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范红刚 等 著

图书标签:

• AVR单片机
• 单片机
• 嵌入式系统
• C语言
• Arduino
• 电子制作
• DIY
• 开发板
• 教程
• 自学笔记

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512408340

版次：1

商品编码：11055559

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-07-01

用纸：胶版纸

页数：360

字数：501000

正文语种：中文

内容简介

《AVR单片机自学笔记》以ATmega128单片机为核心，结合作者多年教学和指导大学生电子设计竞赛的经验编写而成。
《AVR单片机自学笔记》继续保持《51单片机自学笔记》一书的写作风格。以任务为中心，并在书中配有多幅卡通图片，以轻松诙谐的语言渐进式地讲述了AVR单片机的使用方法。本书不但讲述了AVR单片机的常用知识，还重点讲述了Bootl.oader及嵌入式操作系统AVRX的使用方法，更为重要的是书中还包括单色图形液晶屏绘图函数库的应用，同时将许多实际应用中的设计内容及调试经验融人到本书。
本书既可以作为单片机爱好者的自学用书，也可以作为大中专院校自动化、电子和计算机等相关专业的教学参考书。

内页插图

目录

第1章 AVR单片机及其开发环境简介
1.1 什么是单片机
1.2 单片机都能干什么
1.3 学单片机一定要从51单片机开始吗
1.4 AVR单片机“强”在哪儿
1.5 AVR 8位单片机的家族成员
1.5.1 AVR单片机的型号列表
1.5.2 选择哪一款单片机还得自己做主
1.6 简单介绍本书的主角-ATmega128
1.6.1 ATmega128单片机的主要性能
1.6.2 ATmega128单片机的引脚说明
1.7 AVR单片机集成开发环境的安装
1.7.1 WinAVR的安装
1.7.2 AVRStudio的安装
1.7.3 下载软件
1.8 用什么语言和AVR单片机交流
1.8.1 还是先从汇编语言谈起吧
1.8.2 强大的C语言能否一统天下
1.9 实验设备
1.9.1 最小系统板
1.9.2 本书所用的实验开发板
1.9.3 下载线
1.10 一个古老神灯的闪烁例程
1.10.1 一个LED灯闪烁的硬件电路
1.10.2 开发软件使用
1.11 介绍一下笔者的学习过程及心得
1.11.1 笔者是如何“上AVR道”儿的
1.11.2 最快的学习方法就是跟随成功者的脚步
1.11.3 谁没郁闷过
1.11.4 欢迎加入“单片机同盟”

第2章 重温C语言
2.1 C语言的四梁八柱-C语言的结构
2.1.1 C语言的基本结构
2.1.2 C语言的执行过程
2.2 C语言的基本字符、标识符和关键字
2.3 从储物盒想起C语言中的基本数据类型
2.3.1 常量与变量
2.3.2 整型数据
2.3.3 字符型数据
2.3.4 实型数据
2.4 C语言中的运算符
2.4.1 谁不懂“复制”啊——赋值运算符
2.4.2 加、减、乘、除少不了——算术运算符
2.4.3 加、减的另一种表示——增量和减量运算符
2.4.4 谁大谁小要弄清——关系运算符
2.4.5 与、或、非——逻辑运算符
2.4.6 位运算符
2.4.7 复合赋值运算符
2.4.8 条件运算符
2.4.9 指针和地址运算符
2.4.10 强制类型转换运算符
2.5 利益共同体——函数
2.5.1 函数究竟是什么
2.5.2 系统库函数
2.5.3 用户自定义编写的函数
2.5.4 变量的势力范围和生命时间
2.6 程序结构和流程控制语句
2.6.1 按部就班——顺序结构
2.6.2 人生的十字路口——选择结构
2.6.3 小毛驴拉完磨就放你回去——循环结构
2.7 物以类聚说数组
2.7.1 一行大树——一维数组
2.7.2 两行民宅——二维数组
……

第3章 AVR的触角-I/O口的应用
第4章 外部中断的应用
第5章 定时器／计数器的应用
第6章 模／数转换器ADC的应用
第7章 同步串行通信SPI接口
第8章 通用串行接口USART的应用
第9章 TWI（Iz C）总线接口的应用
第10章 其他片内外设资源的应用
第11章 BootLoader引导加载功能的应用
第12章 实时操作系统AVRX的应用
第13章 12864LCD及其绘图函数库的应用
参考文献

前言/序言

《嵌入式系统设计与实践：从原理到应用》 内容简介： 在科技飞速发展的今天，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、家用电器到汽车电子、工业自动化，无处不见它们的身影。理解并掌握嵌入式系统的设计与开发，对于投身于现代科技前沿的工程师和技术爱好者而言，无疑是一项至关重要的技能。本书旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统学习路径，从基础理论的扎实构建，到实际工程应用的逐步实践，力求让读者能够独立完成从概念到原型，再到最终产品的设计与开发。 本书的编写理念在于“循序渐进，理论与实践相结合”。我们深知，学习一门技术，尤其是像嵌入式系统这样涵盖软硬件结合的复杂领域，死记硬背公式或堆砌晦涩的术语是难以真正掌握的。因此，我们采用了一种由浅入深、由表及里、由点及面的讲解方式，确保读者在掌握每一个知识点后，都能通过实际动手操作来巩固和深化理解。 第一部分：嵌入式系统基础理论 在正式进入具体的硬件平台和开发工具之前，我们首先需要对嵌入式系统有一个宏观的认识。本部分将详细介绍嵌入式系统的定义、特点、组成架构以及其在各个行业的典型应用。读者将了解到嵌入式系统与通用计算机系统的根本区别，理解其在资源受限、实时性要求高等方面的特殊性。 嵌入式系统的概念与分类： 深入剖析嵌入式系统的核心特征，包括专用的硬件、实时操作系统（RTOS）的选择与应用、低功耗设计等。我们将介绍不同类型的嵌入式系统，例如微控制器（MCU）为核心的系统、数字信号处理器（DSP）为核心的系统、以及更复杂的片上系统（SoC）。 微处理器与微控制器（MCU）的核心原理： 尽管本书后续会侧重于微控制器，但理解微处理器的基本工作原理至关重要。我们将介绍CPU的指令集架构（ISA）、流水线、存储器层次结构等概念。在此基础上，重点讲解微控制器（MCU）的独特之处，包括其集成化的设计，如CPU、RAM、ROM、I/O接口、定时器、中断控制器等都集成在一块芯片上。 存储器系统： 深入探讨嵌入式系统中常用的存储器类型，包括RAM（SRAM、DRAM）和ROM（Flash、EEPROM）。我们将解释它们的读写速度、存储容量、断电后数据是否保持等关键特性，以及它们在嵌入式系统中的作用和配置方式。 中断系统与实时性： 中断是嵌入式系统实现高效响应和多任务处理的关键机制。本部分将详细讲解中断的产生、中断向量表、中断服务程序（ISR）的设计、中断优先级管理以及如何避免中断冲突。同时，我们会探讨实时操作系统的概念，分析其在保证系统实时性方面的作用，并介绍一些典型的RTOS特性，如任务调度、进程间通信（IPC）、信号量、互斥锁等。 I/O接口与通信协议： 嵌入式系统需要与外界进行信息交互，I/O接口是实现这一功能的桥梁。我们将详细介绍各种常用的I/O接口，如通用输入输出（GPIO）、模拟-数字转换器（ADC）、数字-模拟转换器（DAC）、脉冲宽度调制（PWM）等。在此基础上，我们将深入讲解嵌入式系统中常见的通信协议，包括串行通信（UART、SPI、I2C）、并行通信，以及网络通信（Ethernet、Wi-Fi、Bluetooth）的基础知识和应用。 第二部分：嵌入式系统开发环境搭建与基础知识 在理论知识得到一定程度的积累后，本书将引导读者动手实践。本部分将详细介绍如何搭建一个完整的嵌入式系统开发环境，并讲解基础的软件开发技巧。 开发工具链的组成与配置： 详细介绍交叉编译工具链（Compiler, Assembler, Linker, Debugger）的原理和配置方法。我们将引导读者选择适合不同硬件平台的交叉编译工具，并演示如何将其集成到集成开发环境（IDE）中，以实现代码的编写、编译、链接和下载。 集成开发环境（IDE）的使用： 介绍主流嵌入式开发IDE的使用技巧，包括项目创建、代码编辑、工程管理、断点调试、代码跟踪、性能分析等功能。我们将通过实例演示，帮助读者熟悉IDE的各个功能模块，提高开发效率。 硬件平台的选择与介绍： 本书将以一个或多个典型的嵌入式开发板作为实践平台。我们会详细介绍这些开发板的硬件组成、核心处理器、主要外设接口，以及其在实际应用中的优势和局限性。例如，可能会选择一款性能适中、资源丰富、社区支持良好的开发板，以便读者能够方便地进行学习和实验。 C语言在嵌入式开发中的应用： C语言是嵌入式开发最常用的编程语言。本部分将重点讲解C语言在嵌入式开发中的特有用法和注意事项，例如指针的深入理解、位操作、内存管理、中断处理函数的编写、以及如何利用C语言的特性来高效地控制硬件。 汇编语言的基础知识： 虽然C语言是主体，但对汇编语言的理解有助于深入理解硬件工作原理以及进行性能优化。我们将简要介绍汇编语言的基本语法、指令集以及其与C语言的结合使用方式。 第三部分：核心外设与驱动程序开发 掌握了基础的开发环境和编程技巧后，本书将进入核心部分——学习如何驱动和控制嵌入式系统中的各种外设。 GPIO（通用输入输出）的编程： 详细讲解如何通过GPIO接口实现对LED、按键、继电器等外部设备的控制。我们将从配置GPIO的输入/输出模式、设置电平、读取状态等方面入手，通过实际代码示例，帮助读者理解GPIO的工作原理和编程方法。 定时器与计数器的应用： 定时器和计数器是嵌入式系统中非常重要的功能模块，它们可以用于产生延时、定时触发事件、测量脉冲宽度等。本部分将深入讲解不同类型的定时器（如普通定时器、高级定时器）的工作模式，以及如何通过编程实现周期性任务、精确延时和事件计数。 ADC（模数转换器）与DAC（数模转换器）的使用： 讲解ADC将模拟信号转换为数字信号，以及DAC将数字信号转换为模拟信号的原理。我们将介绍ADC的采样率、分辨率、参考电压等关键参数，并演示如何通过ADC读取传感器数据（如温度、光照强度、电压等），以及如何通过DAC输出模拟信号（如控制蜂鸣器、生成波形等）。 PWM（脉冲宽度调制）的控制： PWM技术在电机调速、LED亮度调节、舵机控制等领域有着广泛应用。本部分将详细介绍PWM的生成原理、占空比、频率等参数，并提供实际的PWM控制代码示例，让读者能够实现对外部设备的精细化控制。 串行通信接口（UART, SPI, I2C）的驱动开发： UART： 讲解UART（通用异步收发传输器）的通信原理，包括波特率、数据位、停止位、校验位等设置。我们将演示如何使用UART实现与其他设备的串行通信，例如与PC机通过串口助手进行数据交互，或与其他微控制器进行点对点通信。 SPI： 介绍SPI（串行外设接口）的总线结构和工作模式（主从模式、时钟极性与相位）。我们将详细讲解如何编写SPI驱动程序，以驱动SPI接口的传感器、存储器等外设。 I2C： 阐述I2C（集成电路互联）的总线结构和通信协议，包括起始/停止条件、地址寻址、ACK/NACK应答。我们将演示如何使用I2C总线与板载或外接的I2C设备（如EEPROM、传感器、显示屏控制器）进行通信。 中断系统的深入应用： 除了基础的中断概念，本部分将进一步探讨中断在实际应用中的高级用法，如外部中断、定时器中断、通信中断等。我们将教授如何编写高效、健壮的中断服务程序，并讲解如何利用中断来提升系统的响应速度和处理效率。 第四部分：嵌入式系统软件设计与进阶 在掌握了硬件接口和驱动开发之后，本书将进一步探讨嵌入式系统的软件设计方法和一些进阶主题。 实时操作系统（RTOS）的原理与实践： 详细介绍RTOS的核心概念，包括任务（Task）、任务调度、任务间通信（IPC）、同步机制（信号量、互斥锁、消息队列）等。我们将选择一款主流的RTOS（如FreeRTOS），并通过实例演示如何创建任务、管理任务优先级、实现任务间的协作与同步，以构建更复杂的嵌入式系统应用。 嵌入式Linux系统开发入门（可选）： 对于希望深入了解更强大、更通用的嵌入式系统平台的读者，本部分将提供嵌入式Linux系统开发的基础入门。我们将介绍Linux的内核、文件系统、驱动模型，以及交叉编译工具链的构建，并演示如何在嵌入式设备上移植和运行Linux系统。 嵌入式系统中的内存管理： 深入探讨嵌入式系统中内存的重要性，包括内存的分配与释放、堆与栈的区别、以及如何避免内存泄漏和野指针等问题。我们将介绍动态内存分配函数（malloc, free）在嵌入式系统中的适用性，以及一些更底层的内存管理技巧。 调试技巧与故障排除： 掌握有效的调试技巧对于嵌入式开发至关重要。本部分将介绍多种调试方法，包括使用硬件调试器（如JTAG, SWD）、printf调试、逻辑分析仪的使用，以及如何通过分析日志信息来定位和解决问题。 电源管理与低功耗设计： 在许多嵌入式应用中，低功耗设计是一个关键的考量因素。本部分将介绍各种低功耗技术，包括CPU休眠模式、外设时钟控制、电源门控等，并讲解如何在软件层面实现有效的电源管理策略，以延长电池寿命。 固件更新与OTA（Over-the-Air）技术简介： 随着物联网的发展，固件的远程更新变得越来越重要。本部分将简要介绍固件更新的基本流程，以及OTA技术在实现无线固件升级方面的原理和应用。 第五部分：典型应用案例分析与项目实践 理论联系实际是检验学习成果的最佳方式。本书的最后部分将通过一系列精心设计的项目案例，将前面所学的知识融会贯通，并引导读者独立完成有挑战性的项目。 智能传感器数据采集与传输： 结合ADC、UART/SPI/I2C等接口，实现对多种传感器的读数，并将采集到的数据通过无线模块（如Wi-Fi、蓝牙）发送到服务器或移动设备。 嵌入式电机控制系统： 利用PWM、定时器和中断，实现对直流电机、步进电机或舵机的精确控制，例如构建一个简单的机器人手臂或自动化的装置。 简易人机交互界面设计： 结合LCD显示屏、按键、触摸屏等，设计一个具有基本用户界面的嵌入式设备，用户可以通过界面进行参数设置或状态查询。 网络通信与远程控制： 利用TCP/IP或UDP协议，实现嵌入式设备与互联网的通信，例如构建一个远程监控系统，可以通过网络发送指令控制设备，或接收设备的状态信息。 物联网（IoT）应用开发基础： 结合实际项目，演示如何将嵌入式设备接入物联网平台，并实现数据的上传和云端控制。 总结： 《嵌入式系统设计与实践：从原理到应用》不仅仅是一本技术书籍，它更是您踏入嵌入式开发领域的一张详尽的路线图。本书力求通过严谨的理论阐述、丰富的实践指导和贴近实际的应用案例，帮助读者建立起扎实的嵌入式系统知识体系，掌握从硬件选型、软件开发到系统集成的全流程能力。无论您是初学者，还是希望进一步提升技能的工程师，本书都将是您值得信赖的伙伴，助您在充满机遇的嵌入式世界中，探索无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，绝不仅仅是停留在理论讲解上。它最让我印象深刻的是，每一章都配有精心设计的实践项目。这些项目从最简单的LED闪烁，到稍微复杂一点的数码管显示、按键输入，再到更深入的ADC采样、串口通信等等，难度循序渐进，逻辑清晰。更关键的是，它提供的例程代码都写得非常规范，而且每一步都有详细的注释，就像有人手把手教你写一样。我跟着书上的步骤，一步步地连接硬件、编写代码、下载程序，当那个小小的LED按照我的意愿闪烁起来的时候，那种成就感是无与伦比的。这本书让我感觉，原来单片机编程并没有想象中那么难，只要掌握了正确的方法和思路，每个人都可以玩转它。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，对于我这种对电子工程一知半解的门外汉来说，《AVR单片机自学笔记》的出现，就像在黑暗中点亮了一盏指路明灯。我之前接触过一些编程语言，但单片机和它们的工作方式有着本质的区别，它涉及到硬件交互、时序控制等很多新的概念。这本书没有回避这些难点，反而用一种非常接地气的方式去讲解。它会先讲解基础的C语言在单片机开发中的应用，然后逐步引入寄存器操作、GPIO配置、ADC原理等核心知识。书中的插图和流程图也画得很清晰，有助于理解复杂的硬件连接和程序流程。我感觉自己不再是孤军奋战，而是有了一个非常靠谱的伙伴在陪伴我学习。

评分☆☆☆☆☆

老实说，当初拿到这本《AVR单片机自学笔记》的时候，我并没有抱太大的期望，毕竟市面上的单片机教程琳琅满目，很多都过于理论化或者例子陈旧。但这本书完全颠覆了我的看法。它最大的亮点在于，它真的抓住了“自学”的核心需求。它不是那种把你喂饱，而是教你如何自己去“找食”。在讲解一些稍显复杂的概念时，比如定时器、中断，作者并没有直接给出一个现成的解决方案，而是引导你去思考“为什么需要这个？”“它解决了什么问题？”“有哪些不同的实现方式？”这种启发式的教学方式，极大地激发了我探索的欲望，让我不仅仅是机械地复制代码，而是真正理解了背后的原理。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，就像是作者把多年学习和实践的精华浓缩成一本宝典，并且非常慷慨地分享了出来。它里面的很多小技巧和注意事项，都是在实际开发过程中踩坑后总结出来的宝贵经验，比如如何进行硬件的正确连接以避免烧毁单片机，调试过程中常见的错误以及如何排查，这些细节对于初学者来说实在是太重要了。很多时候，一个不起眼的小问题就能卡住我们好几天，但书里提到的这些“过来人”的经验，往往能一语点醒梦中人。读这本书，我感觉自己少走了很多弯路，学得更有效率。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我打开了新世界的大门！作为一个完全没有接触过单片机的初学者，我一直觉得它是个高不可攀的技术领域。但《AVR单片机自学笔记》这本书，就像一位循循善诱的老师，一点点地把我从一片茫然引向了清晰的道路。我尤其喜欢它那种“先理解，再动手”的教学方式。书中不会上来就抛出一堆晦涩的代码，而是会先用非常形象的比喻和通俗易懂的语言，讲解AVR单片机到底是什么，它的核心部件是如何工作的，以及我们为什么要学习它。比如，它把CPU比作大脑，内存比作工作台，外设比作手脚，这种类比一下子就让我对整个单片机的架构有了直观的认识。

评分☆☆☆☆☆

1.11.3 谁没郁闷过

评分☆☆☆☆☆

1.10 一个古老神灯的闪烁例程

评分☆☆☆☆☆

2.4.4 谁大谁小要弄清——关系运算符

评分☆☆☆☆☆

1.7 AVR单片机集成开发环境的安装

评分☆☆☆☆☆

刚开始看，感觉还行！看完后在追加评论吧

评分☆☆☆☆☆

2.4.6 位运算符

评分☆☆☆☆☆

学习好助手，不错

评分☆☆☆☆☆

2.6 程序结构和流程控制语句

评分☆☆☆☆☆

1.10.2 开发软件使用