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

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

曹天汉 著

图书标签:

• 单片机
• 原理
• 接口技术
• 嵌入式系统
• 电子技术
• 微控制器
• AVR
• STM32
• 8051
• 数字电路

店铺： 北京爱读者图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121090646

商品编码：29593706709

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

---

内容提要

---

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

---

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

---

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

---

序言

---

《嵌入式系统开发实战指南：从硬件到软件的全面解析》 前言 随着科技的飞速发展，嵌入式系统已经渗透到我们生活的方方面面，从智能家居到工业自动化，从汽车电子到医疗设备，它们默默地支撑着现代社会的运转。掌握嵌入式系统开发技术，不仅是计算机科学和电子工程领域的重要能力，更是开启创新应用、实现智能化解决方案的关键。 本书旨在为读者提供一个全面、深入的嵌入式系统开发学习路径，带领大家从基础原理出发，逐步掌握从硬件选型、电路设计，到嵌入式软件编写、调试以及系统集成等全过程。我们并非仅仅关注某一特定的微控制器，而是强调嵌入式系统设计的通用性原理和方法，让读者在掌握核心概念后，能够灵活地迁移到不同的硬件平台。本书内容力求实用，通过大量的实例和实战项目，帮助读者将理论知识转化为实际动手能力，克服开发过程中的常见挑战。 第一章：嵌入式系统概述与核心概念 本章将为读者构建对嵌入式系统的宏观认识。我们将首先定义什么是嵌入式系统，并阐述其与通用计算机系统的根本区别。随后，深入探讨嵌入式系统设计的关键组成部分，包括嵌入式处理器、内存（RAM、ROM、Flash）、输入/输出（I/O）接口、外围设备以及电源管理单元。我们将详细解析这些组成部分的硬件特性、工作原理以及它们在整体系统中的作用。 在此基础上，我们将介绍嵌入式系统软件的层次结构，包括裸机开发、实时操作系统（RTOS）以及嵌入式Linux等不同层级的软件开发模式。针对每种模式，我们将分析其优缺点、适用场景以及基本的开发流程。此外，本章还将引入嵌入式系统设计中的一些核心理念，如功耗优化、实时性要求、可靠性设计以及硬件抽象层（HAL）的重要性。通过理解这些核心概念，读者将对嵌入式系统开发的复杂性和挑战有一个初步的认识。 第二章：嵌入式处理器架构与指令集 理解嵌入式系统的“大脑”——处理器——至关重要。本章将深入剖析常见的嵌入式处理器架构，例如ARM、RISC-V等，重点讲解其流水线、中断处理、内存管理单元（MMU）/内存保护单元（MPU）以及缓存等核心功能。我们将详细介绍不同架构的特点，以及它们如何影响系统的性能、功耗和开发复杂度。 更重要的是，本章将带领读者走进处理器的微观世界，学习其指令集。我们将讲解RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）的指令集设计哲学，并分析常见的指令类型，包括数据处理指令、分支指令、存储指令以及特殊指令。通过理解指令集，读者能够更好地理解编译器的工作原理，并为后续编写高效的底层代码打下基础。本章还将探讨交叉编译的概念，以及如何构建一个适合嵌入式开发的工具链。 第三章：嵌入式硬件接口与通信协议 嵌入式系统并非孤立存在，它需要与外部世界进行交互。本章将聚焦于嵌入式系统中常见的硬件接口和通信协议。我们将详细讲解串行通信接口，如UART（通用异步收发传输器）和SPI（串行外设接口），以及它们的工作原理、时序和应用场景。例如，UART如何实现点对点通信，SPI如何实现主从设备之间的快速数据传输。 我们还将深入探讨I2C（集成电路互联）总线，分析其多主多从的特性以及在连接各种传感器和外部设备方面的优势。对于需要高带宽和实时性的应用，本章将介绍USB（通用串行总线）接口，并探讨其不同版本（如USB 2.0、USB 3.0）的特点和通信协议。 此外，本章还将覆盖更高级别的通信协议，如CAN（控制器局域网）总线，它在汽车电子和工业自动化领域扮演着重要角色。我们将解析CAN协议的帧结构、通信方式以及其在分布式系统中的优势。对于无线通信，我们将简要介绍Wi-Fi、Bluetooth等协议的基本原理和在嵌入式系统中的应用。 第四章：嵌入式软件开发环境与工具链 高效的开发环境和强大的工具链是嵌入式开发成功的基石。本章将系统地介绍嵌入式软件开发所需的环境和工具。我们将首先讲解嵌入式集成开发环境（IDE）的选择和配置，包括GCC、Clang等编译器，以及GDB、Valgrind等调试器。读者将学习如何设置一个能够支持目标硬件的开发环境，包括交叉编译器的安装和配置。 本章还将深入探讨版本控制系统（如Git）在嵌入式项目管理中的重要性，以及如何利用它来协作开发和追踪代码变更。我们还将介绍嵌入式系统常用的构建系统，如Make、CMake，并讲解如何利用它们来自动化编译和链接过程。 对于固件的烧写和调试，本章将介绍JTAG/SWD接口的工作原理，以及如何使用专用的调试器（如Segger J-Link, ST-Link）来连接目标板并进行代码的下载和调试。我们将通过实际操作演示，帮助读者掌握这些工具的使用技巧。 第五章：实时操作系统（RTOS）原理与应用 在许多嵌入式应用中，需要处理多个任务，并且对任务的执行时间有严格的要求。本章将深入讲解实时操作系统（RTOS）的原理和应用。我们将首先介绍RTOS的核心概念，包括任务（Thread）、任务调度（Scheduling）、信号量（Semaphore）、互斥量（Mutex）、消息队列（Message Queue）和事件标志组（Event Flags Group）等。 我们将详细分析各种调度算法（如固定优先级调度、轮询调度、多级反馈队列调度）的优缺点，并讲解它们如何影响系统的实时性和效率。本章还将介绍RTOS提供的不同同步和通信机制，以及如何选择合适的机制来解决任务间的协作问题。 我们将以一个实际的RTOS（例如FreeRTOS）为例，讲解如何在其上创建和管理任务，如何进行任务间通信和同步，以及如何利用其提供的API来实现复杂的应用逻辑。通过本章的学习，读者将能够设计和开发出具有良好实时性和可扩展性的嵌入式系统。 第六章：嵌入式Linux系统开发基础 随着嵌入式系统处理能力的增强，嵌入式Linux凭借其开源、灵活、丰富的软件生态系统，在越来越多的领域得到应用。本章将为读者打开嵌入式Linux开发的大门。我们将首先介绍嵌入式Linux系统的基本构成，包括引导加载程序（Bootloader，如U-Boot）、Linux内核以及根文件系统（Root Filesystem）。 我们将深入讲解Bootloader的作用，以及如何配置和使用它来加载Linux内核。对于Linux内核，我们将介绍其编译和裁剪过程，以及如何根据目标硬件的需求配置内核选项。随后，我们将讲解如何构建根文件系统，并介绍常用的文件系统类型，如yaffs2、UBIFS等。 本章还将涵盖嵌入式Linux系统的用户空间开发，包括应用程序的编写、编译和部署。我们将介绍嵌入式Linux下的开发环境搭建，包括交叉编译工具链的构建，以及如何在目标板上进行应用程序的调试。通过本章，读者将能够理解嵌入式Linux系统的构建原理，并开始进行嵌入式Linux应用程序的开发。 第七章：传感器与执行器接口技术 嵌入式系统需要感知外部环境并作出响应，传感器和执行器是实现这一功能的关键。本章将详细讲解如何将各种传感器和执行器与嵌入式系统进行接口。我们将以常见的模拟传感器为例，讲解模数转换器（ADC）的工作原理，以及如何读取模拟传感器的数据，如温度传感器、光敏电阻等。 对于数字传感器，我们将介绍I2C、SPI等接口协议在连接这些传感器时的应用，例如连接加速度计、陀螺仪、气压传感器等。本章还将介绍PWM（脉冲宽度调制）技术，以及如何利用它来控制直流电机、舵机等执行器。 此外，我们将探讨GPIO（通用输入输出）口在简单开关、LED控制等方面的应用。通过具体的硬件连接和代码示例，读者将掌握如何有效地集成和使用各种传感器和执行器，为构建功能丰富的嵌入式系统打下基础。 第八章：嵌入式系统调试与故障排除 在嵌入式开发过程中，调试是不可或缺的关键环节。本章将系统地介绍嵌入式系统的调试技术和故障排除方法。我们将深入讲解使用调试器（如GDB）进行远程调试的方法，包括设置断点、单步执行、查看变量值以及内存访问等。 除了基于硬件的调试器，本章还将介绍printf调试、日志记录等软件调试技术。我们将分析嵌入式系统中常见的调试挑战，如中断引起的调试困难、实时性问题导致的调试难度等，并提供相应的解决方案。 此外，本章还将探讨如何利用仿真器（Emulator）和模拟器（Simulator）来辅助调试，特别是在硬件尚未就绪或难以访问的情况下。我们将分享一些实用的故障排除技巧，帮助读者快速定位和解决软件和硬件问题。 第九章：嵌入式系统电源管理与功耗优化 在许多嵌入式应用中，特别是电池供电的设备，电源管理和功耗优化是至关重要的设计考量。本章将深入探讨嵌入式系统的电源管理策略。我们将讲解低功耗模式，如睡眠模式（Sleep Mode）、深度睡眠模式（Deep Sleep Mode）等，以及如何通过软件控制来实现这些模式的切换。 本章还将介绍电源管理硬件单元（PMIC）的功能，以及如何利用它们来精确地控制各部分电路的供电。我们将讨论如何通过优化算法、选择低功耗组件以及硬件设计来降低系统的整体功耗。 通过本章的学习，读者将能够设计出更持久、更节能的嵌入式产品，满足日益增长的绿色计算需求。 第十章：嵌入式系统安全性设计考量 随着嵌入式系统在关键基础设施、金融支付和个人隐私等领域的广泛应用，安全性问题变得日益突出。本章将探讨嵌入式系统的安全设计考量。我们将介绍常见的嵌入式系统安全威胁，如物理攻击、软件漏洞、数据泄露等。 我们将讲解加密算法（如AES、RSA）在嵌入式系统中的应用，以及如何利用硬件安全模块（HSM）来保护敏感数据和密钥。本章还将讨论安全启动（Secure Boot）的概念，以及如何确保只有经过授权的代码才能在设备上运行。 此外，我们将介绍差分功耗分析（DPA）、侧信道攻击（SCA）等攻击方式，并探讨相应的防护措施。通过本章的学习，读者将能够更好地理解嵌入式系统的安全风险，并采取相应的措施来提高系统的安全性。 第十一章：项目实战：智能家居温度监测与控制系统 为了巩固前面章节的学习成果，本章将带领读者完成一个完整的嵌入式系统项目——智能家居温度监测与控制系统。我们将从硬件选型开始，介绍如何选择合适的微控制器、温度传感器（如DS18B20）和执行器（如继电器）。 随后，我们将详细讲解如何连接这些硬件组件，并编写底层驱动程序来读取温度传感器的数值，以及如何控制继电器来驱动空调或加热器。我们将采用RTOS来管理任务，实现温度数据的采集、显示以及与外部设备的联动。 在本章的实战过程中，读者将有机会运用前面学到的接口技术、RTOS原理、传感器驱动以及基本的系统集成知识。我们将逐步引导读者完成从硬件连接到软件编写、再到系统测试的整个开发流程，让理论知识真正落地。 第十二章：项目实战：嵌入式Linux下的网络设备监控 本章将提供一个使用嵌入式Linux开发的实战项目，旨在构建一个网络设备监控系统。我们将选择一款支持嵌入式Linux开发板（如树莓派），并讲解如何为其安装和配置嵌入式Linux操作系统。 随后，我们将介绍如何编写一个简单的网络应用程序，用于监测网络设备的在线状态、接收和发送数据。我们将学习如何在Linux环境下进行交叉编译，并将应用程序部署到目标板上。 本章的实战将涵盖嵌入式Linux系统的用户空间开发、网络通信编程以及基本的系统服务配置。通过这个项目，读者将能够体验到嵌入式Linux开发的强大功能和灵活性，并为开发更复杂的嵌入式网络应用奠定基础。 结论 嵌入式系统开发是一个充满挑战但也极具回报的领域。本书从基础原理出发，逐步深入到高级概念和实战项目，力求为读者提供一个系统、全面且实用的学习体验。我们鼓励读者在学习过程中积极动手实践，不断探索和创新。掌握本书所涵盖的知识和技能，将为你在嵌入式系统开发的道路上奠定坚实的基础，让你能够自信地应对未来的技术挑战，创造更多智能化的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

说实话，市面上很多号称“入门”的硬件书籍，读完之后感觉自己好像什么都懂了，但真要自己动手设计一个板子时，还是得重新翻阅datasheet。这本《PCB设计与电磁兼容性实战》完全打破了这种僵局。它不是教你点点鼠标画板子，而是深入讲解了信号完整性和电源完整性的底层物理原理。为什么高频信号需要差分走线？地平面应该如何处理才能有效抑制噪声耦合？这本书里通过大量的仿真截图和实际的测试数据来佐证观点，逻辑链条非常完整。我以前总以为只要布局合理就行了，读完后才明白，阻抗匹配和去耦电容的选择是多么关键的艺术。现在我设计的电路板，一次性通过EMC测试的概率大大提高了，这绝对是省钱又省时间的利器。

评分☆☆☆☆☆

这本《嵌入式系统设计与实践》简直是为初学者量身定做的宝典！从最基础的硬件架构讲起，循序渐进地介绍了微控制器的工作原理，一点都不晦涩难懂。我记得我以前对那些寄存器、中断什么的总是望而却步，但这本书里用了很多生动的比喻和图示，把抽象的概念一下子变得清晰起来。特别是关于定时器和ADC模块的讲解，简直是细致入微，甚至连不同工作模式下的时序图都画得清清楚楚。我照着书上的例子敲代码，很快就能把LED灯玩出花样来，那种成就感是无与伦比的。而且，作者在软件设计思想上也下了很大功夫，不仅仅停留在教会你怎么用硬件，更强调了良好的编程规范和模块化思想，这对于后续学习更复杂的项目至关重要。感觉读完这本书，我已经有了一个非常扎实的底层基础，对后续接触更高级的操作系统和网络协议栈都有了信心。

评分☆☆☆☆☆

我最近在做的一个物联网项目，本来打算直接上手基于Linux的开发板，结果发现对底层的驱动和资源管理一窍不通，简直寸步难行。后来朋友推荐了这本《物联网边缘计算与安全》，说实话，一开始我有点怀疑，觉得名字这么高大上，内容会不会过于理论化。没想到，它把复杂的边缘计算架构拆解得非常清晰，从数据采集、预处理到云端同步的整个链路，都有详尽的案例分析。特别是关于安全部分，如何实现数据的加密传输和设备的身份认证，书中给出的几种主流算法的实现细节，非常实用。我按照书中的指导，成功在我的一个小型传感器节点上部署了轻量级的安全模块，性能损耗比我之前瞎试的效果好太多了。这本书的价值在于，它完美地连接了硬件能力和实际的业务需求，是那种能让你快速解决工程痛点的实用手册。

评分☆☆☆☆☆

我对数字信号处理（DSP）一直有种敬畏感，总觉得那是高深莫测的数学和算法的结合。然而，这本《DSP技术在音频处理中的应用》却用一种非常亲和的方式打开了这扇门。它没有一开始就抛出复杂的傅里叶变换公式，而是从我们熟悉的音频采样和量化开始，解释了为什么需要DSP。接着，它详细介绍了如何用定点DSP芯片来实现滤波器（FIR/IIR）和混响算法。最让我惊叹的是，书中对算法的汇编级优化技巧也进行了讲解，比如如何高效地利用乘累加指令。我跟着书中的指导，成功将一个实时均衡器的计算负载降低了30%，这在资源受限的嵌入式音频设备上是巨大的提升。这本书的特点在于，它真正做到了理论与工程实践的完美融合，让复杂的DSP技术变得触手可及。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的软件工程师，我最近想转型到自动控制领域，但发现传统的工业控制书籍都太侧重于PLC和继电器逻辑，对于现代基于微处理器的闭环控制系统讲解不够深入。翻开这本《现代工业控制系统与实时操作系统》，我立刻眼前一亮。它没有过多纠结于具体的芯片型号，而是将重点放在了控制理论在嵌入式平台上的实现上。比如PID算法的离散化、抗饱和处理、以及如何利用RTOS来保证控制周期的确定性，这些内容讲解得极其透彻。作者引用的案例都是典型的伺服和运动控制场景，每一个数学模型和代码片段都经过了严格的验证。对于我们这种需要处理高性能、高可靠性要求的领域来说，这本书提供了一种科学、严谨的设计框架，让人可以信赖。