51单片机应用开发速查手册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电出版社

作者:王守中

出品人:

页数:463 页

译者:

出版时间:2009-4

价格:39.00元

装帧:平装

isbn号码:9787115195654

丛书系列:

图书标签:

• 51单片机
• 单片机应用
• 嵌入式系统
• 开发手册
• 电子工程
• C51
• 硬件设计
• 软件编程
• 快速参考
• 实用指南

《嵌入式系统原理与实践：从硬件到软件的深度解析》 内容简介 本书是一部系统阐述嵌入式系统核心概念、关键技术及实际应用开发的专业著作。内容涵盖了从底层硬件原理到上层软件设计的全过程，旨在为读者提供一个扎实而全面的嵌入式系统知识体系。本书不仅注重理论的严谨性，更强调实践的可操作性，通过丰富的实例和详细的讲解，引导读者逐步掌握嵌入式系统开发的各个环节。 第一篇：嵌入式系统基础 本篇将深入剖析嵌入式系统的基本构成、工作原理及其与通用计算系统的差异。 第一章：嵌入式系统概述 1.1 什么是嵌入式系统？ 定义与特征：讲解嵌入式系统的核心特征，如专用性、实时性、低功耗、高可靠性等，并分析其在现代科技中的广泛应用领域，如消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备、物联网等。 与通用计算系统的区别：通过对比处理器架构、操作系统、存储方式、功耗管理、接口类型等，清晰界定嵌入式系统与PC、服务器等通用计算设备的本质区别。 发展趋势：探讨嵌入式系统向着智能化、网络化、低功耗化、集成化等方向的发展趋势。 1.2 嵌入式系统的硬件构成 微处理器/微控制器（MPU/MCU）：详细介绍不同类型的处理器核心（如ARM、RISC-V、MIPS等）的架构特点、指令集、流水线技术，以及MCU的集成优势，包括CPU、RAM、ROM、I/O端口、定时器/计数器、中断控制器等。 存储器系统： 内存（RAM）：讲解SRAM、DRAM的结构、读写时序、刷新机制，以及其在系统中的作用。 只读存储器（ROM）：介绍PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory的工作原理、特点及应用场景，重点阐述Flash Memory在固件存储中的地位。 外围存储器：讲解SD卡、eMMC、NAND/NOR Flash等外部存储介质的接口协议、读写方式及其在嵌入式设备中的应用。 输入/输出（I/O）接口： 通用输入/输出（GPIO）：介绍GPIO端口的工作模式（输入、输出、开漏、上拉/下拉）、寄存器配置及软件控制方法。 串行通信接口： UART/USART：讲解异步串行通信协议，包括波特率、数据位、停止位、校验位，以及其在设备间通信中的应用。 SPI：介绍同步串行通信协议，包括主从模式、时钟极性与相位（CPOL/CPHA），及其高速数据传输优势。 I2C：讲解两线串行通信协议，包括主从地址、ACK/NACK机制，及其在连接多个外设上的应用。 并行通信接口：介绍并行总线接口（如8位/16位数据总线），其读写时序和应用场景（如驱动LCD）。 其他常用接口：USB（Host/Device）、CAN、Ethernet、SDIO等接口的原理与应用概述。 传感器与执行器：介绍各类传感器（温度、湿度、光照、加速度、陀螺仪、压力等）的工作原理、信号输出方式，以及执行器（电机驱动、继电器、LED等）的控制方法。 电源管理单元（PMU）：讲解低功耗设计技术，如时钟门控、睡眠模式、掉电保持等，以及电源管理单元的作用。 1.3 嵌入式系统的软件构成 固件（Firmware）：解释固件是嵌入式设备的“灵魂”，其存放位置（Flash Memory）和更新机制。 操作系统（OS）： 裸机开发（Bare-metal）：介绍在没有OS的情况下，直接与硬件交互的开发模式，及其局限性。 实时操作系统（RTOS）：讲解RTOS的核心概念，如任务、调度器、信号量、互斥锁、消息队列、事件标志等，以及RTOS在多任务并发、资源共享、时间严格性方面的优势。重点介绍主流RTOS（如FreeRTOS, RT-Thread, VxWorks）的设计理念和特点。 嵌入式Linux：介绍嵌入式Linux的架构，包括Bootloader、Kernel、Root File System、Application，以及交叉编译环境的搭建和应用开发流程。 驱动程序：讲解设备驱动程序的作用，如何屏蔽硬件差异，为上层应用提供统一的接口。 中间件：介绍中间件的功能，如文件系统、网络协议栈（TCP/IP）、图形用户界面（GUI）库等，以及它们在简化应用开发中的作用。 应用程序：讲解用户直接交互的应用层软件，其功能实现和与下层组件的交互方式。 第二篇：嵌入式硬件核心技术 本篇将聚焦嵌入式系统中至关重要的硬件组件，深入探究其工作原理与设计要点。 第二章：微控制器（MCU）深入解析 2.1 MCU架构与工作流程 CPU核心：不同指令集（CISC, RISC）的对比，流水线技术与性能提升。 内部总线与通信：理解CPU、内存、外设之间的总线结构与数据传输方式。 中断系统：详细讲解中断的产生、中断向量表、中断服务程序（ISR）的设计，以及中断优先级与中断嵌套。 时钟系统：介绍晶振、PLL（锁相环）等时钟源，以及时钟频率对系统性能和功耗的影响。 2.2 存储器接口与管理 内部存储器：Flash和RAM的内部结构、访问时序，以及程序加载与运行过程。 外部存储器接口：讲解如何连接和配置外部Flash（如SPI Flash）和RAM，以及通过内存映射实现访问。 2.3 定时器/计数器 工作模式：讲解定时、计数、PWM生成、输入捕获等不同工作模式。 应用实例：PWM在电机调速、LED亮度控制中的应用，定时器在精确延时、事件触发中的作用。 2.4 ADC（模数转换器） 工作原理：解析SAR（逐次逼近型）、Delta-Sigma等ADC的工作原理。 关键参数：分辨率、采样率、线性度、参考电压等。 应用：读取传感器模拟信号（如温度、电压）的采集。 2.5 DAC（数模转换器） 工作原理：介绍R-2R梯形网络、PWM输出等DAC实现方式。 应用：生成模拟信号（如音频输出）。 2.6 DMA（直接内存访问） 工作原理：讲解DMA如何绕过CPU直接在内存和外设之间传输数据，减轻CPU负担。 应用：高速数据传输，如ADC/DAC数据批量传输。 第三章：外设接口与通信协议 3.1 UART/USART高级应用 波特率生成与误差分析。 数据帧格式与校验机制。 DMA与中断结合实现高效数据传输。 3.2 SPI接口实战 主/从模式配置详解。 CPOL/CPHA组合与通信数据时序。 与其他SPI设备的通信（如SD卡、传感器）。 3.3 I2C总线深度探讨 多主/多从设备连接与仲裁。 地址解析与数据传输协议。 EEPROM、IO扩展器等I2C设备的驱动开发。 3.4 USB接口（Device模式） USB协议栈概述（Enumeration, Descriptor, Endpoint）。 CDC（通信设备类）、HID（人机接口设备）等常用Class。 USB设备端驱动程序的编写要点。 3.5 CAN总线在嵌入式系统中的应用 CAN协议的特点（高可靠性、多主）。 CAN报文结构与通信流程。 在汽车电子、工业自动化中的应用。 3.6 Ethernet接口连接与配置 MAC/PHY层的工作原理。 TCP/IP协议栈在嵌入式设备上的移植与应用。 网络通信应用（如HTTP服务器、MQTT客户端）。 第三篇：嵌入式软件开发技术 本篇将聚焦嵌入式软件的开发流程、关键技术和调试方法。 第四章：嵌入式软件开发环境与流程 4.1 交叉编译环境搭建 交叉编译器（GCC）的选择与安装。 目标板的工具链配置。 构建系统（Makefile, CMake）的使用。 4.2 启动过程解析 Bootloader的作用与类型（如U-Boot）。 程序从Flash加载到RAM运行的过程。 链接脚本（Linker Script）的编写与理解。 4.3 固件下载与调试 JTAG/SWD调试接口。 调试器（如GDB, OpenOCD）的使用。 在线仿真与断点调试。 4.4 RTOS应用开发 FreeRTOS/RT-Thread核心API讲解。 任务创建、删除与状态管理。 任务间通信与同步机制（信号量、消息队列、互斥锁）。 中断与RTOS的结合。 4.5 嵌入式Linux应用开发 根文件系统的构建（Buildroot, Yocto）。 用户空间应用程序开发（C/C++）。 Linux驱动程序开发入门。 进程间通信（IPC）机制。 第五章：嵌入式设备驱动开发 5.1 驱动程序的基本结构与原理 硬件抽象层（HAL）的设计思想。 设备模型与接口。 5.2 GPIO驱动开发 初始化、设置方向、读写操作。 中断触发与处理。 5.3 串口通信驱动 波特率、数据格式配置。 发送/接收缓冲区管理。 中断驱动的发送/接收。 5.4 I2C/SPI设备驱动 与硬件控制器交互的API。 针对特定设备的驱动实现。 5.5 RTOS下的驱动开发 驱动程序与RTOS任务的集成。 驱动程序作为服务提供给上层应用。 第六章：嵌入式系统中的高级主题 6.1 低功耗设计与优化 功耗分析工具与方法。 硬件电源管理策略。 软件功耗优化技术（如睡眠模式、时钟动态调整）。 6.2 嵌入式系统中的内存管理 内存分配算法（malloc/free）。 内存碎片问题与优化。 RTOS的内存管理机制。 6.3 文件系统在嵌入式系统中的应用 嵌入式文件系统（如FATFS, JFFS2, UBIFS）的特点。 Flash存储器的磨损均衡。 6.4 网络通信与协议栈 TCP/IP协议栈的实现与配置。 DHCP、DNS等网络服务的应用。 MQTT、CoAP等物联网通信协议。 6.5 安全性考虑 固件更新安全。 数据加密与访问控制。 第四篇：嵌入式系统实践与应用 本篇将通过一系列实际项目案例，展示如何将前述理论知识应用于解决实际问题。 第七章：典型嵌入式项目实践 7.1 智能家居传感器节点开发 使用MCU采集温湿度、光照数据。 通过低功耗蓝牙（BLE）或Wi-Fi将数据上报。 7.2 工业数据采集与传输模块 连接PLC或传感器，采集工业现场数据。 通过RS485或Ethernet传输至上位机。 RTOS的应用，实现多任务协同。 7.3 嵌入式GUI应用开发 使用图形库（如LVGL, TouchGFX）在嵌入式设备上实现友好的用户界面。 触摸屏驱动与GUI事件处理。 7.4 物联网设备开发 基于ESP32等Soc，实现Wi-Fi/蓝牙连接。 接入MQTT服务器，实现远程控制与数据监控。 附录 常用嵌入式开发工具介绍 嵌入式开发常用命令速查 参考文献 本书结构清晰，内容由浅入深，理论与实践相结合，旨在帮助读者建立坚实的嵌入式系统开发基础，掌握解决实际问题的能力，为未来的嵌入式开发之路打下坚实的基础。

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这本手册的排版设计简直是为我这种“即时解决问题”的工程师量身定做的。打开书本，首先映入眼帘的是那种清晰、直观的布局，色彩的运用也非常克制，主要集中在关键代码块和电路图的标注上，这在紧急调试的时候简直是救命稻草。我记得有一次深夜赶一个项目，需要快速查阅某个特殊中断的寄存器地址，如果翻阅厚重的标准教材，估计时间就全耗在翻页和定位上了。然而，这本手册的索引做得极其精妙，几乎是按照功能模块而非章节号来组织的，我几乎是秒速找到了需要的信息。而且，很多常用的数据类型、存储器映射图、甚至不同外设的初始化代码片段都被整理成了表格或者对比列表，这极大地减少了我的心智负担。它不像一本教科书那样需要你从头到尾啃一遍，它更像一个高度提炼的“工具箱”，里面的每一个工具——无论是时序图还是波特率计算公式——都触手可及。这种“即用型”的风格，让我在实际工作中效率得到了质的飞跃，尤其是在处理那些细节繁琐但又必须精确无误的底层配置时，它的价值体现得淋漓尽致。

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这本书的风格是极其务实的，它几乎没有进行任何“营销式”的描述，而是用最直接的语言和最精炼的图表来传达技术信息。我个人非常欣赏这种不玩虚的作风。它不会用大段的文字来渲染51系列单片机的历史地位或理论优势，而是直接聚焦于“如何利用其资源”。比如在讲解内部EEPROM读写操作时，它清晰地列出了写入流程的时序图和相应的延迟要求，这些细节往往是软件实现中最容易出错的部分。这种严谨的细节把控，让我在设计需要可靠数据存储的设备时，能够完全信任手册中给出的时序参数。它给人的感觉是，这本书的作者不仅仅是了解51单片机，而是真正在一线上“玩坏”过无数个51项目，并将所有教训凝练成了这本书中的每一页内容。它是一本真正服务于解决实际工程问题的“硬核”参考工具。

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这本书的另一个突出优点，是它对“常见问题及解决方案”的收录程度。我发现，很多其他资料只会告诉你“应该怎么做”，但这本书却会告诉你“如果出现XX现象，检查一下是不是XX寄存器的XX位没设置对”。这种预判用户可能犯错点的设计思路，体现了编者深厚的实战经验。我曾经在一个项目中使用到了片内RAM的BANK切换功能，资料显示配置很简单，但程序跑起来后数据总会错乱。翻阅这本手册的故障排除章节时，我找到了一个关于SFR（特殊功能寄存器）访问延迟的注意事项，这在标准用户手册中往往是以晦涩的脚注形式出现的，但在这里却被提升到了一个醒目的警示框中。这种“经验总结”的价值，远远超过了单纯的官方文档复述。它仿佛是作者在无数次踩坑之后，为大家画好的“避雷针指南”，让我们的开发过程少走了不少弯路。

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从收藏价值和工具属性来看，这本书的“速查”定位是货真价实的。我习惯将它放在工作台的一角，而不是书架的深处。它的纸张材质似乎也考虑到了耐用性，经常翻阅也不会轻易出现卷边或破损，这对于经常被咖啡渍和手指油光光顾的工程手册来说非常重要。更重要的是，它提供的代码示例都是经过高度精简和优化的，可以直接复制粘贴到IDE中进行微调，而不是那种冗长到需要手动裁剪的教学代码。例如，在讲解串行通信（UART）的初始化时，它直接给出了“9600波特率、8位数据、无校验”的标准配置宏定义和对应代码，省去了我每次手动计算和输入初值的繁琐过程。对于那些需要快速切换项目、或者经常在不同型号51内核（如8051、增强型52等）之间迁移的工程师而言，这种高度模块化和即时可用的信息，是衡量一本参考书是否合格的关键标准。

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从内容深度上来讲，我感觉这本书巧妙地平衡了“广度”与“实用性”，它并没有试图去复述单片机原理的深奥理论，而是将重点放在了“如何让它跑起来”这一核心诉求上。举个例子，它对PWM的讲解，没有花大量篇幅去解释占空比的数学模型，而是直接给出了几种不同应用场景（比如驱动舵机和控制LED亮度）下的寄存器配置范例和对应的C语言代码片段，并且对这些代码中的关键位操作做了醒目的注释。这种“代码驱动”的讲解方式，对于我这种更倾向于动手实践的开发者来说，比纯粹的理论推导有效得多。它假设你已经对微控制器有一定的基本认知，然后直接切入点——即如何高效地利用51系列的特定资源。我特别欣赏它对I/O口复用功能的说明，那部分内容极其细致，避免了我因为混淆了定时器引脚和外部中断引脚而产生的无谓调试时间。它提供的是“经过验证的捷径”，而不是“需要自己摸索的迷宫”。

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