嵌入式單片機(jī)技術(shù)與實(shí)踐

前言

　　每一位從事嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的工程師都有一個(gè)入門、實(shí)踐和提高的成長經(jīng)歷，這一過程充滿著渴望、失落、困惑和喜悅。初學(xué)者最希望從學(xué)校老師、部門同事或業(yè)界同仁那里得到指導(dǎo)，以期早日進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。但是嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)等與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，涉及多個(gè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。面對眾多的領(lǐng)域知識和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，初學(xué)者往往感到無從下手，而且由于分工很細(xì)，即使一個(gè)多年從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師也可能只具備某個(gè)方面的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。在介紹嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)過程中，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例闡述主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)，使讀者學(xué)習(xí)之余能夠動手實(shí)踐，是多數(shù)讀者的愿望，也是本書作者的初衷。 　　本書作者多年從事嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的教學(xué)和科研工作，對讀者如何學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的基本概念和設(shè)計(jì)方法，掌握嵌入式系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)有切身的體會。嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，沒有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)難以開展。針對嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問題，考慮讀者對嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)缺乏感性認(rèn)識，作者從嵌入式單片機(jī)芯片開始，講解典型應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、相應(yīng)的電路原理圖和印制板圖設(shè)計(jì)，以及應(yīng)用案例的軟硬件實(shí)現(xiàn)。為此，作者在教學(xué)中提供專門設(shè)計(jì)的技術(shù)資料，由學(xué)生焊接、調(diào)試便于攜帶的電路板。這樣的嵌入式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)不需要專用設(shè)備，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室或其他場所進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，方便課外投入更多的時(shí)間和精力，多年來取得了良好的效果。在本書的寫作過程中，作者對全書內(nèi)容的取舍、章節(jié)的編排、方法的描述、例題的選用、技術(shù)的實(shí)現(xiàn)等進(jìn)行了精心安排，希望既能適合課堂教學(xué)，又能滿足軟硬件動手實(shí)踐的需要。 　　貫穿全書的應(yīng)用實(shí)例來自作者的教學(xué)與科研工作，所給出的軟件和硬件在實(shí)際教學(xué)中得到驗(yàn)證，設(shè)計(jì)需要的開發(fā)工具軟件也容易獲得。所有這些都是為了方便讀者入手且容易得到實(shí)踐結(jié)果，因而增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣與信心。嵌入式單片機(jī)設(shè)計(jì)不是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的全部，作者希望以這樣的實(shí)踐性教學(xué)方式引導(dǎo)讀者盡快進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，然后結(jié)合工作需要學(xué)習(xí)更適合自身發(fā)展需要的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)方案。 　　本書的多媒體教學(xué)課件連同其他教學(xué)資源一起提供給使用本教材的教學(xué)單位或個(gè)人，讀者可以在清華大學(xué)出版社網(wǎng)站下載。 　　本書第1章和第2章主要由姚華雄編寫，第3章和第4章由劉蓉編寫，其他章節(jié)的內(nèi)容編寫及全書的統(tǒng)稿工作由劉明完成。鄭世玨教授為本書提出了許多寶貴意見，崔周華等研究生參加了應(yīng)用案例的驗(yàn)證和整理等工作，在此表示誠摯的感謝。 　　由于作者水平有限和時(shí)間倉促，書中難免有疏漏之處，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是與人類社會各領(lǐng)域越來越緊密結(jié)合的應(yīng)用技術(shù)，已經(jīng)在軍事國防、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本書介紹MCS-51單片機(jī)的資源、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路原理圖和印制板設(shè)計(jì)、應(yīng)用案例軟硬件實(shí)現(xiàn)并結(jié)合實(shí)例教學(xué)，方便初學(xué)者涉足嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，也為專業(yè)人士提供了軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的參考范本?！　∪珪卜?章，第1章是嵌入式系統(tǒng)的基本概念及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般方法。第2章介紹MCS-51單片機(jī)的工作原理及其內(nèi)部各種資源。第3章介紹MCS-51匯編語言基礎(chǔ)，以及Keil C51集成開發(fā)環(huán)境和C語言程序設(shè)計(jì)方法。第4章介紹MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法以及程序下載等具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)。第5、6章針對一個(gè)典型的嵌入式單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例，介紹利用Protel 99SE設(shè)計(jì)電路原理圖和印制板圖的方法。第7章通過應(yīng)用案例介紹嵌入式單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)?！　”緯园咐虒W(xué)形式介紹嵌入式單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)，層次清晰，敘述簡潔而嚴(yán)謹(jǐn)，語言深入淺出，實(shí)踐性強(qiáng)。典型應(yīng)用實(shí)例貫穿全書，案例來自作者的教學(xué)與科研工作，所給出的軟件和硬件都在實(shí)際教學(xué)中得到驗(yàn)證，每章配有一定數(shù)量的習(xí)題，便于教學(xué)?！　”緯貏e適合作為高等學(xué)校理工科通信、電子、計(jì)算機(jī)、控制等相關(guān)專業(yè)的教材，也可用于實(shí)踐教學(xué)與課程設(shè)計(jì)及作為從事嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)人員參考使用。

書籍目錄

第1章　概述 　1.1　嵌入式系統(tǒng) 　　1.1.1　嵌入式系統(tǒng)的定義 　　1.1.2　嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 　　1.1.3　嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用 　　1.1.4　嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 　　1.1.5　嵌入式系統(tǒng)的分類 　　1.1.6　嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展 　1.2　嵌入式微處理器 　　1.2.1　單片機(jī) 　　1.2.2　DSP 　　1.2.3　ARM 　　1.2.4　SoC 　1.3　嵌入式操作系統(tǒng) 　　1.3.1　RTX51 　　1.3.2　VxWorks 　　1.3.3　嵌入式Linux 　　1.3.4　Windows CE 　1.4　嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程 　習(xí)題 第2章　MCS-51硬件體系結(jié)構(gòu) 　2.1　MCS-51的特點(diǎn) 　　2.1.1　MCS-51的功能模塊 　　2.1.2　MCS-51的芯片封裝 　2.2　MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu) 　　2.2.1　中央處理器 　　2.2.2　存儲器組織 　　2.2.3　I/O接口 　　2.2.4　內(nèi)部資源 　2.3　MCS-51的基本時(shí)序及工作方式 　　2.3.1　MCS-51的基本時(shí)序 　　2.3.2　MCS-51的工作方式 　習(xí)題 第3章　MCS-51指令系統(tǒng)與程序設(shè)計(jì) 　3.1　概述 　3.2　尋址方式 　　3.2.1　立即尋址 　　3.2.2　直接尋址 　　3.2.3　寄存器尋址 　　3.2.4　寄存器間接尋址 　　3.2.5　變址尋址 　　3.2.6　相對尋址 　　3.2.7　位尋址 　3.3　指令系統(tǒng) 　　3.3.1　數(shù)據(jù)傳送指令 　　3.3.2　算術(shù)運(yùn)算指令 　　3.3.3　邏輯運(yùn)算和移位指令 　　3.3.4　控制轉(zhuǎn)移指令 　　3.3.5　位操作指令 　3.4　匯編語言程序設(shè)計(jì) 　　3.4.1　匯編語言的語言格式 　　3.4.2　偽指令 　　3.4.3　基本程序設(shè)計(jì)方法 　　3.4.4　程序設(shè)計(jì)步驟 　3.5　Keil C51集成開發(fā) 　　3.5.1　Keil C51集成開發(fā)環(huán)境 　　3.5.2　C51程序設(shè)計(jì)方法 　　3.5.3　C51程序設(shè)計(jì)舉例 　習(xí)題 第4章　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第5章　　應(yīng)用系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì) 第6章　應(yīng)用系統(tǒng)印制電路板設(shè)計(jì) 第7章　應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟硬件實(shí)現(xiàn) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，人們進(jìn)入了后PC時(shí)代，后PC時(shí)代是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，嵌入式技術(shù)和人類社會各領(lǐng)域結(jié)合得越來越緊密。在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中，大量嵌入式技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)控機(jī)床、智能工具、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等各個(gè)行業(yè)，各種使用嵌入式技術(shù)的消費(fèi)電子產(chǎn)品，例如MP3、PDA、手機(jī)、智能玩具、網(wǎng)絡(luò)家電、智能家電、車載電子設(shè)備等已廣泛應(yīng)用在日常生活中。因此，嵌入式系統(tǒng)正在改變著人類的生活、工作和娛樂方式。隨著國內(nèi)外嵌入式產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展和推廣，嵌入式技術(shù)將無處不在，成為后PC時(shí)代的主宰?！　∏度胧较到y(tǒng)涵蓋的范圍很廣，已經(jīng)滲透到人類社會的各個(gè)領(lǐng)域。由于嵌入式系統(tǒng)本身外延極廣，因此很難給“嵌入式系統(tǒng)”一個(gè)明確的定義。根據(jù)IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義，嵌人式系統(tǒng)是用于控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置。IEEE主要從應(yīng)用角度進(jìn)行定義，但至少沒有體現(xiàn)出嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)?！　∧壳皣鴥?nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！　】梢哉J(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)是具有特定功能或用途，并且隱藏在某種設(shè)備中的計(jì)算機(jī)軟硬件綜合體，可以涵蓋機(jī)電等附屬裝置，沒有固定的特征形狀。一方面，嵌入式系統(tǒng)面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用，只有與具體應(yīng)用緊密結(jié)合才能體現(xiàn)出很強(qiáng)的專用性。另一方面，嵌入式系統(tǒng)在結(jié)合具體應(yīng)用時(shí)，必然根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進(jìn)行裁減，才能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等要求。 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)等與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。無論是企業(yè)或是個(gè)人，在嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個(gè)正確的定位。由于嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用個(gè)性化特點(diǎn)以及軟硬件平臺的多樣化，任何一家企業(yè)的產(chǎn)品很難壟斷整個(gè)市場。

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