單片機原理與接口技術(第3版) 曹天漢 9787121090646 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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曹天漢 著

圖書標籤:

• 單片機
• 原理
• 接口技術
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• 電子工程
• 計算機硬件
• 嵌入式係統
• 第3版
• 高等教育
• 教材

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121090646

商品編碼：29518705920

包裝：平裝

齣版時間：2009-07-01

基本信息

書名：單片機原理與接口技術(第3版)

定價：31.00元

作者：曹天漢

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2009-07-01

ISBN：9787121090646

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.581kg

編輯推薦

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內容提要

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本書分為四部分共12章。部分2章，介紹單片機及單片機芯片的基本硬件結構；第二部分4章，係統地敘述匯編語言指令係統及程序設計的基礎、單片機C語言基礎、C51程序的基本結構與設計和C51的構造類型數據；第三部分4章，介紹單片機片內的標準外圍單元：並行輸A./輸齣口、中斷係統、定時器/計數器和串行口的組成及應用方法；第4部分2章，通過各種應用實例闡述單片機的並行擴展技術和串行擴展技術。
本書已在多所高職院校用做教科書，鑒於其知識點敘述上的科學性、可讀性和內容上的先進性、實用性，本書也可作為工程技術人員和單片機愛好者的自學用書。

目錄

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部分　單片機及其基本組成
章　單片機概述
1.1　單片機
1.2　單片機係統
習題1
　第2章　MCS-51單片機的基組成
2.1　概述
　 2.1.1 MCS-51單片機的內部結構框圖
　 2.1.2 MCS-51單片機的引腳及片外總綫結構
2.2　中央處理器CPU
2.3　振蕩器和時鍾電路
　 2.3.1　電路組成
　 2.3.2　時序與時序定時單位
2.4　MCS.51單片機的內部存儲器
　 2.4.1 MCS.51單片機係統的存儲器結構及地址空間
　 2.4.2　MCS.51單片機的內部數據存儲器
　 2.4.3　特殊功能寄存器
　 2.4.4　堆棧及其存儲特性
　 2.4.5　內部程序存儲器
2.5　MCS.51單片機的復位
2.6　單片機的幾種工作方式
習題2
第二部分　MCS-51單片機的指令係統及程序設計
　第3章　MCS-51單片機的匯編語言指令係統
3.1　指令格式及常用符號
　3.1.1　指令的匯編語言格式
　 3.1.2　指令編碼的格式
　 3.1.3　指令中常用符號
　 3.1.4　指令執行的基本過程
3.2　指令中的尋址方式
3.3　數據傳送指令
　 3.3.1　在單片機片內RAM中傳送數據的指令
　 3.3.2　讀寫外部RAM的指令
　 3.3.3　讀程序存儲器的指令
3.4　算術運算類指令
　 3.4.1　加法指令
　 3.4.2　減法指令
　 3.4.3　乘法指令
　 3.4.4　除法指令
3.5　邏輯運算與移位類指令
3.6　控製轉移類指令
　 3.6.1　無條件轉移指令
　 3.6.2　條件轉移指令
　 3.6.3　調用與返迴指令
　 3.6.4　空操作指令
　 3.7　位操作類指令
　 3.8　MCS-51匯編語言的僞指令
　 習題3
　 軟件實訓1
　第4章　單片機C語言基礎
4.1　單片機C語言概述
　4.1.1　C語言的特點
　 4.1.2　單片機C語言——C51
4.2　單片機C51語言基本語法
　 4.2.1 C51的運算量
　 4.2.2 C51的數據類型
　 4.2.3 C51的存儲種類和存儲器類型
　 4.2.4 C51的運算符和錶達式
習題4
　第5章　MCS-51單片機程序設計
5.1　程序設計的基本方法
　 5.1.1　程序設計的步驟
　5.1.2　源程序的編輯、編譯和匯編
5.2　程序的基本形式與設計舉例
　 5.2.1 匯編語言程序的基本結構與設計舉例
　 5.2.2　C51程序的基本結構與設計舉例
習題5
　第6章　C51的構造類型數據
6.1　數組
　 6.1.1　數組的引入
　 6.1.2　一維數組
　 6.1.3　二維數組
　 6.1.4　字符數組
　 6.1.5　數組的存儲空間
　　……
第三部分　MCS-51單片機的基本功能單元
　第7章　MCS-51單片機的並行輸入/輸齣端口
　第8章　MCS-51單片機的中斷係統
第9章　MCS-51單片機的定時/計數器
　0章　MCS-51單片機的串行口
第四部分　單片機的擴展技術
　1章　MCS-51單片機的並行擴展技術
　2章　MCS-51單片機的串行擴展技術
附錄A　MCS-51單片機指令匯總
參考文獻

作者介紹

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曹天漢，男，浙江杭州人，副教授，先後畢業於寜夏大學物理專業和浙江大學計算機應用專業，多年從事高等職業技術教育教學和教學管理工作，高校教齡25年。主要從事電子技術和單片機係統設計技術的教學和技術開發。

文摘

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序言

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《嵌入式係統設計與實踐：原理、方法與案例解析》 內容簡介 隨著信息技術的飛速發展，嵌入式係統已滲透到我們生活的方方麵麵，從智能傢居到汽車電子，從醫療設備到工業自動化，無處不在的嵌入式應用正深刻地改變著世界。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且實踐導嚮的嵌入式係統設計與開發教程。我們力求在原理的闡述上嚴謹紮實，在技術方法的介紹上緊跟前沿，並通過豐富的實例解析，引導讀者將理論知識轉化為實際的工程能力。 本書內容涵蓋瞭嵌入式係統設計的基礎理論、核心技術、開發流程以及麵嚮不同應用領域的實踐方法。我們不局限於某一特定微控製器或處理器平颱，而是著重於嵌入式係統設計共性的原理與方法，以期讓讀者掌握靈活應對各種嵌入式係統開發挑戰的能力。 第一部分：嵌入式係統導論與核心原理 本部分將為讀者構建對嵌入式係統宏觀的認知框架，並深入剖析其構成要素和工作原理。 第一章 嵌入式係統概述 1.1 嵌入式係統的定義與特點 我們將詳細闡述嵌入式係統的本質，區分其與通用計算機係統的關鍵差異，如專用性、實時性、資源受限性、高可靠性、低功耗需求以及與物理世界的緊密交互等。 通過分析不同行業對嵌入式係統的應用需求，揭示嵌入式係統在現代科技和社會發展中的重要地位。 1.2 嵌入式係統的典型組成 深入剖析嵌入式係統的硬件架構，包括微處理器/微控製器（MPU/MCU）的選擇考量、存儲器（RAM, ROM, Flash）的種類與作用、輸入/輸齣（I/O）接口的設計與實現（GPIO, ADC, DAC, PWM等）、通信接口（UART, SPI, I2C, USB, Ethernet等）的工作原理及應用。 闡述嵌入式軟件的層次結構，包括底層驅動程序、操作係統（RTOS）或裸機程序、中間件以及應用層軟件的設計理念。 1.3 嵌入式係統應用領域 廣泛介紹嵌入式係統在消費電子、工業控製、汽車電子、醫療器械、通信設備、物聯網（IoT）等領域的典型應用案例，幫助讀者建立直觀的理解，激發學習興趣。 第二章 微處理器/微控製器基礎 2.1 計算機體係結構基礎 迴顧和梳理計算機的基本組成部分（CPU, 存儲器, 輸入/輸齣設備）以及經典的馮·諾依曼和哈佛體係結構，理解其對嵌入式處理器設計的影響。 講解指令集架構（ISA）的概念，如RISC與CISC的對比，以及RISC-V等新興架構的優勢，為理解不同處理器的工作方式奠定基礎。 2.2 嵌入式處理器核心技術 深入介紹嵌入式處理器（特彆是微控製器）的關鍵特性，如中斷機製、定時器/計數器、DMA（直接內存訪問）控製器、低功耗模式、異常處理等。 解析CPU的時鍾與復位機製，以及電源管理策略在嵌入式係統中的重要性。 2.3 常用嵌入式處理器架構簡介 對當前主流的嵌入式處理器架構（如ARM Cortex-M係列、RISC-V等）進行簡要介紹，闡述其在性能、功耗、成本等方麵的特點，以及適用的應用場景，但不會深入到具體型號的指令集細節，保持通用性。 第三章 嵌入式軟件設計基礎 3.1 嵌入式軟件開發流程 係統性地梳理嵌入式軟件從需求分析、係統設計、編碼實現、編譯鏈接、下載調試到最終集成的完整流程。 強調軟件復用、模塊化設計以及代碼可移植性的重要性。 3.2 嵌入式係統中的編程語言 詳細探討C語言在嵌入式開發中的核心地位，包括其指針、內存管理、位操作等特性。 介紹C++在嵌入式開發中的應用，特彆是麵嚮對象的設計思想如何優化大型嵌入式項目。 簡要提及匯編語言在特定場景下的作用，如啓動代碼、性能優化等。 3.3 裸機編程與簡單操作係統 闡述裸機編程的概念，即在沒有操作係統支持下直接訪問硬件的開發方式，分析其優缺點。 引入實時操作係統（RTOS）的概念，講解任務調度、進程間通信（IPC）、同步與互斥機製、內存管理等RTOS核心功能，為後續章節的深入學習打下基礎。 第二部分：嵌入式係統核心技術與方法 本部分將聚焦於嵌入式係統設計中的關鍵技術和實用的工程方法。 第四章 嵌入式係統硬件接口技術 4.1 通用輸入/輸齣（GPIO）接口 深入講解GPIO的工作原理，包括輸入模式（上拉、下拉、高阻）、輸齣模式（推挽、開漏）的配置與應用。 介紹GPIO的電氣特性，如電壓、電流驅動能力，以及如何防止硬件損壞。 4.2 模擬/數字轉換（ADC）與數字/模擬轉換（DAC） 詳細闡述ADC的工作原理，包括采樣、量化、編碼過程，介紹常見的ADC類型（逐次逼近、Σ-Δ等）及其性能指標（分辨率、采樣率、精度）。 講解DAC的工作原理，以及其在生成模擬信號方麵的應用。 結閤實例，說明ADC/DAC在傳感器數據采集、信號生成等方麵的實際應用。 4.3 定時器/計數器與脈衝寬度調製（PWM） 深入講解定時器/計數器的多種工作模式（定時、計數、輸入捕獲、輸齣比較）及其在延時、測量頻率、事件觸發等方麵的應用。 詳細闡述PWM生成原理，分析其占空比、頻率的控製方式，以及在電機調速、LED亮度控製、波形生成等方麵的廣泛應用。 4.4 通信接口技術 UART（通用異步收發傳輸器）: 講解異步通信的原理，波特率、數據位、停止位、校驗位的設置，以及在設備間串行通信中的應用。 SPI（串行外設接口）: 闡述主從模式、時鍾極性與相位（CPOL/CPHA）的概念，以及其高速、全雙工的特點，常用於外設通信。 I2C（集成電路互連總綫）: 講解總綫仲裁、地址尋址、讀寫協議，以及其多主多從、連接簡單等優勢，適用於連接多個傳感器或設備。 USB（通用串行總綫）: 簡要介紹USB總綫的拓撲結構、通信協議，以及在嵌入式設備作為主機或設備端的應用。 Ethernet（以太網）: 概述TCP/IP協議棧在嵌入式係統中的應用，以及以太網接口的設計考量。 第五章 實時操作係統（RTOS）與嵌入式軟件開發 5.1 RTOS核心概念與功能 任務管理: 深入講解任務的創建、刪除、掛起、恢復、優先級與調度策略（如固定優先級調度、輪轉調度、時間片輪轉調度等）。 中斷與異常處理: 闡述中斷服務程序（ISR）的設計原則，如何與任務協同工作，以及異常發生時的處理機製。 進程間通信（IPC）: 詳細介紹信號量、互斥鎖、消息隊列、事件標誌組、郵箱等RTOS提供的IPC機製，以及它們在解決多任務協作問題中的作用。 內存管理: 講解RTOS中的內存分配策略，如靜態分配、動態分配、內存池等。 5.2 RTOS選型與移植 分析不同RTOS（如FreeRTOS, RT-Thread, VxWorks等）的特點、性能、許可證以及適用場景。 介紹RTOS移植的基本步驟，包括配置硬件相關的底層驅動，以及內核的適配。 5.3 嵌入式軟件工程實踐 驅動程序設計: 講解如何編寫高效、可靠的硬件驅動程序，包括初始化、中斷處理、數據讀寫等。 中間件與庫: 介紹文件係統、網絡協議棧、圖形用戶界麵（GUI）庫等常用中間件的應用。 軟件調試技術: 詳細介紹仿真器、JTAG/SWD調試器、串口調試、日誌打印等常用的嵌入式軟件調試方法和技巧。 代碼質量保證: 強調代碼風格、代碼審查、單元測試、集成測試在提升軟件質量中的作用。 第三部分：嵌入式係統應用開發實踐 本部分通過典型的應用案例，將前麵學到的理論和技術融會貫通，引導讀者進行實際的係統設計與開發。 第六章 物聯網（IoT）節點設計與實現 6.1 傳感器數據采集與處理 設計一個基於常見傳感器的IoT節點，如溫濕度傳感器、光照傳感器、人體紅外傳感器等。 重點講解如何使用ADC、I2C、SPI等接口讀取傳感器數據，並進行必要的濾波和校準。 6.2 無綫通信模塊集成 選擇一種適閤IoT應用的無綫通信技術（如Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), LoRa等），講解其通信協議和數據傳輸方式。 演示如何將無綫模塊集成到嵌入式係統中，並實現數據的發送與接收。 6.3 雲平颱對接與數據上報 介紹MQTT、CoAP等物聯網通信協議，以及如何與常見的雲平颱（如阿裏雲IoT、AWS IoT、ThingsBoard等）進行對接。 實現將采集到的傳感器數據安全可靠地上傳到雲端，並進行遠程監控與管理。 第七章 嵌入式設備人機交互（HMI）設計 7.1 顯示驅動與圖形界麵 講解LCD/OLED顯示屏的驅動原理，包括接口時序、像素刷新等。 介紹嵌入式GUI庫（如LVGL, uGUI等）的使用，實現用戶界麵的設計與開發，包括按鈕、文本框、進度條等控件的應用。 7.2 輸入設備接口設計 介紹按鍵、觸摸屏、編碼器等輸入設備的接口設計與驅動實現。 演示如何處理用戶輸入事件，並將其轉化為係統操作。 第八章 嵌入式係統中的實時性與可靠性保障 8.1 實時性分析與優化 探討實時係統的時間約束（硬實時、軟實時）及其對係統設計的影響。 介紹中斷延遲、任務切換延遲等關鍵性能指標的測量與優化方法。 講解時間觸發任務調度（TTT）等高級實時性控製技術。 8.2 係統可靠性設計 講解看門狗（Watchdog Timer）在係統故障檢測與恢復中的作用。 探討電源管理與恢復機製，確保係統在異常斷電後的穩定重啓。 介紹錯誤檢測與糾正（EDAC）技術在存儲器等關鍵部件中的應用。 分析軟件故障的常見原因，並提齣相應的防禦性編程和異常處理策略。 第九章 嵌入式係統開發工具鏈與生態 9.1 集成開發環境（IDE） 介紹主流的嵌入式IDE，如Keil MDK, IAR Embedded Workbench, VS Code + PlatformIO, Eclipse CDT等，以及它們的特點和使用技巧。 講解編譯器、鏈接器、調試器等工具鏈的基本工作原理。 9.2 版本控製與項目管理 強調Git等版本控製係統在嵌入式項目協作開發中的重要性，講解基本命令和工作流程。 介紹敏捷開發方法在嵌入式項目管理中的應用。 9.3 嵌入式Linux與高級應用開發 簡要介紹嵌入式Linux係統的基本概念、架構以及交叉編譯環境的搭建。 探討在嵌入式Linux平颱上進行更復雜的應用開發，如網絡服務、多媒體處理、用戶界麵等。 總結與展望 本書通過理論與實踐相結閤的方式，係統地介紹瞭嵌入式係統的原理、核心技術、開發方法以及實際應用。我們希望本書能夠幫助讀者建立起紮實的嵌入式係統設計與開發基礎，掌握解決實際工程問題的能力，並為他們未來在嵌入式技術領域深入學習和發展奠定堅實的基礎。本書的內容和方法適用於初學者入門，也能為有一定基礎的開發者提供參考和啓發。隨著嵌入式技術的不斷演進，本書也將在後續版本中不斷更新，以反映行業最新的發展趨勢和技術突破。

評分☆☆☆☆☆

這本書，說實話，拿到手的時候我就感覺有點分量，這不僅僅是物理上的重量，更像是一種知識的厚重感。我一直是自己摸索著學習電子和編程的，基礎比較零散，很多概念都是靠著網上各種碎片化的資料拼湊起來的，總覺得心裏沒個底。這本書的結構設計得非常清晰，從最基礎的指令集講起，一步步深入到復雜的係統設計，邏輯性很強。特彆是對那些看似晦澀難懂的寄存器操作和中斷處理，作者用瞭很多貼近實際的例子來解釋，看得我茅塞頓開。我記得有一次為一個項目調試一個看似簡單的定時器溢齣問題，睏擾瞭我好幾天，翻閱這本書的相應章節後，纔發現是我對底層時鍾源的理解齣現瞭偏差。這種“原來如此”的感覺，是你在那些泛泛而談的教程裏找不到的。它不像一本純理論的書籍，而是更像一位經驗豐富的老工程師手把手帶著你入門，告訴你“這樣做纔是正確的，而且是為什麼”。這種實戰導嚮的講解方式，極大地提升瞭我的學習效率和對微控製器底層工作機製的信心。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我欣賞的一點是它的“批判性思維”引導。作者在講解某些設計範式時，不僅僅是告訴我們“這樣做”，還會適當地引入一些“為什麼不這樣做”的討論。比如，在內存訪問效率的優化章節，它對比瞭不同訪問模式下的性能差異，並分析瞭編譯器優化背後的原理，這促使我不僅僅滿足於代碼能跑起來，更要去思考如何讓它跑得更快、資源消耗更少。這種引導讀者去質疑和探究底層機製的寫作風格，使得學習過程不再是被動接受，而是一個主動探索和驗證的過程。我發現，帶著這種“刨根問底”的心態去學習，對理解復雜係統的魯棒性設計非常有幫助。這本書更像是一扇門，打開瞭它，你就進入瞭一個更廣闊的嵌入式世界，而不僅僅是學會瞭如何使用某個特定的芯片。

評分☆☆☆☆☆

從教學法的角度來看，作者在知識的遞進上把握得非常好。它沒有一開始就拋齣復雜的概念，而是循序漸進地構建知識體係。對於初學者來說，最怕的就是一開始就接觸到大量的專業術語而感到壓抑。這本書的前幾章花瞭大量篇幅講解匯編語言的基礎，包括尋址方式和堆棧操作，為後續理解高級語言的編譯結果打下瞭堅實的基礎。這種打地基的功夫，在很多速成教材中是被完全忽略的。記得我以前學C語言的時候，總覺得指針操作很玄乎，但結閤這本書裏對內存映射和程序執行流程的講解，再迴頭看指針，突然就理解瞭為什麼那樣操作是安全的或危險的。這本書的知識深度和廣度是均衡的，既能滿足應試需求，更能支撐起後續深入研究的需要，絕對是案頭常備的工具書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖質量，也讓我印象深刻。很多技術書籍的圖錶畫得含糊不清，或者乾脆就是一些簡單的方框連接，讓人看瞭更糊塗。然而，這本教材裏關於硬件結構和信號流程的示意圖，綫條清晰，層次分明，很多關鍵的信號路徑都用不同顔色做瞭區分。這對於我們這些需要對照原理圖進行PCB設計的學習者來說，簡直是福音。我特彆喜歡它對“最小係統”搭建的描述部分，從晶振電路到復位電路，每一步的選擇和元器件的參數選取都有明確的依據，避免瞭新手在硬件焊接和調試階段走彎路。讀完這部分，我立刻動手搭建瞭自己的實驗闆，整個過程非常順利，硬件啓動一次成功，那種成就感是看視頻教程無法比擬的。它不僅僅是教你寫代碼，更是在培養你對硬件電路的直覺和敏感度。

評分☆☆☆☆☆

我當時購買這本教材，主要是衝著它的實用性去的，畢竟在工程領域，理論的完美往往不如代碼的健壯來得實在。這本書在接口技術這塊的處理上，絕對是下瞭大功夫的。它沒有停留在理論介紹ADC、DAC、SPI、I2C這些標準接口的原理上，而是非常詳盡地講解瞭如何在不同的應用場景下配置和優化這些接口。比如，在處理高速數據采集時，如何通過DMA（直接內存訪問）來減輕CPU的負擔，書中給齣的代碼示例和時序圖都非常精確，連同初始化順序和可能遇到的衝突點都考慮進去瞭。我最近在一個工業控製項目裏用到瞭多機通信，書裏關於RS-485總綫拓撲結構和校驗位設置的章節簡直就是救星。我過去總覺得這些通信協議是黑箱，但這本書把它拆解開，讓你看清每一個比特是如何被發送和接收的，這對於後續進行故障排查和係統升級至關重要。這種細緻入微的講解，讓枯燥的協議學習過程變得清晰且可控。