嵌入式單片機技術與實踐

前言

　　每一位從事嵌入式系統(tǒng)軟硬件設計的工程師都有一個入門、實踐和提高的成長經(jīng)歷，這一過程充滿著渴望、失落、困惑和喜悅。初學者最希望從學校老師、部門同事或業(yè)界同仁那里得到指導，以期早日進入嵌入式系統(tǒng)設計領域。但是嵌入式系統(tǒng)是計算機技術、半導體技術和電子技術等與各個行業(yè)的具體應用相結合的產(chǎn)物，涉及多個應用技術領域。面對眾多的領域知識和技術實現(xiàn)方法，初學者往往感到無從下手，而且由于分工很細，即使一個多年從事嵌入式系統(tǒng)設計的工程師也可能只具備某個方面的開發(fā)經(jīng)驗。在介紹嵌入式單片機系統(tǒng)過程中，結合應用實例闡述主要實現(xiàn)技術，使讀者學習之余能夠動手實踐，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)軟硬件設計的教學和科研工作，對讀者如何學習嵌入式系統(tǒng)的基本概念和設計方法，掌握嵌入式系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)技術有切身的體會。嵌入式系統(tǒng)是一門實踐性很強的課程，沒有實驗環(huán)節(jié)的教學難以開展。針對嵌入式系統(tǒng)課程教學中存在的問題，考慮讀者對嵌入式系統(tǒng)的設計實現(xiàn)缺乏感性認識，作者從嵌入式單片機芯片開始，講解典型應用系統(tǒng)設計技術、相應的電路原理圖和印制板圖設計，以及應用案例的軟硬件實現(xiàn)。為此，作者在教學中提供專門設計的技術資料，由學生焊接、調試便于攜帶的電路板。這樣的嵌入式單片機實驗不需要專用設備，學生可以在實驗室或其他場所進行實驗，方便課外投入更多的時間和精力，多年來取得了良好的效果。在本書的寫作過程中，作者對全書內容的取舍、章節(jié)的編排、方法的描述、例題的選用、技術的實現(xiàn)等進行了精心安排，希望既能適合課堂教學，又能滿足軟硬件動手實踐的需要。 　　貫穿全書的應用實例來自作者的教學與科研工作，所給出的軟件和硬件在實際教學中得到驗證，設計需要的開發(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踐結果，因而增強學習興趣與信心。嵌入式單片機設計不是嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)的全部，作者希望以這樣的實踐性教學方式引導讀者盡快進入嵌入式系統(tǒng)設計領域，然后結合工作需要學習更適合自身發(fā)展需要的嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)方案。 　　本書的多媒體教學課件連同其他教學資源一起提供給使用本教材的教學單位或個人，讀者可以在清華大學出版社網(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用案例的驗證和整理等工作，在此表示誠摯的感謝。 　　由于作者水平有限和時間倉促，書中難免有疏漏之處，懇請讀者批評指正。

內容概要

嵌入式系統(tǒng)技術是與人類社會各領域越來越緊密結合的應用技術，已經(jīng)在軍事國防、消費電子、網(wǎng)絡通信、工業(yè)控制等各個領域得到廣泛應用。本書介紹MCS-51單片機的資源、應用系統(tǒng)設計、電路原理圖和印制板設計、應用案例軟硬件實現(xiàn)并結合實例教學，方便初學者涉足嵌入式系統(tǒng)設計領域，也為專業(yè)人士提供了軟硬件設計實現(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單片機的工作原理及其內部各種資源。第3章介紹MCS-51匯編語言基礎，以及Keil C51集成開發(fā)環(huán)境和C語言程序設計方法。第4章介紹MCS-51單片機系統(tǒng)的設計，包括最小系統(tǒng)設計、系統(tǒng)擴展設計、應用系統(tǒng)設計方法以及程序下載等具體實現(xiàn)技術。第5、6章針對一個典型的嵌入式單片機應用實例，介紹利用Protel 99SE設計電路原理圖和印制板圖的方法。第7章通過應用案例介紹嵌入式單片機應用系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)。　　本書以案例教學形式介紹嵌入式單片機應用設計技術，層次清晰，敘述簡潔而嚴謹，語言深入淺出，實踐性強。典型應用實例貫穿全書，案例來自作者的教學與科研工作，所給出的軟件和硬件都在實際教學中得到驗證，每章配有一定數(shù)量的習題，便于教學?！　”緯貏e適合作為高等學校理工科通信、電子、計算機、控制等相關專業(yè)的教材，也可用于實踐教學與課程設計及作為從事嵌入式單片機系統(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)的結構 　　1.1.3　嵌入式系統(tǒng)的應用 　　1.1.4　嵌入式系統(tǒng)的特點 　　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 　　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 　習題 第2章　MCS-51硬件體系結構 　2.1　MCS-51的特點 　　2.1.1　MCS-51的功能模塊 　　2.1.2　MCS-51的芯片封裝 　2.2　MCS-51內部結構 　　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　內部資源 　2.3　MCS-51的基本時序及工作方式 　　2.3.1　MCS-51的基本時序 　　2.3.2　MCS-51的工作方式 　習題 第3章　MCS-51指令系統(tǒng)與程序設計 　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　算術運算指令 　　3.3.3　邏輯運算和移位指令 　　3.3.4　控制轉移指令 　　3.3.5　位操作指令 　3.4　匯編語言程序設計 　　3.4.1　匯編語言的語言格式 　　3.4.2　偽指令 　　3.4.3　基本程序設計方法 　　3.4.4　程序設計步驟 　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程序設計方法 　　3.5.3　C51程序設計舉例 　習題 第4章　單片機應用系統(tǒng)設計 第5章　　應用系統(tǒng)電路原理圖設計 第6章　應用系統(tǒng)印制電路板設計 第7章　應用系統(tǒng)設計的軟硬件實現(xiàn) 參考文獻

章節(jié)摘錄

　　隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術和微電子技術的快速發(fā)展，人們進入了后PC時代，后PC時代是一個嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）的網(wǎng)絡時代，嵌入式技術和人類社會各領域結合得越來越緊密。在工業(yè)和服務領域中，大量嵌入式技術已經(jīng)應用于工業(yè)控制、數(shù)控機床、智能工具、工業(yè)機器人、服務機器人等各個行業(yè)，各種使用嵌入式技術的消費電子產(chǎn)品，例如MP3、PDA、手機、智能玩具、網(wǎng)絡家電、智能家電、車載電子設備等已廣泛應用在日常生活中。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。隨著國內外嵌入式產(chǎn)品的進一步發(fā)展和推廣，嵌入式技術將無處不在，成為后PC時代的主宰。　　嵌入式系統(tǒng)涵蓋的范圍很廣，已經(jīng)滲透到人類社會的各個領域。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)視或者輔助設備、機器和車間運行的裝置。IEEE主要從應用角度進行定義，但至少沒有體現(xiàn)出嵌入式系統(tǒng)的特點?！　∧壳皣鴥绕毡檎J同的嵌入式系統(tǒng)定義是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。　　可以認為，嵌入式系統(tǒng)是具有特定功能或用途，并且隱藏在某種設備中的計算機軟硬件綜合體，可以涵蓋機電等附屬裝置，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、面向應用，只有與具體應用緊密結合才能體現(xiàn)出很強的專用性。另一方面，嵌入式系統(tǒng)在結合具體應用時，必然根據(jù)應用需求對軟硬件進行裁減，才能滿足應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等要求。 嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術等與各個行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、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)或是個人，在嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個正確的定位。由于嵌入式產(chǎn)品的應用個性化特點以及軟硬件平臺的多樣化，任何一家企業(yè)的產(chǎn)品很難壟斷整個市場。

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