单片机原理与接口技术(第3版) 曹天汉 9787121090646 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曹天汉 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121090646

商品编码：29518705920

包装：平装

出版时间：2009-07-01

基本信息

书名：单片机原理与接口技术(第3版)

定价：31.00元

作者：曹天汉

出版社：电子工业出版社

出版日期：2009-07-01

ISBN：9787121090646

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.581kg

编辑推荐

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内容提要

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本书分为四部分共12章。部分2章，介绍单片机及单片机芯片的基本硬件结构；第二部分4章，系统地叙述汇编语言指令系统及程序设计的基础、单片机C语言基础、C51程序的基本结构与设计和C51的构造类型数据；第三部分4章，介绍单片机片内的标准外围单元：并行输A./输出口、中断系统、定时器/计数器和串行口的组成及应用方法；第4部分2章，通过各种应用实例阐述单片机的并行扩展技术和串行扩展技术。
本书已在多所高职院校用做教科书，鉴于其知识点叙述上的科学性、可读性和内容上的先进性、实用性，本书也可作为工程技术人员和单片机爱好者的自学用书。

目录

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部分　单片机及其基本组成
章　单片机概述
1.1　单片机
1.2　单片机系统
习题1
　第2章　MCS-51单片机的基组成
2.1　概述
　 2.1.1 MCS-51单片机的内部结构框图
　 2.1.2 MCS-51单片机的引脚及片外总线结构
2.2　中央处理器CPU
2.3　振荡器和时钟电路
　 2.3.1　电路组成
　 2.3.2　时序与时序定时单位
2.4　MCS.51单片机的内部存储器
　 2.4.1 MCS.51单片机系统的存储器结构及地址空间
　 2.4.2　MCS.51单片机的内部数据存储器
　 2.4.3　特殊功能寄存器
　 2.4.4　堆栈及其存储特性
　 2.4.5　内部程序存储器
2.5　MCS.51单片机的复位
2.6　单片机的几种工作方式
习题2
第二部分　MCS-51单片机的指令系统及程序设计
　第3章　MCS-51单片机的汇编语言指令系统
3.1　指令格式及常用符号
　3.1.1　指令的汇编语言格式
　 3.1.2　指令编码的格式
　 3.1.3　指令中常用符号
　 3.1.4　指令执行的基本过程
3.2　指令中的寻址方式
3.3　数据传送指令
　 3.3.1　在单片机片内RAM中传送数据的指令
　 3.3.2　读写外部RAM的指令
　 3.3.3　读程序存储器的指令
3.4　算术运算类指令
　 3.4.1　加法指令
　 3.4.2　减法指令
　 3.4.3　乘法指令
　 3.4.4　除法指令
3.5　逻辑运算与移位类指令
3.6　控制转移类指令
　 3.6.1　无条件转移指令
　 3.6.2　条件转移指令
　 3.6.3　调用与返回指令
　 3.6.4　空操作指令
　 3.7　位操作类指令
　 3.8　MCS-51汇编语言的伪指令
　 习题3
　 软件实训1
　第4章　单片机C语言基础
4.1　单片机C语言概述
　4.1.1　C语言的特点
　 4.1.2　单片机C语言——C51
4.2　单片机C51语言基本语法
　 4.2.1 C51的运算量
　 4.2.2 C51的数据类型
　 4.2.3 C51的存储种类和存储器类型
　 4.2.4 C51的运算符和表达式
习题4
　第5章　MCS-51单片机程序设计
5.1　程序设计的基本方法
　 5.1.1　程序设计的步骤
　5.1.2　源程序的编辑、编译和汇编
5.2　程序的基本形式与设计举例
　 5.2.1 汇编语言程序的基本结构与设计举例
　 5.2.2　C51程序的基本结构与设计举例
习题5
　第6章　C51的构造类型数据
6.1　数组
　 6.1.1　数组的引入
　 6.1.2　一维数组
　 6.1.3　二维数组
　 6.1.4　字符数组
　 6.1.5　数组的存储空间
　　……
第三部分　MCS-51单片机的基本功能单元
　第7章　MCS-51单片机的并行输入/输出端口
　第8章　MCS-51单片机的中断系统
第9章　MCS-51单片机的定时/计数器
　0章　MCS-51单片机的串行口
第四部分　单片机的扩展技术
　1章　MCS-51单片机的并行扩展技术
　2章　MCS-51单片机的串行扩展技术
附录A　MCS-51单片机指令汇总
参考文献

作者介绍

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曹天汉，男，浙江杭州人，副教授，先后毕业于宁夏大学物理专业和浙江大学计算机应用专业，多年从事高等职业技术教育教学和教学管理工作，高校教龄25年。主要从事电子技术和单片机系统设计技术的教学和技术开发。

文摘

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序言

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《嵌入式系统设计与实践：原理、方法与案例解析》 内容简介 随着信息技术的飞速发展，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能家居到汽车电子，从医疗设备到工业自动化，无处不在的嵌入式应用正深刻地改变着世界。本书旨在为读者提供一个全面、深入且实践导向的嵌入式系统设计与开发教程。我们力求在原理的阐述上严谨扎实，在技术方法的介绍上紧跟前沿，并通过丰富的实例解析，引导读者将理论知识转化为实际的工程能力。 本书内容涵盖了嵌入式系统设计的基础理论、核心技术、开发流程以及面向不同应用领域的实践方法。我们不局限于某一特定微控制器或处理器平台，而是着重于嵌入式系统设计共性的原理与方法，以期让读者掌握灵活应对各种嵌入式系统开发挑战的能力。 第一部分：嵌入式系统导论与核心原理 本部分将为读者构建对嵌入式系统宏观的认知框架，并深入剖析其构成要素和工作原理。 第一章 嵌入式系统概述 1.1 嵌入式系统的定义与特点 我们将详细阐述嵌入式系统的本质，区分其与通用计算机系统的关键差异，如专用性、实时性、资源受限性、高可靠性、低功耗需求以及与物理世界的紧密交互等。 通过分析不同行业对嵌入式系统的应用需求，揭示嵌入式系统在现代科技和社会发展中的重要地位。 1.2 嵌入式系统的典型组成 深入剖析嵌入式系统的硬件架构，包括微处理器/微控制器（MPU/MCU）的选择考量、存储器（RAM, ROM, Flash）的种类与作用、输入/输出（I/O）接口的设计与实现（GPIO, ADC, DAC, PWM等）、通信接口（UART, SPI, I2C, USB, Ethernet等）的工作原理及应用。 阐述嵌入式软件的层次结构，包括底层驱动程序、操作系统（RTOS）或裸机程序、中间件以及应用层软件的设计理念。 1.3 嵌入式系统应用领域 广泛介绍嵌入式系统在消费电子、工业控制、汽车电子、医疗器械、通信设备、物联网（IoT）等领域的典型应用案例，帮助读者建立直观的理解，激发学习兴趣。 第二章 微处理器/微控制器基础 2.1 计算机体系结构基础 回顾和梳理计算机的基本组成部分（CPU, 存储器, 输入/输出设备）以及经典的冯·诺依曼和哈佛体系结构，理解其对嵌入式处理器设计的影响。 讲解指令集架构（ISA）的概念，如RISC与CISC的对比，以及RISC-V等新兴架构的优势，为理解不同处理器的工作方式奠定基础。 2.2 嵌入式处理器核心技术 深入介绍嵌入式处理器（特别是微控制器）的关键特性，如中断机制、定时器/计数器、DMA（直接内存访问）控制器、低功耗模式、异常处理等。 解析CPU的时钟与复位机制，以及电源管理策略在嵌入式系统中的重要性。 2.3 常用嵌入式处理器架构简介 对当前主流的嵌入式处理器架构（如ARM Cortex-M系列、RISC-V等）进行简要介绍，阐述其在性能、功耗、成本等方面的特点，以及适用的应用场景，但不会深入到具体型号的指令集细节，保持通用性。 第三章 嵌入式软件设计基础 3.1 嵌入式软件开发流程 系统性地梳理嵌入式软件从需求分析、系统设计、编码实现、编译链接、下载调试到最终集成的完整流程。 强调软件复用、模块化设计以及代码可移植性的重要性。 3.2 嵌入式系统中的编程语言 详细探讨C语言在嵌入式开发中的核心地位，包括其指针、内存管理、位操作等特性。 介绍C++在嵌入式开发中的应用，特别是面向对象的设计思想如何优化大型嵌入式项目。 简要提及汇编语言在特定场景下的作用，如启动代码、性能优化等。 3.3 裸机编程与简单操作系统 阐述裸机编程的概念，即在没有操作系统支持下直接访问硬件的开发方式，分析其优缺点。 引入实时操作系统（RTOS）的概念，讲解任务调度、进程间通信（IPC）、同步与互斥机制、内存管理等RTOS核心功能，为后续章节的深入学习打下基础。 第二部分：嵌入式系统核心技术与方法 本部分将聚焦于嵌入式系统设计中的关键技术和实用的工程方法。 第四章 嵌入式系统硬件接口技术 4.1 通用输入/输出（GPIO）接口 深入讲解GPIO的工作原理，包括输入模式（上拉、下拉、高阻）、输出模式（推挽、开漏）的配置与应用。 介绍GPIO的电气特性，如电压、电流驱动能力，以及如何防止硬件损坏。 4.2 模拟/数字转换（ADC）与数字/模拟转换（DAC） 详细阐述ADC的工作原理，包括采样、量化、编码过程，介绍常见的ADC类型（逐次逼近、Σ-Δ等）及其性能指标（分辨率、采样率、精度）。 讲解DAC的工作原理，以及其在生成模拟信号方面的应用。 结合实例，说明ADC/DAC在传感器数据采集、信号生成等方面的实际应用。 4.3 定时器/计数器与脉冲宽度调制（PWM） 深入讲解定时器/计数器的多种工作模式（定时、计数、输入捕获、输出比较）及其在延时、测量频率、事件触发等方面的应用。 详细阐述PWM生成原理，分析其占空比、频率的控制方式，以及在电机调速、LED亮度控制、波形生成等方面的广泛应用。 4.4 通信接口技术 UART（通用异步收发传输器）: 讲解异步通信的原理，波特率、数据位、停止位、校验位的设置，以及在设备间串行通信中的应用。 SPI（串行外设接口）: 阐述主从模式、时钟极性与相位（CPOL/CPHA）的概念，以及其高速、全双工的特点，常用于外设通信。 I2C（集成电路互连总线）: 讲解总线仲裁、地址寻址、读写协议，以及其多主多从、连接简单等优势，适用于连接多个传感器或设备。 USB（通用串行总线）: 简要介绍USB总线的拓扑结构、通信协议，以及在嵌入式设备作为主机或设备端的应用。 Ethernet（以太网）: 概述TCP/IP协议栈在嵌入式系统中的应用，以及以太网接口的设计考量。 第五章 实时操作系统（RTOS）与嵌入式软件开发 5.1 RTOS核心概念与功能 任务管理: 深入讲解任务的创建、删除、挂起、恢复、优先级与调度策略（如固定优先级调度、轮转调度、时间片轮转调度等）。 中断与异常处理: 阐述中断服务程序（ISR）的设计原则，如何与任务协同工作，以及异常发生时的处理机制。 进程间通信（IPC）: 详细介绍信号量、互斥锁、消息队列、事件标志组、邮箱等RTOS提供的IPC机制，以及它们在解决多任务协作问题中的作用。 内存管理: 讲解RTOS中的内存分配策略，如静态分配、动态分配、内存池等。 5.2 RTOS选型与移植 分析不同RTOS（如FreeRTOS, RT-Thread, VxWorks等）的特点、性能、许可证以及适用场景。 介绍RTOS移植的基本步骤，包括配置硬件相关的底层驱动，以及内核的适配。 5.3 嵌入式软件工程实践 驱动程序设计: 讲解如何编写高效、可靠的硬件驱动程序，包括初始化、中断处理、数据读写等。 中间件与库: 介绍文件系统、网络协议栈、图形用户界面（GUI）库等常用中间件的应用。 软件调试技术: 详细介绍仿真器、JTAG/SWD调试器、串口调试、日志打印等常用的嵌入式软件调试方法和技巧。 代码质量保证: 强调代码风格、代码审查、单元测试、集成测试在提升软件质量中的作用。 第三部分：嵌入式系统应用开发实践 本部分通过典型的应用案例，将前面学到的理论和技术融会贯通，引导读者进行实际的系统设计与开发。 第六章 物联网（IoT）节点设计与实现 6.1 传感器数据采集与处理 设计一个基于常见传感器的IoT节点，如温湿度传感器、光照传感器、人体红外传感器等。 重点讲解如何使用ADC、I2C、SPI等接口读取传感器数据，并进行必要的滤波和校准。 6.2 无线通信模块集成 选择一种适合IoT应用的无线通信技术（如Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), LoRa等），讲解其通信协议和数据传输方式。 演示如何将无线模块集成到嵌入式系统中，并实现数据的发送与接收。 6.3 云平台对接与数据上报 介绍MQTT、CoAP等物联网通信协议，以及如何与常见的云平台（如阿里云IoT、AWS IoT、ThingsBoard等）进行对接。 实现将采集到的传感器数据安全可靠地上传到云端，并进行远程监控与管理。 第七章 嵌入式设备人机交互（HMI）设计 7.1 显示驱动与图形界面 讲解LCD/OLED显示屏的驱动原理，包括接口时序、像素刷新等。 介绍嵌入式GUI库（如LVGL, uGUI等）的使用，实现用户界面的设计与开发，包括按钮、文本框、进度条等控件的应用。 7.2 输入设备接口设计 介绍按键、触摸屏、编码器等输入设备的接口设计与驱动实现。 演示如何处理用户输入事件，并将其转化为系统操作。 第八章 嵌入式系统中的实时性与可靠性保障 8.1 实时性分析与优化 探讨实时系统的时间约束（硬实时、软实时）及其对系统设计的影响。 介绍中断延迟、任务切换延迟等关键性能指标的测量与优化方法。 讲解时间触发任务调度（TTT）等高级实时性控制技术。 8.2 系统可靠性设计 讲解看门狗（Watchdog Timer）在系统故障检测与恢复中的作用。 探讨电源管理与恢复机制，确保系统在异常断电后的稳定重启。 介绍错误检测与纠正（EDAC）技术在存储器等关键部件中的应用。 分析软件故障的常见原因，并提出相应的防御性编程和异常处理策略。 第九章 嵌入式系统开发工具链与生态 9.1 集成开发环境（IDE） 介绍主流的嵌入式IDE，如Keil MDK, IAR Embedded Workbench, VS Code + PlatformIO, Eclipse CDT等，以及它们的特点和使用技巧。 讲解编译器、链接器、调试器等工具链的基本工作原理。 9.2 版本控制与项目管理 强调Git等版本控制系统在嵌入式项目协作开发中的重要性，讲解基本命令和工作流程。 介绍敏捷开发方法在嵌入式项目管理中的应用。 9.3 嵌入式Linux与高级应用开发 简要介绍嵌入式Linux系统的基本概念、架构以及交叉编译环境的搭建。 探讨在嵌入式Linux平台上进行更复杂的应用开发，如网络服务、多媒体处理、用户界面等。 总结与展望 本书通过理论与实践相结合的方式，系统地介绍了嵌入式系统的原理、核心技术、开发方法以及实际应用。我们希望本书能够帮助读者建立起扎实的嵌入式系统设计与开发基础，掌握解决实际工程问题的能力，并为他们未来在嵌入式技术领域深入学习和发展奠定坚实的基础。本书的内容和方法适用于初学者入门，也能为有一定基础的开发者提供参考和启发。随着嵌入式技术的不断演进，本书也将在后续版本中不断更新，以反映行业最新的发展趋势和技术突破。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，也让我印象深刻。很多技术书籍的图表画得含糊不清，或者干脆就是一些简单的方框连接，让人看了更糊涂。然而，这本教材里关于硬件结构和信号流程的示意图，线条清晰，层次分明，很多关键的信号路径都用不同颜色做了区分。这对于我们这些需要对照原理图进行PCB设计的学习者来说，简直是福音。我特别喜欢它对“最小系统”搭建的描述部分，从晶振电路到复位电路，每一步的选择和元器件的参数选取都有明确的依据，避免了新手在硬件焊接和调试阶段走弯路。读完这部分，我立刻动手搭建了自己的实验板，整个过程非常顺利，硬件启动一次成功，那种成就感是看视频教程无法比拟的。它不仅仅是教你写代码，更是在培养你对硬件电路的直觉和敏感度。

评分☆☆☆☆☆

这本书，说实话，拿到手的时候我就感觉有点分量，这不仅仅是物理上的重量，更像是一种知识的厚重感。我一直是自己摸索着学习电子和编程的，基础比较零散，很多概念都是靠着网上各种碎片化的资料拼凑起来的，总觉得心里没个底。这本书的结构设计得非常清晰，从最基础的指令集讲起，一步步深入到复杂的系统设计，逻辑性很强。特别是对那些看似晦涩难懂的寄存器操作和中断处理，作者用了很多贴近实际的例子来解释，看得我茅塞顿开。我记得有一次为一个项目调试一个看似简单的定时器溢出问题，困扰了我好几天，翻阅这本书的相应章节后，才发现是我对底层时钟源的理解出现了偏差。这种“原来如此”的感觉，是你在那些泛泛而谈的教程里找不到的。它不像一本纯理论的书籍，而是更像一位经验丰富的老工程师手把手带着你入门，告诉你“这样做才是正确的，而且是为什么”。这种实战导向的讲解方式，极大地提升了我的学习效率和对微控制器底层工作机制的信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我欣赏的一点是它的“批判性思维”引导。作者在讲解某些设计范式时，不仅仅是告诉我们“这样做”，还会适当地引入一些“为什么不这样做”的讨论。比如，在内存访问效率的优化章节，它对比了不同访问模式下的性能差异，并分析了编译器优化背后的原理，这促使我不仅仅满足于代码能跑起来，更要去思考如何让它跑得更快、资源消耗更少。这种引导读者去质疑和探究底层机制的写作风格，使得学习过程不再是被动接受，而是一个主动探索和验证的过程。我发现，带着这种“刨根问底”的心态去学习，对理解复杂系统的鲁棒性设计非常有帮助。这本书更像是一扇门，打开了它，你就进入了一个更广阔的嵌入式世界，而不仅仅是学会了如何使用某个特定的芯片。

评分☆☆☆☆☆

我当时购买这本教材，主要是冲着它的实用性去的，毕竟在工程领域，理论的完美往往不如代码的健壮来得实在。这本书在接口技术这块的处理上，绝对是下了大功夫的。它没有停留在理论介绍ADC、DAC、SPI、I2C这些标准接口的原理上，而是非常详尽地讲解了如何在不同的应用场景下配置和优化这些接口。比如，在处理高速数据采集时，如何通过DMA（直接内存访问）来减轻CPU的负担，书中给出的代码示例和时序图都非常精确，连同初始化顺序和可能遇到的冲突点都考虑进去了。我最近在一个工业控制项目里用到了多机通信，书里关于RS-485总线拓扑结构和校验位设置的章节简直就是救星。我过去总觉得这些通信协议是黑箱，但这本书把它拆解开，让你看清每一个比特是如何被发送和接收的，这对于后续进行故障排查和系统升级至关重要。这种细致入微的讲解，让枯燥的协议学习过程变得清晰且可控。

评分☆☆☆☆☆

从教学法的角度来看，作者在知识的递进上把握得非常好。它没有一开始就抛出复杂的概念，而是循序渐进地构建知识体系。对于初学者来说，最怕的就是一开始就接触到大量的专业术语而感到压抑。这本书的前几章花了大量篇幅讲解汇编语言的基础，包括寻址方式和堆栈操作，为后续理解高级语言的编译结果打下了坚实的基础。这种打地基的功夫，在很多速成教材中是被完全忽略的。记得我以前学C语言的时候，总觉得指针操作很玄乎，但结合这本书里对内存映射和程序执行流程的讲解，再回头看指针，突然就理解了为什么那样操作是安全的或危险的。这本书的知识深度和广度是均衡的，既能满足应试需求，更能支撑起后续深入研究的需要，绝对是案头常备的工具书。