的一个特定时钟同步小技巧才得以解决。这本书的价值，不在于它教了多少知识点，而在于它教会了如何解决真实世界中的工程问题。

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我接触过市面上不少关于这类微控制器的书籍，但很少有能像这本书一样，将理论体系构建得如此富有层次感和逻辑递进性。它并没有一开始就抛出复杂的应用实例，而是循序渐进地从最基础的CPU架构、指令集（虽然是汇编层面），逐步过渡到高级的C语言编程范式。这种由浅入深、步步为营的结构，保证了读者在进入更复杂的模块学习之前，已经对底层的运作机制有了扎实的掌握。书中对于不同程序存储区域（如Flash、EEPROM和SRAM）的特点和使用限制的对比分析，体现了作者对整个系统资源管理的深刻理解。它教会我的不仅仅是如何让程序跑起来，更重要的是如何写出高效、健壮、资源利用率最大化的代码。这种对系统整体观的培养，对于任何想从事嵌入式系统开发的专业人士来说，都是极其宝贵的财富。

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这本书的排版和图文结合的方式，极大地提升了阅读体验。很多技术书籍往往因为图示过于简陋或缺失，导致读者理解抽象概念时困难重重。然而，这本书在这方面做得非常出色，每一个关键电路结构和信号流程图都绘制得清晰明了，线条分明，逻辑关系一目了然。尤其是当涉及到复杂的内部总线架构和存储器映射时，作者精心设计的结构图，就像一张清晰的导航地图，让我轻松地找到了各个功能模块的“入口”和“路径”。此外，源码示例的注释详尽程度也令人赞叹，它不仅仅是翻译了代码的功能，而是深入解释了为什么选择这种特定的操作顺序或位操作组合，这种“知其所以然”的讲解，让代码本身也成为了学习的载体。这种注重细节的匠心，使得本书在浩如烟海的嵌入式教材中脱颖而出，让枯燥的技术学习过程变得相对愉悦和高效。

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这本书的选材和案例的典型性，反映了作者丰富的行业经验。它没有停留在官方数据手册的简单复述上，而是精心挑选了那些在实际项目中应用频率最高、最能体现该系列MCU特点的核心功能进行深度挖掘。例如，在介绍ADC模块时，书中不仅讲解了转换原理，还重点分析了诸如“采样保持时间”和“量化噪声”对最终测量精度的影响，这正是许多初学者在实际项目中常常忽略的关键点。再者，书中对低功耗模式的讲解也极其到位，它详细对比了不同睡眠模式下的电流消耗和唤醒延迟，这对于设计便携式、电池供电设备的工程师来说，提供了直接可用的决策依据。阅读本书的过程，就像是有一位经验丰富、做事一丝不苟的资深工程师在你身边进行一对一的辅导，时刻提醒你注意那些容易被忽略的工程细节和性能边界。

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这本书的讲解方式简直是教科书级别的范本，它把复杂的概念拆解得如此清晰透彻，即便是像我这样初次接触微控制器领域的“小白”，也能毫不费力地跟上作者的思路。书中对于寄存器操作的阐述尤其到位，每一个位（bit）的含义和影响都被详尽地分析，让人能真正理解底层硬件是如何被软件控制的。例如，在介绍定时器/计数器模块时，作者不仅给出了公式，更结合实际应用场景，一步步演示如何精确计算所需的时间常数，这种“授人以渔”的教学方法，远胜于那些只罗列代码和结果的书籍。我特别欣赏它对中断机制的处理，那种对优先级和冲突解决的深入剖析，为我后续进行实时性要求高的项目打下了坚实的理论基础。读完相关的章节后，我感觉自己不再是简单地调用库函数，而是真正掌握了与MCU“对话”的底层语言。这本书对于那些希望从“会用”晋升到“精通”的工程师和学生来说，无疑是一份不可多得的宝贵资源，其严谨性和深度绝对值得反复研读。

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