单片机原理及应用 [Principles and Applications of Microcontroller] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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黄勤，李楠 编

图书标签:

• 单片机
• 微控制器
• 嵌入式系统
• 原理
• 应用
• 电子工程
• 数字电路
• C语言
• 汇编语言
• 实践教程

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302231226

版次：1

商品编码：12301453

包装：平装

丛书名： 全国高等学校自动化专业系列教材

外文名称：Principles and Applications of Microcontroller

开本：16开

出版时间：2010-09-01

用纸：胶版纸

页数：337

内容简介

　　《单片机原理及应用》以MCS-51系列单片机为例，系统、全面地介绍单片机的原理、接口及应用技术。全书共分9章，其主要内容包括概论，MCS-51系列单片机的资源配置，MCS-51系列单片机的指令系统及汇编语言程序设计，单片机的C语言编程，MCS-51系列单片机的片内接口及中断，MCS-51系列单片机的扩展技术，单片机应用系统的接口技术，单片机应用系统设计，单片机应用系统设计实例。大部分章配有习题，以帮助读者深入学习。
　　《单片机原理及应用》可作为高等院校自动化、电气工程、机电一体化及相关专业本科教材，还可作为相关专业专科教材，也可作为从事单片机应用开发的工程技术人员的参考书。

作者简介

　　黄勤，1982年1月毕业于重庆大学自动控制专业，现为重庆大学教授。多年来为本科生讲授了“微型计算机原理及应用”、“单片机原理及应用”、“计算机硬件技术基础”、“微型计算机控制技术”等课程；主编和参编了《微型计算机控制技术》、《计算机硬件技术基础》、《计算机硬件技术基础实验教程》、《计算机硬件技术基础学习指导》、《计算机控制系统》等教材；发表论文多篇，先后主持重庆市自然科学基金项目一项、重庆市教改项目和重庆大学教改项目多项。曾获教育部科学技术进步二等奖、重庆市优秀教学成果一等奖、重庆市优秀教学成果三等奖、全国优秀教改项目一等奖等。
　　
　　李楠，1997年毕业于重庆大学自动化学院，现为重庆大学副教授。主要为本科生讲授“计算机硬件技术基础”、“计算机控制技术”等课程。参加编写了《微型计算机控制技术》、《计算机硬件技术基础》、《计算机硬件技术基础实验教程》、《计算机硬件技术基础学习指导》等教材。主持重庆市教改项目和重庆大学教改项目多项；曾获教育部科学技术进步奖二等奖、重庆市优秀教学成果奖、重庆市科技进步奖二等奖、重庆大学优秀教学成果奖。

内页插图

目录

第1章 概论
1．1 单片机技术的发展过程及趋势
1．2 单片机的典型结构及工作原理
1．2．1 单片机组成及结构
1．2．2 单片机的工作原理
1．3 典型单片机的结构及特点
1．3．1 MCS-51系列单片机的结构及特点
1．3．2 其他单片机的结构及特点
1．4 单片机应用系统的开发过程
1．5 本书的结构及教学安排
习题

第2章 MCS-51系列单片机的资源配置
2．1 MCS-51系列单片机的在片资源及外部特性
2．1．1 MCS-51系列单片机的在片资源
2．1．2 MCS-51系列单片机的外部特性
2．2 MCS-51系列单片机的存储器系统
2．2．1 程序存储器
2．2．2 数据存储器
2．3 MCS-51系列单片机的时钟电路与复位电路
2．3．1 时钟电路
2．3．2 复位电路
习题

第3章 MCS-51系列单片机的指令系统及汇编语言程序设计
3．1 寻址方式
3．1．1 立即寻址
3．1．2 直接寻址
3．1．3 寄存器寻址
3．1．4 寄存器间接寻址
3．1．5 变址寻址
3．1．6 相对寻址
3．1．7 位寻址
3．2 指令系统
3．2．1 数据传送类指令
3．2．2 运算和移位指令
3．2．3 控制转移指令
3．2．4 位操作指令
3．3 汇编语言程序设计
3．3．1 汇编语言程序设计步骤
3．3．2 汇编语言程序设计方法
3．4 实用汇编语言程序设计
3．4．1 四则运算子程序
3．4．2 数制变换子程序
3．4．3 数据处理子程序
3．4．4 其他子程序
习题

单片机原理及应用
目录

第4章 单片机的C语言编程
4．1 C51的程序结构
4．2 C51的数据类型及运算符
4．2．1 C51的存储类型
4．2．2 C51的存储模式
4．2．3 C51的数据类型
4．2．4 C51的指针
4．2．5 C51对扩展外设的访问
4．2．6 C51的运算符
4．3 C51的函数
4．3．1 C51函数的定义
4．3．2 C51函数参数传递及返回值传递
4．3．3 C51函数的调用
4．3．4 C51的库函数和宏定义
4．4 C51程序设计
4．4．1 C51程序设计方法
4．4．2 C51程序设计实例
习题

第5章 MCS-51系列单片机的片内接口及中断
5．1 并行I/O接口及其应用
5．1．1 并行I/O接口的功能
5．1．2 并行I/O接口的结构
5．1．3 并行I/O接口的应用
5．2 定时器/计数器及其应用
5．2．1 定时器/计数器的结构和工作原理
5．2．2 定时器/计数器的工作方式
5．2．3 定时器/计数器的编程
5．2．4 定时器/计数器的应用
5．3 中断系统及其应用
5．3．1 中断系统结构
5．3．2 中断处理过程
5．3．3 中断的应用
5．4 串行接口及其应用
5．4．1 串行口的结构
5．4．2 串行口的工作方式
5．4．3 串行口的使用
5．4．4 串行口的应用
习题

第6章 MCS-51系列单片机的扩展技术
6．1 外部存储器的扩展技术
6．1．1 外部程序存储器的扩展技术
6．1．2 外部数据存储器的扩展技术
6．2 并行接口的扩展技术
6．2．1 简单输入输出口的扩展
6．2．2 可编程并行输入输出口8255的扩展
6．2．3 可编程并行输入输出口8155的扩展
6．3 串行接口的扩展技术
6．3．1 I2C串行总线
6．3．2 51单片机与I2C总线器件的接口
6．3．3 串行E2PROM与51单片机与I2C总线器件的接口
习题

第7章 单片机应用系统接口技术
7．1 键盘和显示器接口技术
7．1．1 LED接口技术
7．1．2 LCD接口技术
7．1．3 键盘接口技术
7．2 模数转换
7．2．1 模数转换原理
7．2．2 常用模数转换器及接口技术
7．3 数模转换
7．3．1 数模转换原理
7．3．2 常用数模转换器及接口技术
7．4 网络通信技术
7．4．1 RS��485
7．4．2 CAN
7．4．3 以太网
习题

第8章 单片机应用系统设计
8．1 系统设计的基本原则和要求
8．1．1 系统设计的原则
8．1．2 系统设计的基本要求
8．2 系统设计的过程和方法
8．3 单片机应用系统的开发工具
8．4 单片机应用系统设计的可靠性设计
8．4．1 电路的可靠性设计
8．4．2 印制电路板的可靠性设计
8．4．3 软件的可靠性设计

第9章 单片机应用系统设计实例
9．1 标准状态气体流量测量系统
9．1．1 系统需求分析及总体设计
9．1．2 系统硬件设计
9．1．3 系统软件设计
9．2 电热恒温箱控制系统
9．2．1 系统需求分析及总体设计
9．2．2 系统硬件设计
9．2．3 系统软件设计
9．3 小功率直流伺服系统
9．3．1 系统需求分析及总体设计
9．3．2 系统硬件设计
9．3．3 系统软件设计
9．4 智能小车图像循迹系统
9．4．1 系统需求分析及总体设计
9．4．2 系统硬件设计
9．4．3 系统软件设计

习题
附录 MCS-51系列单片机指令表
参考文献

前言/序言

　　单片微型计算机（简称单片机），具有集成度高、功能强、可靠性高、系统结构简单、易于掌握、价格低廉等优点，在工业测控系统、智能仪器仪表、家用电器等诸多领域中得到了广泛的应用。单片机技术的应用水平高低已成为衡量一个国家工业化发展水平高低的标志之一。
　　本书是在作者多年来讲授该门课程和从事单片机应用系统研究工作的基础上，参考国内外大量文献和其他相关教材，精心编写而成的。本书可作为自动化专业、机电一体化专业和电气工程专业本科教材，还可作为相关专业专科学生教材，亦可作为高等教育自学教材和有关工程技术人员的参考书。
　　本书以单片机中的主流机种MCS-51系列单片机为背景机，系统地介绍单片机的相关技术。全书共9章。第1章介绍单片机的结构特点、工作原理及发展趋势；第2章介绍MCS-51系列单片机的内部硬件资源、存储器组织结构及外部特性；第3章介绍单片机的指令系统及汇编语言程序设计，包括寻址方式、常用指令介绍、汇编语言程序设计步骤及方法，并给出一些常用的实用子程序；第4章简介单片机的C语言编程方法；第5章介绍51单片机片内接口及中断，包括51单片机的并行输入输出接口及应用、串行输入输出接口及应用、定时器／计数器及应用、中断系统及其应用；第6章介绍51单片机系统的扩展技术，包括外部程序存储器的扩展技术、外部数据存储器的扩展技术、并行输入输出接口扩展技术以及串行输入输出接口扩展技术，并通过实例介绍各种扩展技术的简单应用方法；第7章介绍单片机应用系统接口技术，包括LED显示器、LCD显示器、键盘、A／D转换器、D/A转换器以及通信的相关技术及应用；第8章介绍单片机应用设计的基本原则、过程和方法、可靠性设计及开发工具；第9章介绍单片机应用系统设计实例，通过4个具体的应用实例，使读者掌握如何设计满足一定要求的单片机应用系统。
　　本书在介绍单片机原理的基础上，注重原理与应用的有机结合，以帮助读者建立单片机系统及系统设计的整体概念；为了便于读者对单片机的理解和自学，书中给出了相应的设计实例和习题，使读者通过对本书的学习，了解单片机的特点及相关应用常识，并具备设计一个单片机应用系统的基本能力。

《嵌入式系统设计与开发实践》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面且深入的嵌入式系统设计与开发学习框架。不同于仅仅聚焦于某一特定硬件平台或微控制器家族，本书着眼于嵌入式系统设计的核心理念、通用方法论以及跨平台适用的关键技术。通过理论与实践的紧密结合，本书将引导读者从零开始，逐步掌握嵌入式系统的设计流程、关键模块的实现、软硬件协同调试以及最终产品的优化等全过程。 第一部分：嵌入式系统基础理论与架构 在开始实际的开发工作之前，建立坚实的理论基础至关重要。本部分将详细阐述嵌入式系统的定义、特征、发展历程及其在现代科技中的重要地位。我们将深入探讨嵌入式系统的典型架构，包括微处理器/微控制器、存储器（RAM、ROM、Flash）、输入/输出（I/O）接口、时钟与复位电路、以及必要的通信接口（如UART、SPI、I2C、USB、Ethernet）等核心组成部分。 此外，本部分还将重点介绍嵌入式系统的软件架构，包括裸机编程、实时操作系统（RTOS）的概念与基本原理（如任务管理、调度、同步与通信机制）、以及嵌入式Linux等主流操作系统在嵌入式领域的应用。我们将分析不同软件架构的优劣势，并指导读者根据项目需求选择合适的架构。 第二部分：嵌入式硬件接口与驱动开发 硬件的理解与交互是嵌入式开发的基础。本部分将详细讲解嵌入式系统中常见的硬件接口，包括通用输入/输出（GPIO）的配置与应用、模数转换（ADC）与数模转换（DAC）的原理与使用、定时器/计数器的功能与编程、中断系统的响应机制与中断服务程序（ISR）的编写、以及外部设备（如传感器、执行器、显示器）的接口协议与连接方式。 在硬件交互层面，本书将重点介绍驱动程序的开发。我们将从底层硬件寄存器操作入手，逐步过渡到使用高级API函数来控制硬件。读者将学习如何编写高效、可靠的硬件驱动，以屏蔽底层硬件的复杂性，为上层应用提供统一的接口。我们将通过大量实例，演示如何为GPIO、UART、SPI、I2C等常用接口编写驱动程序。 第三部分：实时操作系统（RTOS）深度解析与应用 实时操作系统是构建复杂嵌入式系统的核心。本部分将对RTOS的核心概念进行深入剖析，包括任务（Thread）的创建、就绪、运行、阻塞、挂起等状态转换，以及各种调度算法（如固定优先级调度、轮转调度、多优先级轮转调度）的原理和应用场景。 我们还将详细讲解RTOS提供的关键服务，如： 进程间通信（IPC）机制： 队列（Queue）、信号量（Semaphore）、互الملزم（Mutex）、事件标志组（Event Flags）等，并分析它们在不同场景下的适用性。 内存管理： 静态内存分配、动态内存分配（如内存池）及其在资源受限环境下的优化策略。 时间管理： 系统时钟、延时函数、定时器中断等，以及如何在RTOS环境下精确地控制时间。 中断与异常处理： RTOS如何与底层中断机制协同工作，以及如何安全地处理异常。 本书将以一个或多个主流RTOS（如FreeRTOS、RT-Thread等）为例，通过实际代码演示如何基于RTOS开发应用程序，包括如何创建多个任务、如何实现任务间的同步与通信、如何利用RTOS的定时器功能等。 第四部分：嵌入式通信协议与网络 在物联网（IoT）和分布式嵌入式系统的时代，通信能力至关重要。本部分将涵盖嵌入式系统中常见的通信协议，从低级的串行通信（UART、SPI、I2C）到更高级的 USB、Ethernet，再到无线通信协议（如Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、LoRa）的基础原理和应用。 我们将深入讲解TCP/IP协议栈在嵌入式系统中的实现与应用，包括Socket编程、HTTP客户端/服务器的开发、MQTT等轻量级物联网通信协议。读者将学习如何让嵌入式设备接入互联网，实现数据的采集、传输和远程控制。 第五部分：嵌入式软件工程与调试技巧 软件工程的原则在嵌入式开发中同样适用。本部分将探讨嵌入式软件开发的生命周期，包括需求分析、系统设计、编码实现、测试与维护。我们将介绍模块化设计、代码重用、版本控制（如Git）等最佳实践，以提高软件的可维护性和可靠性。 调试是嵌入式开发中最具挑战性的环节之一。本部分将详细介绍各种调试工具和技术，包括： 集成开发环境（IDE）的功能： 断点设置、单步执行、变量监视、表达式求值等。 硬件调试工具： JTAG/SWD调试器的工作原理及其使用方法。 逻辑分析仪和示波器的应用： 用于分析信号时序和解决硬件接口问题。 嵌入式系统的日志记录与远程调试技术。 内存泄露检测与性能分析。 本书将通过具体的调试案例，展示如何快速定位和解决嵌入式系统中常见的软件bug和硬件问题。 第六部分：嵌入式系统安全性与可靠性设计 随着嵌入式系统应用范围的不断扩大，其安全性与可靠性变得日益重要。本部分将介绍嵌入式系统安全设计的基本原则，包括： 访问控制与认证机制。 数据加密与安全存储。 固件更新（OTA）的安全机制。 防止常见的安全漏洞（如缓冲区溢出、命令注入）。 在可靠性方面，我们将探讨： 容错设计： 如何通过冗余、错误检测与纠正等技术提高系统的稳定性。 功耗优化： 睡眠模式、动态电压与频率调整（DVFS）等节能策略。 嵌入式系统的测试与验证方法： 包括单元测试、集成测试、系统测试以及硬件在环（HIL）测试。 第七部分：嵌入式系统项目实战 理论的最终目的是应用于实践。本部分将通过一系列具有代表性的嵌入式系统项目，引导读者将前几部分学到的知识融会贯通。这些项目将覆盖不同的应用领域，例如： 智能家居设备： 如智能温湿度传感器、智能灯光控制器。 工业自动化模块： 如简单的PLC模拟、电机控制系统。 消费电子产品： 如便携式数据记录仪。 每个项目都将包含详细的设计思路、硬件选型建议、软件架构设计、关键模块的实现代码以及完整的调试过程。读者将有机会亲手构建功能完整的嵌入式系统，从而加深对整体设计流程的理解。 总结 《嵌入式系统设计与开发实践》提供了一个从基础理论到高级应用的全方位学习路径。本书强调知识的系统性、方法的通用性以及实践的重要性。通过学习本书，读者将能够独立地设计、开发、调试和优化各种嵌入式系统，为在人工智能、物联网、工业自动化、汽车电子、医疗设备等快速发展的领域中开展工作打下坚实的基础。本书的目标是培养具备扎实理论基础、丰富实践经验、并能独立解决复杂问题的优秀嵌入式系统工程师。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感受是，它非常善于引导读者去思考“为什么”。很多时候，我们学习一项技术，仅仅知道“怎么做”是不够的，理解“为什么”才能让我们走得更远。《单片机原理及应用》在这方面做得相当出色。在介绍微处理器的工作流程时，作者并没有直接给出执行过程，而是先引导读者思考时钟信号的作用，CPU如何根据时钟周期完成取指令、译码、执行等步骤。这种循序渐进的提问式讲解，让我主动去探索和理解背后的逻辑。尤其是在讲到指令周期和时钟频率的关系时，作者通过一个生动的例子，解释了为什么提高时钟频率并不能无限地提升处理速度，以及指令长度、寻址方式等因素如何影响实际的执行时间。此外，在讲解寄存器时，作者不仅仅是介绍每个寄存器的功能，还会引导读者思考，为什么需要这些寄存器，它们在CPU内部是如何协同工作的。这种思考式的学习方式，让我对单片机的内部工作机制有了更深刻的理解，而不仅仅是死记硬背。

评分☆☆☆☆☆

这本书在内容深度和广度上都给我留下了深刻的印象。虽然它被命名为“原理及应用”，但其中对原理的阐述绝非浅尝辄止。在讲解CPU的指令集时，作者并没有简单地罗列所有指令，而是选取了最核心、最常用的几类指令，并详细解释了它们在不同情况下的具体功能和使用场景。例如，在介绍数据传输指令时，作者不仅说明了MOV指令的用法，还对比了不同寻址方式（立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址等）的优劣，并给出了具体的代码示例，让我理解了在实际编程中如何根据需求选择最高效的寻址方式。此外，书中对存储器结构的讲解也非常细致，特别是RAM和ROM的区别，以及它们在单片机系统中的作用，作者通过详细的内存映像图和数据存储的示例，让我对程序的加载、变量的存储有了更清晰的认识。让我印象深刻的还有关于I/O端口的介绍，除了基本的输入输出功能，书中还讲解了端口的复用功能，以及如何通过设置寄存器来配置端口的工作模式，这对于理解像ATmega系列这样功能强大的单片机至关重要。这本书的理论基础扎实，为后续学习更复杂的应用打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本好的技术书籍，应该能够兼顾深度和广度，并且能够有效地激发读者的学习兴趣。《单片机原理及应用》在这几个方面都做得非常到位。它在介绍单片机的核心原理，例如CPU的架构、指令集、存储器管理等方面，都做到了深入浅出，既有理论深度，又不至于过于晦涩难懂。同时，它又覆盖了单片机应用中非常广泛的领域，从基础的I/O控制、定时器中断，到更高级的通信接口（如UART、SPI、I2C），再到一些常见的传感器接口和驱动技术，都进行了详细的介绍。最让我欣喜的是，这本书在讲解过程中，始终保持着一种循序渐进的节奏，并且穿插了大量的实际案例和实验项目。这些案例的选择都非常贴近实际应用，比如实现一个简易的电子时钟、控制一个小型机器人等，这些都极大地提升了我的学习动力。我发现自己不再是被动地接受知识，而是主动地去探索、去实践。这本书无疑为我打开了单片机世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

《单片机原理及应用》这本书的亮点在于其高度的实用性和实践导向。当我翻开这本书时，最先吸引我的是那些充满实际操作感的章节。它不仅仅停留在理论层面，而是非常注重将理论知识转化为实际的项目。书中提供的那些从简单到复杂的应用实例，让我觉得学习单片机不再是枯燥的理论堆砌，而是充满了解决实际问题的乐趣。例如，在讲解数码管显示时，它不仅给出了原理图和代码，还指导读者如何进行硬件连接，如何编写驱动程序，以及如何通过软件控制显示的内容和动态效果。更让我惊喜的是，书中对于一些常见的问题和挑战，比如如何提高定时器的精度，如何有效地处理外部中断，甚至是如何进行简单的功耗优化，都给出了非常实用的建议和技巧。这让我觉得这本书是真正从一个工程师的角度出发，考虑到实际工程中可能会遇到的问题。每一次阅读和实践，都让我感觉自己离掌握单片机技术又近了一步。读完这本书，我感觉自己已经有能力去设计和实现一些小型嵌入式系统了。

评分☆☆☆☆☆

这本《单片机原理及应用》真是我近期读到的一本让我眼前一亮的教材。这本书的编写风格非常适合初学者，语言通俗易懂，不会因为专业术语过多而让人望而却步。作者在讲解单片机最基础的硬件结构时，采用了大量直观的图示和类比，比如把CPU比作单片机的大脑，内存比作工作台，I/O口比作与外界沟通的“手”和“眼”，这些生动的比喻立刻就让我这个之前对单片机一窍不通的人，对它的基本组成和工作流程有了一个清晰的认识。更重要的是，书中不仅仅是枯燥的理论讲解，还穿插了大量的实例，从最简单的LED闪烁到稍微复杂一些的数码管显示，再到定时器、中断的应用，每一个例子都循序渐进，并且提供了完整的代码和详细的解析。我特别喜欢书中关于中断的那部分，之前总是搞不清楚中断优先级和中断嵌套是怎么回事，但这本书通过一个实际的例子，清晰地展示了中断是如何工作的，以及如何通过合理的中断设计来提高系统的响应速度和效率。书中的代码也都是可以直接运行的，让我这个动手能力相对较弱的读者，也能通过实践加深理解，而不是仅仅停留在纸面阅读。对于想要进入单片机领域的朋友来说，这本书绝对是一个非常好的起点，它不仅教会了“是什么”，更重要的是教会了“怎么做”。