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

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曹天汉 著

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• 微控制器
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• STM32
• 8051
• 数字电路

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121090646

商品编码：29753393905

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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《微控制器系统设计与应用实战》 内容简介 本书是一本面向中高级嵌入式系统开发人员的专业技术书籍，深入探讨了微控制器（MCU）在现代电子系统设计中的核心地位、关键技术、典型应用以及前沿发展趋势。全书以实战为导向，理论与实践相结合，旨在帮助读者建立起扎实的微控制器系统设计理论基础，掌握从硬件选型、软件开发到系统集成与优化的全流程技能，从而能够独立完成复杂嵌入式项目的开发。 第一篇：微控制器系统设计基础 本篇将系统性地梳理微控制器系统的基本构成和工作原理。 第一章：微控制器核心架构剖析 我们将详细解析现代微控制器普遍采用的ARM Cortex-M系列等主流内核架构。内容涵盖： 指令集架构（ISA）： RISC与CISC的对比，ARMv7-M/ARMv8-M的Thumb-2指令集特性，高效的指令编码与解码机制。 流水线与分支预测： 理解指令执行的流水线如何提升性能，以及分支预测技术在避免流水线停顿中的作用。 寄存器组与堆栈： 介绍通用寄存器、特殊功能寄存器（SFRs）、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）等的作用，以及函数调用和中断处理中的堆栈操作。 存储器接口与总线： 讲解AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线，如AHB（Advanced High-performance Bus）、APB（Advanced Peripheral Bus）等，以及它们在片上设备互联中的角色。 中断与异常处理： 深入理解中断向量表、中断控制器（NVIC）的优先级、嵌套中断、异常类型（如复位、存储器访问错误、总线错误）及其处理流程。 第二章：嵌入式系统存储器技术 存储器是嵌入式系统的血脉，本章将重点介绍各类嵌入式存储器技术： RAM（随机存取存储器）： SRAM与DRAM的结构、工作原理、读写时序、功耗特点，以及在嵌入式系统中的应用。 ROM/Flash（只读存储器/闪存）： NOR Flash与NAND Flash的区别、工作原理、擦写机制、寿命与性能考量，以及它们在程序存储和数据存储中的选择。 EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）： I2C EEPROM、SPI EEPROM的内部结构、通信协议、读写操作，以及在配置参数存储中的应用。 存储器映射与地址空间管理： 理解CPU如何通过地址总线访问不同类型的存储器，以及存储器映射的策略。 外部存储器扩展： SDRAM、QSPI Flash等外部存储器的接口特性、时序要求、驱动方法，以及如何扩展系统内存容量。 第三章：外设接口与通信协议 微控制器的强大之处在于其丰富的片上外设，本章将详细解析各类常用接口： GPIO（通用输入输出）： 配置模式（输入、输出、推挽、开漏）、上拉/下拉电阻、中断触发条件，以及实际应用中的驱动与检测。 定时器/计数器（Timers/Counters）： 各种工作模式（定时、计数、PWM输出、输入捕获）、预分频器、重载值、中断生成，以及在精确延时、频率测量、脉冲宽度调制中的应用。 ADC（模数转换器）： 采样原理、量化误差、分辨率、采样率、转换模式（单次、连续）、外部触发、多通道采样，以及在传感器数据采集中的应用。 DAC（数模转换器）： 工作原理、分辨率、输出范围、输出缓冲，以及在产生模拟信号（如音频、波形）中的应用。 UART（通用异步收发传输器）： 波特率、数据位、停止位、校验位、流控制，以及在设备间串行通信中的应用。 SPI（串行外设接口）： 主/从模式、时钟极性（CPOL）、时钟相位（CPHA）、片选（CS）信号，以及在连接传感器、存储器、显示器等外设中的应用。 I2C（集成电路互联）： 主/从模式、SDA/SCL信号、地址寻址、ACK/NACK机制，以及在多设备总线通信中的应用。 CAN（控制器局域网）： 物理层、数据帧格式（标准帧、扩展帧）、仲裁机制、错误检测与处理，以及在汽车电子、工业自动化等领域的应用。 USB（通用串行总线）： USB协议栈概述、设备类型（Host, Device, OTG）、通信传输类型（控制、中断、批量、同步）、端点（Endpoint）概念，以及在人机交互、数据传输中的应用。 第四章：实时操作系统（RTOS）原理与应用 对于复杂的嵌入式系统，RTOS是不可或缺的调度器和任务管理器。 RTOS核心概念： 任务、任务状态（就绪、运行、阻塞、挂起）、任务调度（优先级、时间片轮转）、任务间通信（信号量、互斥锁、消息队列、事件标志）、同步机制。 常见RTOS剖析： FreeRTOS、RT-Thread、uCOS等主流RTOS的架构、API接口、移植流程、内存管理策略。 RTOS在项目中的实践： 如何划分任务、设计任务间的通信与同步、利用RTOS进行资源管理、处理中断与任务的协同工作。 实时性保证与性能优化： 中断延迟、任务切换开销、优先级翻转、死锁等问题分析及解决方法。 第二篇：微控制器系统设计与开发实战 本篇将引导读者进行实际的项目开发，将理论知识转化为实践能力。 第五章：嵌入式软件开发环境与工具链 集成开发环境（IDE）： Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE、SEGGER Embedded Studio等IDE的功能介绍、项目创建、代码编辑、工程管理。 交叉编译与链接： GCC/Clang编译器、链接器脚本（Linker Script）的编写与理解、符号表、重定位。 调试技术： JTAG/SWD接口、硬件调试器（如ST-Link, J-Link）、断点、单步执行、查看寄存器与内存、逻辑分析仪、示波器在调试中的应用。 版本控制系统： Git在嵌入式项目中的使用，代码管理、分支策略、团队协作。 固件更新与OTA（Over-the-Air）技术： Bootloader的设计、固件打包、安全更新机制。 第六章：驱动程序开发与HAL（硬件抽象层） 裸机驱动开发： 直接操作寄存器，实现对硬件的底层控制，理解硬件工作原理。 HAL/LL库的应用： STMicroelectronics的HAL/LL库、NXP的MCUXpresso SDK等，如何利用现有的库函数快速开发，提高开发效率。 中断服务函数（ISR）的编写与优化： ISR的设计原则、最小化ISR执行时间、避免阻塞操作、任务唤醒机制。 DMA（直接内存访问）的应用： 理解DMA的工作原理、传输模式、通道配置、与CPU协同工作，实现高效的数据传输。 第七章：传感器接口与数据采集系统设计 温度、湿度、压力传感器： I2C/SPI接口传感器（如DHT22, BMP280）的驱动开发，数据读取与处理。 加速度计、陀螺仪（IMU）： MPU6050、LIS3DH等IMU传感器的通信协议、数据格式、姿态解算（如卡尔曼滤波、互补滤波）基础。 光线、颜色传感器： BH1750、TCS34725等传感器的应用。 模数转换与多通道采集： 设计高效的ADC采样策略，处理多路传感器数据，实现数据融合。 数据预处理与滤波： 移动平均滤波、中值滤波、低通/高通滤波等算法在原始传感器数据上的应用，提高数据准确性。 第八章：显示与人机交互界面设计 LCD/OLED显示屏驱动： SPI/I2C接口的小型点阵屏（如SSD1306）、TFT彩色屏（如ST7735, ILI9341）的驱动开发，图形库（如LVGL, uGUI）的应用。 按键与输入设备： 按键扫描、防抖动处理、多功能按键设计，触摸屏（电阻式、电容式）的接口与驱动。 用户界面（UI）设计原则： 简洁性、易用性、信息可视化，以及如何在资源受限的嵌入式设备上实现美观且实用的UI。 蜂鸣器、LED指示灯： 简单的输出控制，用于状态指示和反馈。 第九章：网络通信与物联网（IoT）应用 以太网接口： W5500、LPC17xx/STM32F4xx等内置MAC/PHY的以太网接口的使用，TCP/IP协议栈（如lwIP）的移植与应用。 Wi-Fi模块： ESP8266, ESP32等Wi-Fi模块的AT指令控制、STA/AP模式、Socket通信。 蓝牙/BLE（低功耗蓝牙）： HC-05/HC-06等经典蓝牙模块，BLE的GAP/GATT协议，服务（Service）与特征（Characteristic）的概念。 MQTT协议： 轻量级的发布/订阅消息传输协议，在IoT设备间通信中的应用。 Web服务器与云平台对接： 在MCU上搭建简易Web服务器，通过HTTP/MQTT协议将数据上传至AWS IoT, Azure IoT Hub, ThingsBoard等云平台。 第十章：电源管理与低功耗设计 嵌入式电源管理： LDO、DC-DC转换器、充电管理IC等。 MCU低功耗模式： Sleep、Stop、Standby等模式的功耗特性、唤醒机制、功耗优化策略。 传感器与外设的功耗管理： 按需开启、关闭设备，优化通信频率。 电池供电系统设计： 电池选型、容量计算、电源效率提升。 第三篇：高级主题与项目实战 本篇将深入探讨更复杂的主题，并通过综合项目来巩固所学知识。 第十一章：嵌入式系统安全性 安全威胁与攻击面： 固件篡改、数据窃听、重放攻击、侧信道攻击等。 加密与认证： AES、RSA、SHA等加密算法在嵌入式系统中的应用，数字签名，安全启动（Secure Boot）。 安全存储： OTP（一次性编程）、安全配置区的使用。 IoT安全： TLS/SSL协议在设备与服务器通信中的应用。 第十二章：嵌入式Linux与RTOS的对比及融合 嵌入式Linux简介： 内核、文件系统、设备驱动模型，RTOS与Linux在应用场景、资源需求、开发复杂度上的对比。 RTOS与Linux协同工作： 通过Linux作为主系统，调用RTOS进行实时任务处理；或者在Linux环境下使用RTOS作为实时应用层。 第十三章：综合项目实战 本书将提供一个或多个详细的综合项目案例，例如： 智能家居网关： 集成Wi-Fi、BLE、Zigbee等通信模块，连接多种传感器，通过MQTT协议与云平台通信，支持远程控制与数据监控。 工业数据采集与分析终端： 采用CAN、RS485等工业总线，连接PLC或传感器，进行数据采集、本地存储、初步分析，并上传至SCADA系统。 便携式医疗设备： 集成ECG（心电图）、SpO2（血氧饱和度）、体温等传感器，利用RTOS实现实时数据处理，通过BLE传输至手机APP。 机器人控制单元： 结合编码器、电机驱动、IMU等，实现运动控制、路径规划，并支持远程调试与监控。 附录 常见微控制器选型指南： 根据不同应用场景，推荐主流微控制器厂商（如ST, NXP, Microchip, Espressif）的产品线。 常用开发工具与资源列表。 术语表。 本书特色 理论深入，实践先行： 每一章节都紧密结合实际应用，提供详实的原理讲解和代码示例。 项目驱动，技能提升： 通过一系列循序渐进的综合项目，读者能够将所学知识融会贯通，掌握独立开发能力。 紧跟前沿，视野开阔： 涵盖了嵌入式领域最热门的技术，如IoT、嵌入式安全、RTOS等，帮助读者了解行业发展趋势。 面向工程师，解决实际问题： 内容聚焦于工程师在实际开发中遇到的挑战，提供切实可行的解决方案。 通过阅读《微控制器系统设计与应用实战》，读者将能够深刻理解微控制器的设计精髓，熟练掌握嵌入式系统的开发流程，并具备独立设计、开发、调试和优化复杂嵌入式应用的能力，为在快速发展的嵌入式技术领域中取得成功奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

从一个资深工程师的角度来看，这本书的价值在于它为我们提供了一个坚实的参考基准。随着技术标准的不断演进，很多老旧的资料会逐渐过时，但这本书却能保持其核心理论的稳定性和前瞻性。它不仅仅教授了“如何做”，更重要的是阐述了“为什么这么做”背后的设计哲学。例如，在讨论片上资源分配的策略时，作者引入了多维度的考量视角，这对于我们日常进行系统架构设计时，提供了一个非常成熟的思考框架。即便是对于已经掌握基础知识的读者，回过头来翻阅这本书，也总能从那些看似基础的章节中，挖掘出新的、更深层次的理解。它不是那种读完一遍就束之高阁的速成手册，而是一本可以常备案头、随时可以从中汲取智慧的“工具书”，其内容的沉淀价值非常高。

评分☆☆☆☆☆

我接触过不少关于嵌入式系统的入门读物，但这本书在理论深度与实践操作之间的平衡拿捏得极为精准，这一点我必须点赞。它不像有些书那样，停留在概念的表面，只会简单地介绍几个寄存器，而是深入到了底层硬件的运行机制，比如时钟树的配置、中断体系的层级划分，这些对于想真正掌握系统底层逻辑的人来说，是至关重要的信息。更难得的是，在讲解完理论之后，紧接着就会给出非常贴合实际工程应用的案例分析，这些案例不是那种为了演示而演示的“玩具”程序，而是能让人感受到真实项目开发流程的缩影。通过对这些例子的逐步剖析，我发现自己对于如何将数据手册上的参数转化为可执行代码的能力得到了显著的提升。这种由浅入深、环环相扣的叙事结构，让学习过程充满了逻辑上的连贯性，读完一个章节，脑海中关于该模块的知识体系也就自然而然地搭建起来了。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的语言风格非常接地气，一点也不故作高深。作者在讲解一些复杂的协议或者时序关系时，总能找到一个非常巧妙的比喻或者类比，瞬间就能打破阅读中的“卡壳”感。我最喜欢那些作者“旁白式”的注释，它们不像正文那样严肃，但却透露出丰富的实战经验和“过来人”的忠告，比如“注意这里的时序，否则你会花上两天时间来调试一个毫无头绪的错误”。正是这些充满人情味的提示，让学习过程变得不再枯燥乏味，而是像跟一位经验丰富的前辈在耳边交流。这种亦师亦友的写作风格，极大地降低了初学者的学习曲线，让他们敢于去尝试和犯错，因为他们知道，书里已经预见并指出了大多数的“陷阱”。这种温度感在技术书籍中是相当稀缺的品质。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版设计着实让人眼前一亮，内页的布局相当考究，图文并茂的呈现方式极大地提升了阅读体验。特别是那些电路图和程序代码的展示，清晰得像是直接印在了白纸上，每一个细节都看得真切，这对于我们这种需要反复对照、仔细分析的读者来说，简直是福音。我尤其欣赏作者在关键概念解释时所采用的视觉化手段，那些流程图和状态机的描绘，简直是教科书级别的典范，一下子就让抽象的理论变得具体可感。翻阅起来，手感也很好，纸张的质量明显高于市面上很多同类教材，让人有一种很踏实的研读感。而且，书脊的装订也相当牢固，即便是经常需要翻开查找资料，也不用担心会轻易散架。整体而言，这本书在物理形态上就传递出一种严谨和专业的态度，让人从拿起书本的那一刻起，就愿意沉下心来去学习里面的知识。可以说，光是这份对阅读体验的尊重，就值回票价了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源支持做得相当到位，这一点对于任何依赖技术学习的人来说，都是决定性的因素。我指的是它在网络上或者光盘中提供的那些示例代码和实验指导。这些资源不是简单地罗列出来，而是经过了精心组织和版本管理。每一个实验步骤都清晰地对应到书中的某一个章节或某一个知识点，代码注释详尽到几乎不需要额外的解释。我曾经尝试着去自己搭建一个复杂的实验环境，但光是软件工具链的配置就耗费了我大量精力，而使用书中的配套资源包，我能快速地导入项目、编译、烧录，然后立刻进入到验证理论知识的阶段。这极大地提高了学习效率，将宝贵的时间从繁琐的配置工作中解放出来，专注于核心的算法和硬件交互逻辑的理解上，真正做到了“所学即所用”。