單片機原理與接口技術(第3版) 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
• 嵌入式係統
• 電子技術
• 微控製器
• AVR
• STM32
• 8051
• 數字電路

店鋪： 北京愛讀者圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121090646

商品編碼：29593706709

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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《嵌入式係統開發實戰指南：從硬件到軟件的全麵解析》 前言 隨著科技的飛速發展，嵌入式係統已經滲透到我們生活的方方麵麵，從智能傢居到工業自動化，從汽車電子到醫療設備，它們默默地支撐著現代社會的運轉。掌握嵌入式係統開發技術，不僅是計算機科學和電子工程領域的重要能力，更是開啓創新應用、實現智能化解決方案的關鍵。 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的嵌入式係統開發學習路徑，帶領大傢從基礎原理齣發，逐步掌握從硬件選型、電路設計，到嵌入式軟件編寫、調試以及係統集成等全過程。我們並非僅僅關注某一特定的微控製器，而是強調嵌入式係統設計的通用性原理和方法，讓讀者在掌握核心概念後，能夠靈活地遷移到不同的硬件平颱。本書內容力求實用，通過大量的實例和實戰項目，幫助讀者將理論知識轉化為實際動手能力，剋服開發過程中的常見挑戰。 第一章：嵌入式係統概述與核心概念 本章將為讀者構建對嵌入式係統的宏觀認識。我們將首先定義什麼是嵌入式係統，並闡述其與通用計算機係統的根本區彆。隨後，深入探討嵌入式係統設計的關鍵組成部分，包括嵌入式處理器、內存（RAM、ROM、Flash）、輸入/輸齣（I/O）接口、外圍設備以及電源管理單元。我們將詳細解析這些組成部分的硬件特性、工作原理以及它們在整體係統中的作用。 在此基礎上，我們將介紹嵌入式係統軟件的層次結構，包括裸機開發、實時操作係統（RTOS）以及嵌入式Linux等不同層級的軟件開發模式。針對每種模式，我們將分析其優缺點、適用場景以及基本的開發流程。此外，本章還將引入嵌入式係統設計中的一些核心理念，如功耗優化、實時性要求、可靠性設計以及硬件抽象層（HAL）的重要性。通過理解這些核心概念，讀者將對嵌入式係統開發的復雜性和挑戰有一個初步的認識。 第二章：嵌入式處理器架構與指令集 理解嵌入式係統的“大腦”——處理器——至關重要。本章將深入剖析常見的嵌入式處理器架構，例如ARM、RISC-V等，重點講解其流水綫、中斷處理、內存管理單元（MMU）/內存保護單元（MPU）以及緩存等核心功能。我們將詳細介紹不同架構的特點，以及它們如何影響係統的性能、功耗和開發復雜度。 更重要的是，本章將帶領讀者走進處理器的微觀世界，學習其指令集。我們將講解RISC（精簡指令集計算機）和CISC（復雜指令集計算機）的指令集設計哲學，並分析常見的指令類型，包括數據處理指令、分支指令、存儲指令以及特殊指令。通過理解指令集，讀者能夠更好地理解編譯器的工作原理，並為後續編寫高效的底層代碼打下基礎。本章還將探討交叉編譯的概念，以及如何構建一個適閤嵌入式開發的工具鏈。 第三章：嵌入式硬件接口與通信協議 嵌入式係統並非孤立存在，它需要與外部世界進行交互。本章將聚焦於嵌入式係統中常見的硬件接口和通信協議。我們將詳細講解串行通信接口，如UART（通用異步收發傳輸器）和SPI（串行外設接口），以及它們的工作原理、時序和應用場景。例如，UART如何實現點對點通信，SPI如何實現主從設備之間的快速數據傳輸。 我們還將深入探討I2C（集成電路互聯）總綫，分析其多主多從的特性以及在連接各種傳感器和外部設備方麵的優勢。對於需要高帶寬和實時性的應用，本章將介紹USB（通用串行總綫）接口，並探討其不同版本（如USB 2.0、USB 3.0）的特點和通信協議。 此外，本章還將覆蓋更高級彆的通信協議，如CAN（控製器局域網）總綫，它在汽車電子和工業自動化領域扮演著重要角色。我們將解析CAN協議的幀結構、通信方式以及其在分布式係統中的優勢。對於無綫通信，我們將簡要介紹Wi-Fi、Bluetooth等協議的基本原理和在嵌入式係統中的應用。 第四章：嵌入式軟件開發環境與工具鏈 高效的開發環境和強大的工具鏈是嵌入式開發成功的基石。本章將係統地介紹嵌入式軟件開發所需的環境和工具。我們將首先講解嵌入式集成開發環境（IDE）的選擇和配置，包括GCC、Clang等編譯器，以及GDB、Valgrind等調試器。讀者將學習如何設置一個能夠支持目標硬件的開發環境，包括交叉編譯器的安裝和配置。 本章還將深入探討版本控製係統（如Git）在嵌入式項目管理中的重要性，以及如何利用它來協作開發和追蹤代碼變更。我們還將介紹嵌入式係統常用的構建係統，如Make、CMake，並講解如何利用它們來自動化編譯和鏈接過程。 對於固件的燒寫和調試，本章將介紹JTAG/SWD接口的工作原理，以及如何使用專用的調試器（如Segger J-Link, ST-Link）來連接目標闆並進行代碼的下載和調試。我們將通過實際操作演示，幫助讀者掌握這些工具的使用技巧。 第五章：實時操作係統（RTOS）原理與應用 在許多嵌入式應用中，需要處理多個任務，並且對任務的執行時間有嚴格的要求。本章將深入講解實時操作係統（RTOS）的原理和應用。我們將首先介紹RTOS的核心概念，包括任務（Thread）、任務調度（Scheduling）、信號量（Semaphore）、互斥量（Mutex）、消息隊列（Message Queue）和事件標誌組（Event Flags Group）等。 我們將詳細分析各種調度算法（如固定優先級調度、輪詢調度、多級反饋隊列調度）的優缺點，並講解它們如何影響係統的實時性和效率。本章還將介紹RTOS提供的不同同步和通信機製，以及如何選擇閤適的機製來解決任務間的協作問題。 我們將以一個實際的RTOS（例如FreeRTOS）為例，講解如何在其上創建和管理任務，如何進行任務間通信和同步，以及如何利用其提供的API來實現復雜的應用邏輯。通過本章的學習，讀者將能夠設計和開發齣具有良好實時性和可擴展性的嵌入式係統。 第六章：嵌入式Linux係統開發基礎 隨著嵌入式係統處理能力的增強，嵌入式Linux憑藉其開源、靈活、豐富的軟件生態係統，在越來越多的領域得到應用。本章將為讀者打開嵌入式Linux開發的大門。我們將首先介紹嵌入式Linux係統的基本構成，包括引導加載程序（Bootloader，如U-Boot）、Linux內核以及根文件係統（Root Filesystem）。 我們將深入講解Bootloader的作用，以及如何配置和使用它來加載Linux內核。對於Linux內核，我們將介紹其編譯和裁剪過程，以及如何根據目標硬件的需求配置內核選項。隨後，我們將講解如何構建根文件係統，並介紹常用的文件係統類型，如yaffs2、UBIFS等。 本章還將涵蓋嵌入式Linux係統的用戶空間開發，包括應用程序的編寫、編譯和部署。我們將介紹嵌入式Linux下的開發環境搭建，包括交叉編譯工具鏈的構建，以及如何在目標闆上進行應用程序的調試。通過本章，讀者將能夠理解嵌入式Linux係統的構建原理，並開始進行嵌入式Linux應用程序的開發。 第七章：傳感器與執行器接口技術 嵌入式係統需要感知外部環境並作齣響應，傳感器和執行器是實現這一功能的關鍵。本章將詳細講解如何將各種傳感器和執行器與嵌入式係統進行接口。我們將以常見的模擬傳感器為例，講解模數轉換器（ADC）的工作原理，以及如何讀取模擬傳感器的數據，如溫度傳感器、光敏電阻等。 對於數字傳感器，我們將介紹I2C、SPI等接口協議在連接這些傳感器時的應用，例如連接加速度計、陀螺儀、氣壓傳感器等。本章還將介紹PWM（脈衝寬度調製）技術，以及如何利用它來控製直流電機、舵機等執行器。 此外，我們將探討GPIO（通用輸入輸齣）口在簡單開關、LED控製等方麵的應用。通過具體的硬件連接和代碼示例，讀者將掌握如何有效地集成和使用各種傳感器和執行器，為構建功能豐富的嵌入式係統打下基礎。 第八章：嵌入式係統調試與故障排除 在嵌入式開發過程中，調試是不可或缺的關鍵環節。本章將係統地介紹嵌入式係統的調試技術和故障排除方法。我們將深入講解使用調試器（如GDB）進行遠程調試的方法，包括設置斷點、單步執行、查看變量值以及內存訪問等。 除瞭基於硬件的調試器，本章還將介紹printf調試、日誌記錄等軟件調試技術。我們將分析嵌入式係統中常見的調試挑戰，如中斷引起的調試睏難、實時性問題導緻的調試難度等，並提供相應的解決方案。 此外，本章還將探討如何利用仿真器（Emulator）和模擬器（Simulator）來輔助調試，特彆是在硬件尚未就緒或難以訪問的情況下。我們將分享一些實用的故障排除技巧，幫助讀者快速定位和解決軟件和硬件問題。 第九章：嵌入式係統電源管理與功耗優化 在許多嵌入式應用中，特彆是電池供電的設備，電源管理和功耗優化是至關重要的設計考量。本章將深入探討嵌入式係統的電源管理策略。我們將講解低功耗模式，如睡眠模式（Sleep Mode）、深度睡眠模式（Deep Sleep Mode）等，以及如何通過軟件控製來實現這些模式的切換。 本章還將介紹電源管理硬件單元（PMIC）的功能，以及如何利用它們來精確地控製各部分電路的供電。我們將討論如何通過優化算法、選擇低功耗組件以及硬件設計來降低係統的整體功耗。 通過本章的學習，讀者將能夠設計齣更持久、更節能的嵌入式産品，滿足日益增長的綠色計算需求。 第十章：嵌入式係統安全性設計考量 隨著嵌入式係統在關鍵基礎設施、金融支付和個人隱私等領域的廣泛應用，安全性問題變得日益突齣。本章將探討嵌入式係統的安全設計考量。我們將介紹常見的嵌入式係統安全威脅，如物理攻擊、軟件漏洞、數據泄露等。 我們將講解加密算法（如AES、RSA）在嵌入式係統中的應用，以及如何利用硬件安全模塊（HSM）來保護敏感數據和密鑰。本章還將討論安全啓動（Secure Boot）的概念，以及如何確保隻有經過授權的代碼纔能在設備上運行。 此外，我們將介紹差分功耗分析（DPA）、側信道攻擊（SCA）等攻擊方式，並探討相應的防護措施。通過本章的學習，讀者將能夠更好地理解嵌入式係統的安全風險，並采取相應的措施來提高係統的安全性。 第十一章：項目實戰：智能傢居溫度監測與控製係統 為瞭鞏固前麵章節的學習成果，本章將帶領讀者完成一個完整的嵌入式係統項目——智能傢居溫度監測與控製係統。我們將從硬件選型開始，介紹如何選擇閤適的微控製器、溫度傳感器（如DS18B20）和執行器（如繼電器）。 隨後，我們將詳細講解如何連接這些硬件組件，並編寫底層驅動程序來讀取溫度傳感器的數值，以及如何控製繼電器來驅動空調或加熱器。我們將采用RTOS來管理任務，實現溫度數據的采集、顯示以及與外部設備的聯動。 在本章的實戰過程中，讀者將有機會運用前麵學到的接口技術、RTOS原理、傳感器驅動以及基本的係統集成知識。我們將逐步引導讀者完成從硬件連接到軟件編寫、再到係統測試的整個開發流程，讓理論知識真正落地。 第十二章：項目實戰：嵌入式Linux下的網絡設備監控 本章將提供一個使用嵌入式Linux開發的實戰項目，旨在構建一個網絡設備監控係統。我們將選擇一款支持嵌入式Linux開發闆（如樹莓派），並講解如何為其安裝和配置嵌入式Linux操作係統。 隨後，我們將介紹如何編寫一個簡單的網絡應用程序，用於監測網絡設備的在綫狀態、接收和發送數據。我們將學習如何在Linux環境下進行交叉編譯，並將應用程序部署到目標闆上。 本章的實戰將涵蓋嵌入式Linux係統的用戶空間開發、網絡通信編程以及基本的係統服務配置。通過這個項目，讀者將能夠體驗到嵌入式Linux開發的強大功能和靈活性，並為開發更復雜的嵌入式網絡應用奠定基礎。 結論 嵌入式係統開發是一個充滿挑戰但也極具迴報的領域。本書從基礎原理齣發，逐步深入到高級概念和實戰項目，力求為讀者提供一個係統、全麵且實用的學習體驗。我們鼓勵讀者在學習過程中積極動手實踐，不斷探索和創新。掌握本書所涵蓋的知識和技能，將為你在嵌入式係統開發的道路上奠定堅實的基礎，讓你能夠自信地應對未來的技術挑戰，創造更多智能化的解決方案。

評分☆☆☆☆☆

我最近在做的一個物聯網項目，本來打算直接上手基於Linux的開發闆，結果發現對底層的驅動和資源管理一竅不通，簡直寸步難行。後來朋友推薦瞭這本《物聯網邊緣計算與安全》，說實話，一開始我有點懷疑，覺得名字這麼高大上，內容會不會過於理論化。沒想到，它把復雜的邊緣計算架構拆解得非常清晰，從數據采集、預處理到雲端同步的整個鏈路，都有詳盡的案例分析。特彆是關於安全部分，如何實現數據的加密傳輸和設備的身份認證，書中給齣的幾種主流算法的實現細節，非常實用。我按照書中的指導，成功在我的一個小型傳感器節點上部署瞭輕量級的安全模塊，性能損耗比我之前瞎試的效果好太多瞭。這本書的價值在於，它完美地連接瞭硬件能力和實際的業務需求，是那種能讓你快速解決工程痛點的實用手冊。

評分☆☆☆☆☆

這本《嵌入式係統設計與實踐》簡直是為初學者量身定做的寶典！從最基礎的硬件架構講起，循序漸進地介紹瞭微控製器的工作原理，一點都不晦澀難懂。我記得我以前對那些寄存器、中斷什麼的總是望而卻步，但這本書裏用瞭很多生動的比喻和圖示，把抽象的概念一下子變得清晰起來。特彆是關於定時器和ADC模塊的講解，簡直是細緻入微，甚至連不同工作模式下的時序圖都畫得清清楚楚。我照著書上的例子敲代碼，很快就能把LED燈玩齣花樣來，那種成就感是無與倫比的。而且，作者在軟件設計思想上也下瞭很大功夫，不僅僅停留在教會你怎麼用硬件，更強調瞭良好的編程規範和模塊化思想，這對於後續學習更復雜的項目至關重要。感覺讀完這本書，我已經有瞭一個非常紮實的底層基礎，對後續接觸更高級的操作係統和網絡協議棧都有瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

說實話，市麵上很多號稱“入門”的硬件書籍，讀完之後感覺自己好像什麼都懂瞭，但真要自己動手設計一個闆子時，還是得重新翻閱datasheet。這本《PCB設計與電磁兼容性實戰》完全打破瞭這種僵局。它不是教你點點鼠標畫闆子，而是深入講解瞭信號完整性和電源完整性的底層物理原理。為什麼高頻信號需要差分走綫？地平麵應該如何處理纔能有效抑製噪聲耦閤？這本書裏通過大量的仿真截圖和實際的測試數據來佐證觀點，邏輯鏈條非常完整。我以前總以為隻要布局閤理就行瞭，讀完後纔明白，阻抗匹配和去耦電容的選擇是多麼關鍵的藝術。現在我設計的電路闆，一次性通過EMC測試的概率大大提高瞭，這絕對是省錢又省時間的利器。

評分☆☆☆☆☆

我對數字信號處理（DSP）一直有種敬畏感，總覺得那是高深莫測的數學和算法的結閤。然而，這本《DSP技術在音頻處理中的應用》卻用一種非常親和的方式打開瞭這扇門。它沒有一開始就拋齣復雜的傅裏葉變換公式，而是從我們熟悉的音頻采樣和量化開始，解釋瞭為什麼需要DSP。接著，它詳細介紹瞭如何用定點DSP芯片來實現濾波器（FIR/IIR）和混響算法。最讓我驚嘆的是，書中對算法的匯編級優化技巧也進行瞭講解，比如如何高效地利用乘纍加指令。我跟著書中的指導，成功將一個實時均衡器的計算負載降低瞭30%，這在資源受限的嵌入式音頻設備上是巨大的提升。這本書的特點在於，它真正做到瞭理論與工程實踐的完美融閤，讓復雜的DSP技術變得觸手可及。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深的軟件工程師，我最近想轉型到自動控製領域，但發現傳統的工業控製書籍都太側重於PLC和繼電器邏輯，對於現代基於微處理器的閉環控製係統講解不夠深入。翻開這本《現代工業控製係統與實時操作係統》，我立刻眼前一亮。它沒有過多糾結於具體的芯片型號，而是將重點放在瞭控製理論在嵌入式平颱上的實現上。比如PID算法的離散化、抗飽和處理、以及如何利用RTOS來保證控製周期的確定性，這些內容講解得極其透徹。作者引用的案例都是典型的伺服和運動控製場景，每一個數學模型和代碼片段都經過瞭嚴格的驗證。對於我們這種需要處理高性能、高可靠性要求的領域來說，這本書提供瞭一種科學、嚴謹的設計框架，讓人可以信賴。