全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解

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页数:234
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出版时间:2009-4
价格:29.80元
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isbn号码:9787121085970
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  • 电子技术
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具体描述

《全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解》以全国大学生电子设计竞赛为基础,针对组成单片机系统的显示、键盘、模拟量输入/输出、数据传输接口等几个部分,通过具体的应用实例,详细地讲述了单片机应用系统的开发过程和方法,内容包括电路原理图和印制电路板图的设计、软件控制方案的选择、详细的程序清单等。同时,书中针对电动机的几个常用类型讲述其应用过程。另外,《全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解》还简述了单片机软件的开发环境和程序的下载方法。书中大部分程序采用C51语言编写,增加了程序的可读性,方便读者对C51语言的学习。相关程序代码可在http://yydz.phei.com.cn下载。

《全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解》适合参加全国大学生电子设计竞赛的高校学生、指导教师,相关领域的电气或电子工程师、科研人员,以及广大电子爱好者阅读。

电子设计与嵌入式系统领域的拓宽视野:其他专业技术书籍推荐 本简介旨在为您推荐一系列与“全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解”主题相关,但内容侧重点、技术深度或应用领域有所区别的专业技术书籍,帮助电子设计爱好者和工程师拓宽知识边界,深入理解嵌入式系统的各个层面。 一、 侧重底层硬件架构与微控制器原理的深度探索 如果您对单片机内部的运作机制、寄存器操作的底层逻辑,以及不同架构微控制器(如ARM Cortex-M系列、RISC-V等)的差异有更强烈的探究欲望,以下书籍将是极佳的选择: 1. 《嵌入式系统原理与实践:基于ARM Cortex-M架构》 内容聚焦: 本书不局限于某一个特定型号的单片机,而是深入讲解了当前主流的ARM Cortex-M内核(如M3、M4、M7)的指令集架构(ISA)、流水线设计、特权模式(Privilege Levels)以及中断控制器(NVIC)的详细配置与高效处理机制。 实践深度: 详细剖析了存储器映射、总线结构(AHB/APB)、DMA控制器的高级使用方法,以及如何利用硬件加速器(如FPU浮点单元)来优化实时算法的性能。 目标读者: 希望从“会用”升级到“精通”微控制器底层设计的工程师,以及对操作系统内核移植感兴趣的进阶学习者。 2. 《FPGA设计与高速数据采集系统》 内容聚焦: 转向使用现场可编程门阵列(FPGA)进行高并行度、超高速率的信号处理。书中会详细讲解VHDL/Verilog语言的结构化设计方法、时序约束的设定(SDC)、跨时钟域(CDC)处理技术,以及如何利用FPGA实现复杂的数字信号处理(DSP)算法。 实践案例: 包含基于Xilinx或Altera平台的具体项目,如高速ADC数据流的并行捕获、自定义通信协议的硬件实现等。 知识补充: 虽然本书不直接涉及单片机,但它展示了在对性能要求极高时,如何利用硬件逻辑设计来替代传统微处理器方案,是理解现代电子系统不可或缺的一环。 二、 专注于嵌入式软件与操作系统的高级主题 单片机应用不仅仅是配置寄存器,更重要的是如何管理复杂的软件任务和资源。以下书籍深入探讨了软件层面: 3. 《实时操作系统(RTOS)内核裁剪与移植技术》 内容聚焦: 彻底解析FreeRTOS、µC/OS-III等主流RTOS的内核实现原理,包括任务调度算法(如时间片轮转、优先级继承)、信号量、互斥锁、消息队列和事件标志组的底层数据结构和互操作机制。 实践挑战: 书中会引导读者手动实现一个简化的上下文切换(Context Switching)过程,并讲解如何针对不同的微控制器平台(如STM32、ESP32)进行内核移植和驱动适配。 价值体现: 掌握RTOS是构建工业控制、物联网设备等复杂嵌入式系统的关键,它提供了对并发任务的有效管理框架。 4. 《C语言在嵌入式系统中的高级编程范式》 内容聚焦: 关注C语言在资源受限环境下的高效运用。内容包括指针的极致运用(如函数指针数组作为跳转表)、内存分配策略(静态/动态池化)、位操作的优化技巧,以及如何避免未定义行为(Undefined Behavior)以提高代码的健壮性和可移植性。 编码规范: 强调MISRA C等行业编码规范在嵌入式安全与可靠性方面的应用,以及如何使用静态分析工具进行代码审查。 差异点: 本书更偏向于软件工程和编程艺术,而非硬件接口配置。 三、 拓展至物联网(IoT)与通信协议栈 现代电子设计竞赛往往要求作品具备联网能力。以下书籍提供了必要的通信技术基础: 5. 《TCP/IP协议栈与嵌入式网络编程实践》 内容聚焦: 系统讲解TCP/IP协议簇的层次结构,从物理层到应用层。重点剖析ARP、IP、ICMP、UDP和TCP的封装/解封装过程,并深入讲解TCP的拥塞控制和可靠性保障机制。 应用实现: 提供了如何将精简版协议栈(如LwIP)移植到微控制器上的详细步骤,以及如何基于Socket API进行高效的客户端/服务器端编程。 实用性: 对于需要设计数据采集终端、云端通信模块的工程师而言,本书是构建稳定网络连接的理论基石。 6. 《低功耗无线通信技术与标准:蓝牙BLE与LoRa》 内容聚焦: 探讨针对电池供电设备的无线通信技术。详细介绍蓝牙低功耗(BLE)的连接状态机、数据包结构、 GATT服务配置,以及LoRa技术中的扩频因子、编码速率对通信距离和功耗的影响。 系统设计: 提供了如何选择合适的无线模块,并将其与主控芯片(如ESP32系列)进行高效集成的设计指南。 前沿性: 紧密贴合当前物联网设备对长距离、低功耗连接的需求。 四、 侧重特定应用领域的交叉学科书籍 7. 《数字信号处理(DSP)基础与应用算法实现》 内容聚焦: 讲解离散时间信号的理论基础,如Z变换、傅里叶变换(DFT/FFT)。重点在于如何将这些理论算法转化为在定点或浮点微处理器上高效运行的C代码或汇编代码。 实践内容: 包含FIR/IIR滤波器设计、谱分析技术,以及如何在DSP芯片或高性能微控制器(如带有DSP指令集的Cortex-M4)上实现这些算法。 应用领域: 对音频处理、传感器数据滤波和特征提取至关重要。 总结 上述推荐的书籍覆盖了从底层硬件架构到高级操作系统,再到网络通信和专业算法实现的多个维度。它们与“单片机应用技能精解”形成互补:前者教授如何快速实现特定功能,而这些书籍则提供了理解底层原理、应对复杂系统设计挑战所需的更深厚的理论和架构知识。选择性地深入研究这些领域,将能构建起一个更加全面和稳固的嵌入式系统工程师知识体系。

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书中对于传感器数据采集与处理的部分,也是我急需学习的。在竞赛中,如何准确、稳定地采集各类传感器数据,并对其进行有效的处理,直接关系到项目的成败。这本书从传感器的工作原理入手,详细介绍了各种常见传感器的接口方式、数据格式以及注意事项。我尤其喜欢其中关于“噪声抑制与滤波算法”的讲解,作者通过图文并茂的方式,生动地展示了不同滤波算法(如均值滤波、中值滤波、卡尔曼滤波等)的原理和效果,并给出了相应的代码实现。这让我对如何提高数据的可靠性有了更深刻的理解。

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总而言之,《全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解》这本书,不愧是为电子设计竞赛量身打造的优秀教材。它不仅涵盖了单片机应用技能的方方面面,更重要的是,它将这些技能与竞赛的需求紧密结合,让读者在学习技术的同时,也能培养出解决实际问题的能力和竞赛思维。这本书的价值,远远超出了我当初的预期,它将是我未来备战电子设计竞赛的宝贵财富。

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不得不提的是,书中对于嵌入式实时操作系统(RTOS)的介绍,让我对单片机开发有了全新的认识。在以前,我总是将单片机看作是一个独立的、单线程的执行单元,而RTOS的出现,彻底颠覆了我的观念。作者以通俗易懂的语言,详细介绍了RTOS的任务管理、进程间通信、时间管理等核心概念,并结合实际项目,演示了如何利用RTOS来构建更加复杂、健壮的嵌入式系统。这让我看到了单片机开发更广阔的可能性。

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在调试技巧方面,这本书也给了我极大的启发。我一直以来都觉得,调试是一件非常痛苦且效率低下的事情。书中对于单片机调试的系统性介绍,从硬件调试(如示波器、逻辑分析仪的使用)到软件调试(如断点、单步执行、内存监视等),都进行了非常细致的讲解。更让我惊喜的是,作者还分享了许多“非典型”的调试技巧,比如如何通过LED闪烁来指示程序运行状态,如何利用串口输出调试信息来诊断问题。这些“接地气”的技巧,在我实际调试项目时,屡屡发挥奇效,大大缩短了我的调试时间。

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让我印象深刻的是,书中对于硬件接口的讲解,远超出了我以往的认知。我一直以为,只要掌握了几个常用的接口,诸如GPIO、UART、SPI等,就足够应对竞赛了。然而,这本书却深入挖掘了这些接口的更深层应用,比如如何通过优化配置提高通信速率,如何巧妙利用中断来提升系统响应速度,甚至是如何通过外围电路的设计来克服某些硬件上的限制。我曾为项目中的一个通信问题苦恼不已,在书中找到了一段关于“数据链路层协议的优化策略”的讲解,茅塞顿开,原来我一直以来忽略了数据传输的效率问题。

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深入书中,我惊喜地发现,作者对于不同类型单片机的讲解,并不是简单地罗列参数和功能,而是深入剖析了它们各自的特点、优势以及适用的场景。例如,在讲解某一款经典的ARM系列单片机时,他没有止步于其处理速度的快慢,而是详细阐述了其内核架构、中断机制、内存管理等底层原理,并将其与实际项目中的功耗、实时性、扩展性等需求联系起来。这种“知其然,更知其所以然”的讲解方式,极大地满足了我对单片机工作原理的深层求知欲。更重要的是,作者还分享了大量针对竞赛设计的实际案例,每一个案例都详尽地描述了从需求分析、方案设计、元器件选型到程序实现的全过程,其思路的清晰、逻辑的严谨,令人叹为观止。

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对于我这种更偏向于动手实践的学习者来说,书中大量的代码示例和电路图简直是福音。这些代码不是简单地堆砌,而是经过精心设计,结构清晰,注释详尽,每一段代码的背后都承载着作者的思考和经验。更令我赞赏的是,作者并没有仅仅给出“标准答案”,而是提供了多种实现思路,并对各种方案的优缺点进行了详细的对比分析。例如,在讲解PWM输出时,他不仅给出了基于定时器的标准实现,还探讨了如何利用软件模拟PWM,以及在不同应用场景下如何选择最优方案。这种开放式的讲解,极大地激发了我独立思考和创新设计的欲望。

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初识此书,我便被其直击主题的书名所吸引——《全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解》。我是一名即将步入大三的电子信息工程专业的学生,电子设计竞赛(EEDC)无疑是我们四年学习生涯中浓墨重彩的一笔,而单片机又是其中应用最为广泛、技术核心最为扎实的模块。长期以来,我总觉得自己在单片机的理论理解上尚有不足,实践操作更是摸索居多,缺乏系统性的指导。翻阅此书,我怀着一种既期待又略带忐忑的心情,希望它能为我指明方向,填补知识的空白。

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这本书的开篇,并没有直接陷入枯燥的指令集讲解,而是巧妙地从电子设计竞赛的整体视角切入,让我迅速认识到单片机在整个竞赛体系中的重要地位,以及掌握扎实单片机技能对我们赢得竞赛的关键作用。作者的叙述风格非常平实,却又带着一种循循善诱的智慧,仿佛是一位经验丰富的前辈,在娓娓道来他多年竞赛经验中的宝贵总结。我尤其喜欢其中关于“竞赛思维”的探讨,它不仅仅是技术层面的讲解,更是将技术与实际项目需求、与评委的评审标准紧密结合,让我第一次意识到,原来学习单片机,远不止于会写几行代码,更在于如何将代码转化为解决实际问题的有效方案。

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让我倍感欣慰的是,这本书并没有回避单片机开发中的一些难点和易错点。例如,在讲解中断系统时,作者并没有仅仅停留在理论层面,而是详细阐述了中断优先级、中断嵌套、中断响应时间等关键概念,并着重强调了在实际应用中可能出现的各种问题,例如中断冲突、临界区保护等,并给出了相应的解决方案。这种“防患于未然”的讲解方式,让我受益匪浅,避免了走许多弯路。

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