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

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页数:252

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出版时间:2010-2

价格:28.00元

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isbn号码:9787501973811

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 原理与应用
• 电子技术
• 微控制器
• C51
• 汇编语言
• 硬件设计
• 实践教程
• 电子工程

《物联网时代的嵌入式系统设计与开发实践》 图书简介 在信息技术飞速发展的今天，物联网（IoT）已不再是遥不可及的未来概念，而是深刻影响着我们生活、工作和社会运行的现实。从智能家居的舒适便捷，到工业自动化的高效精准，再到智慧城市的有序运行，物联网应用的触角无处不在。而这一切的基石，便是嵌入式系统——那些集成了微处理器、存储器、传感器、执行器以及通信模块，能够执行特定功能的、高度集成的计算机系统。它们是物联网的“神经末梢”，是连接物理世界与数字世界的关键桥梁。 本书《物联网时代的嵌入式系统设计与开发实践》正是应运而生，旨在为广大读者，特别是对物联网技术充满热情、渴望掌握嵌入式系统设计与开发技能的工程师、学生及技术爱好者，提供一套全面、深入且极具实践指导意义的学习指南。我们深知，要在日新月异的物联网领域立足，不仅需要扎实的理论基础，更需要丰富的实践经验。因此，本书在内容编排上，力求将前沿理论与实战案例有机结合，以培养读者解决实际问题的能力为核心目标。 本书内容概览： 第一部分：嵌入式系统核心基础 本部分将系统地梳理嵌入式系统最核心的理论知识，为读者构建坚实的理论框架。 第一章：嵌入式系统概述与发展趋势 深入剖析嵌入式系统的定义、特征与构成要素。 回顾嵌入式系统从早期发展至今的历程，探讨其技术演进的关键节点。 详细分析当前物联网、人工智能、5G等新兴技术对嵌入式系统提出的新要求与发展方向。 介绍不同类型的嵌入式处理器（微控制器、微处理器、DSP、FPGA等）及其应用领域，帮助读者理解其优劣势。 展望嵌入式系统在未来各行各业的广泛应用前景，激发读者的学习兴趣。 第二章：微控制器（MCU）体系结构与工作原理 以主流的ARM Cortex-M系列微控制器为例，深入解析其核心结构，包括CPU、内存、外设接口等。 详细讲解指令集、流水线、中断、DMA等核心概念，阐释MCU如何高效执行任务。 深入探讨不同类型的存储器（RAM, ROM, Flash）及其在嵌入式系统中的作用。 介绍常用的通信协议（UART, SPI, I2C）及其工作原理，为后续的硬件接口设计奠定基础。 讲解电源管理、时钟系统等基础但至关重要的概念，帮助读者理解MCU的低功耗设计。 第三章：嵌入式C语言编程与优化 系统回顾C语言基础，并重点强调嵌入式C语言的特性与难点，如指针、内存管理、位操作等。 讲解如何编写高效、健壮的嵌入式C代码，包括代码风格、错误处理、资源利用等方面。 介绍常用嵌入式开发工具链（编译器、链接器、调试器）的使用方法。 深入讲解内联汇编、寄存器访问等底层编程技巧，帮助读者实现对硬件的精细控制。 探讨代码优化技术，如循环展开、常量折叠、死代码消除等，以提高程序性能和减小代码体积。 讲解嵌入式实时操作系统（RTOS）中的任务调度、同步与通信机制，以及如何使用C语言在RTOS环境下进行编程。 第四章：嵌入式实时操作系统（RTOS）原理与应用 详细介绍RTOS的核心概念，如任务、线程、进程、优先级、调度算法（轮转、优先级继承、优先级天花板等）。 深入讲解RTOS提供的关键服务，包括任务管理、内存管理、中断处理、定时器、信号量、互斥锁、消息队列等。 以FreeRTOS、RT-Thread等主流RTOS为例，讲解其API接口和使用方法。 阐述多任务并发、同步与互斥机制在嵌入式系统中的重要性，以及如何避免死锁、竞态条件等问题。 讲解RTOS在功耗管理、实时性保证、代码模块化等方面的优势。 通过实例演示，帮助读者掌握在RTOS环境下进行嵌入式软件的设计与开发。 第二部分：嵌入式系统硬件接口与通信 本部分将聚焦于嵌入式系统的硬件层面，讲解如何与外部世界进行交互。 第五章：传感器与执行器接口技术 详细介绍各类常用传感器（温度、湿度、光照、压力、加速度、陀螺仪、GPS等）的工作原理、选型依据及接口方式。 深入讲解模拟信号的采集与数字信号的处理，包括ADC、DAC的工作原理及采样定理。 介绍常用的执行器（电机、LED、LCD、继电器、舵机等）的驱动原理与控制方法。 讲解GPIO（通用输入输出）接口的配置与应用，以及如何通过GPIO实现对简单外设的控制。 演示如何设计和实现连接传感器的硬件电路，并编写相应的驱动程序。 第六章：总线与通信协议详解 深入解析串行通信协议，包括UART（异步串行通信）、SPI（串行外设接口）、I2C（集成电路总线）的工作原理、时序、电气特性及应用场景。 讲解并行通信协议，如USB（通用串行总线）的基础知识及其在嵌入式设备中的应用。 介绍网络通信协议，如TCP/IP、UDP、HTTP、MQTT等，重点关注其在物联网设备间的通信。 讲解CAN（控制器局域网络）总线在汽车电子、工业自动化等领域的应用。 演示如何利用这些总线和协议，实现嵌入式设备与外部设备（如传感器、显示屏、其他MCU）或服务器之间的数据交换。 第七章：嵌入式Linux系统开发入门 介绍嵌入式Linux系统的基本概念、架构与优势，以及其在高端嵌入式设备中的应用。 讲解交叉编译环境的搭建与使用，包括工具链、bootloader、kernel、rootfs的编译过程。 演示如何烧写Linux系统到目标板，并进行基本配置。 讲解Linux设备驱动模型、设备树（Device Tree）的概念与编写。 介绍Linux下的用户空间应用程序开发，包括多线程、进程间通信（IPC）等。 为读者提供一个初步了解和开发嵌入式Linux应用的入口。 第三部分：物联网应用开发实践 本部分将结合前两部分的基础知识，深入探讨物联网应用的开发流程与关键技术。 第八章：物联网通信技术与协议 详细介绍物联网领域特有的通信技术，包括Wi-Fi、蓝牙（BLE）、Zigbee、LoRa、NB-IoT等，分析其各自的特点、优势、劣势及适用场景。 深入讲解MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）协议，分析其在物联网中的角色、发布/订阅机制、QoS等级等。 介绍CoAP（Constrained Application Protocol）协议，以及其与HTTP的区别与联系。 讲解如何选择合适的通信技术和协议，以满足不同物联网应用的性能、功耗和成本需求。 第九章：云平台与数据管理 介绍主流的物联网云平台（如阿里云、腾讯云、AWS IoT、Azure IoT Hub等）的功能与架构。 讲解如何将嵌入式设备连接到云平台，实现数据的上传与下发。 探讨物联网数据的存储、处理与分析技术，包括时序数据库、大数据技术等。 介绍物联网数据的可视化与应用开发，如何构建面向用户的物联网应用界面。 讲解云平台提供的设备管理、安全认证、远程升级等服务。 第十章：嵌入式设备安全 深入探讨嵌入式系统面临的安全威胁，包括物理攻击、网络攻击、软件漏洞等。 介绍嵌入式设备的安全设计原则，如最小权限原则、纵深防御等。 讲解硬件层面的安全措施，如安全芯片（TPM）、硬件加密模块等。 介绍软件层面的安全防护，如安全启动、固件签名、数据加密、访问控制等。 探讨物联网通信过程中的安全问题，如TLS/SSL协议的应用、密钥管理等。 强调安全在物联网产品设计中的重要性，并提供实际的安全加固建议。 第十一章：实战案例：智能家居温湿度监控与远程控制系统 本书的最后一个章节，将通过一个完整的实战项目，整合前面所学的知识。 项目目标：设计并实现一个基于ESP32（或STM32+Wi-Fi模块）的智能家居温湿度监控系统。 具体内容： 硬件选型与电路设计：选择合适的MCU、温湿度传感器、Wi-Fi模块、LED指示灯等，设计PCB或进行面包板原型搭建。 固件开发：使用RTOS（如FreeRTOS）进行任务调度，实现传感器数据采集、Wi-Fi连接、MQTT通信与云平台对接。 云平台配置：在选定的物联网云平台上创建设备，配置数据Topic，实现数据的可视化展示。 远程控制：实现通过云平台下发指令，控制连接在MCU上的LED灯的开关。 APP/Web端交互：简要介绍如何通过手机App或Web界面与云平台交互，完成远程控制。 通过这个项目，读者将能够亲身体验物联网应用的完整开发流程，巩固所学知识，并建立解决实际问题的信心。 本书特色： 理论与实践深度融合： 每一章节都不仅包含必要的理论讲解，更辅以大量的代码示例、电路图、流程图，使读者能够理论联系实际，快速掌握技能。 精选主流技术与工具： 重点介绍当前物联网开发中最常用、最热门的MCU（如ARM Cortex-M系列）、RTOS（如FreeRTOS、RT-Thread）、通信协议（如MQTT、Wi-Fi）和云平台，确保学习内容的实用性和前沿性。 循序渐进的学习路径： 从基础的嵌入式系统概念，到硬件接口，再到复杂的物联网应用开发，内容层层递进，适合不同基础的读者。 详实的实战案例： 最后一个章节的完整项目，将帮助读者将碎片化的知识串联起来，形成一个完整的解决方案，培养独立完成项目的能力。 关注实际工程问题： 强调嵌入式系统设计中的功耗、性能、实时性、安全性等关键工程考量，帮助读者成为更优秀的嵌入式工程师。 《物联网时代的嵌入式系统设计与开发实践》不仅是一本技术书籍，更是一张通往物联网广阔世界的地图。我们相信，通过本书的学习，您将能够深刻理解嵌入式系统在物联网中的核心作用，掌握关键的设计与开发技能，并自信地迈出您在物联网领域的探索与创造之旅。无论您是初学者还是希望提升技能的从业者，本书都将是您不可或缺的良师益友。

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