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嵌入式系统设计——硬件设计

  • 主 编:孙 弋 周 燕
  • 书代号:533000
  • I S B N:978-7-5606-5028-9
  • 出版日期:2018-08
  • 印刷日期:2018-12
  • 业务分类:本科;
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内容简介
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本书以经典的80C51单片机为载体,通过丰富的实例,由浅入深地介绍了51系列单片机的基础知识及各种应用开发技术。本书内容包括单片机应用系统设计流程及学习方法、中央处理单元及运行原理、输入/输出接口、地址空间与存储器、汇编语言程序设计、C51程序设计、布尔处理机、中断系统、定时/计数器、串行通信接口,并通过实例介绍数/模转换、模/数转换、外部串行总线扩展等应用技术。

本书以激发学生兴趣为着眼点,以原理、应用、实例三条线索展开编写,各章内容既相互衔接又自成体系,可以根据?#23548;?#24773;况选择使用。

本书概念清楚、叙述详细、例题丰富、重点突出、难点分散、便于自学,可作为工科类本专科院校相关专业的教材,?#37096;?#20316;为远程教育或培训班的教材,还可供单片机应用技术人员参考。

本书以经典的80C51单片机为载体,通过丰富的实例,重点突出、难点分散、由浅入深地介绍了51系列单片机的基础知识及各种应用开发技术。编者在编写过程中注重题材的取舍,使本书颇具特点。

一般的教科书?#38469;?#22312;单片机技术课程将要结束时才讲授单片机应用系统设计,为什么本书却要提前讲授这部分内容呢?那是因为,虽然很多学生对这门课程理论知识的掌握?#20849;?#38169;,习题和实验都能完成,考试分数也比?#32454;擼?#20294;是在?#23548;?#24212;用中,哪怕遇到一个很小?#21335;?#30446;,他们往往也会感到束手无策。空有金刚钻,不知道如何去揽瓷器活!?#31185;?#21407;因,是学生学习这门课程目标不明确,不是为用而学,而是为学而学,这样怎么可能真正学会和掌握单片机技术呢?单片机技术是一项技能,学会它是为了设计产品。我们提前讲授单片机应用系统设计流程,就是为了让学生明确学习目标,在他们阅读本书时知道自己在学什?#30784;?#36825;是本书的第一个特点。

那么,在单片机的概念、原理、技术、方法之前讲授应用系统设计流程,学生听得懂吗?#31354;?#20010;无需担心,不懂没关系,只要有印象就行。重要的是要让学生知道,这门?#25105;?#23398;以致用,需要什么学什?#30784;?#29616;在不懂的概念先绕过去,后面还会反复遇到,见得多了,迟早会弄懂的,犯不着盯住一个概念?#25597;摹?#21333;片机原理与接口技术这门课是典型的技能课,不是理论课。学习技能课讲究的是“?#28982;?#21518;懂?#20445;?#32780;不是“先懂后会”。先?#23548;?#21518;理论,尽量?#37038;?#39564;结果来总结理论知识,这是本书的第二个特点。单片机是一种通用的产品,它的功能设计是为了满足大多数使用者的要求,换句话?#25285;?#19981;同的使用者?#25442;?#20351;用其不同?#21335;?#20851;功能,几乎没有人会把全部功能?#21152;?#21040;。因此,我们完全没有必要等到把单片机全部知识都搞懂了再去开发产品。

学生在?#23548;?#29615;境中学习,接触到的是一个一个真实?#21335;?#30446;,所用到的知识、技术包罗万象。他们没有必要等学完所有概念原理再动手设计,而是稍有基础就可以动手,“见招拆?#23567;薄?#26080;论硬件电路还是程序语言,遇到什么困难就解决什么困难,需要什么知识就学习什么知识。这种学习方法有一个优点:学到的一定是会用的,这就是经验积累。为了这一目的,本书介绍了三种练习方法:分析项目练习、分析电路练习和分析程序练习,用于培养学生项目策划、硬件设计和软件设计的能力。

“工欲善其事必先利其器?#20445;?#26412;书引入Proteus嵌入式系统设计仿真软件与Keil C51开发环境作为教学实验?#25945;ǎ?#21487;以进行电原理图设计、汇编及C51语言程序设计、联?#31995;?#35797;仿真等?#23548;方?#30340;教学。对于学生,也很方便在课余时间自学,就像是有了一个资源丰富的便携式实验室。本书通过将理论概念与所见即所得的?#23548;?#36807;程相结合,引领学生在学中做、做中学,边学边做、边做边学。

本课程的知识结构安排如下:

第1章 本课程所需的预备知识,重点介绍单片机应用系统设计流程及学习方法。

第2章 中央处理单元及运行原理,从流水灯示例引入程序设计方法及概念。

第3章 输入/输出接口以及数码管显示?#22270;?#30424;输入技术。

第4章 地址空间与存储器,包括并行总线扩展技术。

第2~4章是微处理器的主要组成部分。之所以分三章来讲,是考虑到硬件概念太集中,学生理解起来会有困难,不如分开讲授效果更好一些。

第5章 汇编语言程序设计。本章主要突出程序设计,大部分汇编指令系?#36710;南?#20851;资料在附录里。

第6章 C51程序设计。一般教材习惯上只讲汇编语言,不讲C语言,大概是因为C语言设计的程序与硬件联系较少,讲它对理解单片机原理没有太大帮助。本书认为C语言是程序设计的有力工具,对学生掌握单片机应用设计技术很有用处。因此专门增加C51程序设计一章,并在大部分应用实例中也都列出了C51编写的代码。

第7章 布尔处理机。关于这一点,一般教材不专门列章讲解。在工程控制领域,51系列单片机的布尔处理器有很大的用?#23613;?#26412;章内容可以选讲,方便有自动化、工控方面学习意愿的学生自学。

第8章 中断系统。中断是计算机得以走向实用的关键概念。这一章有较多的理论概念,但讲法比较通俗,目的是让学生较容易?#37038;堋?/p>

第9章 定时/计数器。道理简单,主要是实例。

第10章 串行接口。相关内容没?#22411;?#20840;展开,这一章只讲解初步应用。

第11章 接口技术。本章主要是讲解数/模转换器、模/数转换器、I2C串行接口扩展技术。

本书的附录部分内容较多,方便自学者查阅。

本书编写线索有三条,代表着三种不同的学习方法。第一?#36136;?#19968;般教材的传统方法?#21512;?#35762;硬件结构,详详细细、面面俱到,每一点细节都清清楚楚;然后再讲指令系统,不管当下是否用得上记得住,111条指令一条不落,来龙去脉交代得?#27973;?#28165;楚;然后不论是中断系统、定时/计数器还是串行口,基本上是讲原理多些;接口电路也侧重于讲机理。这?#32440;?#27861;,优点是概念、原理、硬件和软件分门别类,条理分明,对将来打算设计单片机的学生来说很有用处,可对于初学者来说就不太容易?#37038;?#20102;。这种方法讲究的是“先懂后会”。而第二种方法正好相反,它强调学习单片机技术要“?#28982;?#21518;懂?#20445;?#25216;术是学来用的。以应用为驱动,用到电?#26041;?#30005;路,用到指令讲指令,软件、硬件混合讲,逐步展开对概念原理的讨论,及时总结提高。用这种方法讲授,会?#34892;?#22320;提高学生的学习积极性,也让他们容易掌握实用技术。第三?#36136;?#23436;全适合自学的方法,通过解剖和模仿有?#23548;?#24212;用价值的设计实例来学习。学生毕业后在企业工作,很多是用这种方法提高自身的技术水平的。这种方法结合本书提出的三种积累设计经验的练习,对于提高学生解决?#23548;?#38382;题的能力是很?#34892;?#30340;。这种方法的知识点讲授不像前两种方法那样按部就班,而是软硬混?#21360;?#21069;后穿插,把不同层次的概念和原理交织在一起来讲授,因为真实项目不可能完全按照教科书那样,由浅入深地运用概念。

以这三条线索为经线,以第2章到第10章共9组知识点为纬线,编织成本书结构的主体框架。每一章?#21450;础?#20256;统方式”“应用方式”和“实例方式”来编排小节。如果按这三条线索,从各章节中把相关内容抽出来,也都能各自成书。有这三条线索,再加上附录里的资料,使得本书适合于多种教学风格。

本书以激发学生兴趣为着眼点,概念清楚、叙述详尽、例题丰富、便于自学,可作为工科类本专科院校相关专业的教材,?#37096;?#20316;为远程教育或培训班的教材,还可供单片机应用技术人员参考。为了能够适应不同专业、不同层?#25105;約安?#21516;教学学时的需要,本书各章在内容编排上既相互衔接又自成体系,可以根据?#23548;?#24773;况选择性使用。

本书编写分工如下:周燕编写了第1、2、5、6、9章;孙弋编写了第3、4章;王方编写了第7、8章;田杜养编写了第10、11章,李欢对书稿内容进行了整理。

本书参考和引用了相关教材和专著中的一些内容,在此向作者表示?#34892;弧?#21333;片机技术发展迅速,应用领域广泛,而由于篇幅和编者水平所限,书中难免会有疏漏之处,恳请读者不吝赐教。

编 者

2018年3月

本书为西安科技大学高新学院课程建设的最新成果之一。西安科技大学高新学院是经教育部批准,由西安科技大学主办的全日制普通本科独立学院。 学院秉承西安科技大学五十余年厚重的历史文化积淀,充分发挥其优质教育教学资源和学科优势,注重?#23548;?#25945;学,突出?#23433;?#23398;?#23567;?#30456;结?#31995;?#21150;学特色,务?#21040;?#21462;,开拓创新,取得了丰硕的办学成果。 学?#21512;?#35774;置有国际教育学院、信息与科技工程学院、新传?#25509;?#33402;术设计学院、城市建设学院、经济与管理学院五个二级学院,以及公共基础部、体育部、思想政治教学与研究部三个教学部,开设有本、专科专业44个,涵盖工、管、文、艺等多个学科门类。 学?#21512;?#21344;地912余亩,总建筑面积22.6万平方米,教学科研仪器设备总值6000余万元,现代化的实验室、图书馆、运动场、多?#25945;?#25945;室、学生公寓、学生活动中心等一应俱全。优质的教育教学资源、紧跟行业需求的学科优势,?#23433;?#23398;?#23567;?#30456;结?#31995;?#21150;学特色,为学子提供了创新、创业?#32479;?#38271;、成才?#25945;ā? 学院注重教学研究与教学改革,围绕“应用型创新人才”这一培养目标,充分利用合作各方在能源、建筑、机电、文化创意等方面的产业优势,突出以科技引领、产学研相结?#31995;?#21150;学特色,加强?#23548;?#25945;学,以科研产业带动就业,为学生提供了学习、就业和创业的广阔?#25945;ā?#23398;院注重国际交流合作并采用国际化人才培养模式,与美国、加拿大、英国、德国、澳大利亚以及东南亚各国进行深度合作,开展本科双学位、本?#35835;?#35835;、本升硕、专升硕等多个人才培养交流合作项目。 在学院全面、协调发展的同时,学院以人才培养为根本,高度重视以课程设计为基本内容的各项专业建设,以扎扎实实的专业建设,构建学院社会办学的核心竞争力。学院大力推进教学内容和教学方法的变革与创新,努力建设与?#26412;?#36827;、先进实用的课程教学体系,在师资队伍、教学条件、社会?#23548;?#21450;教材建设等各个方面,不断增加投入、提高质量,为广大学子打造能够适应时代挑战、实现自我发展的人才培养模式。学院与西安电子科技大学出版社合作,发挥学院办学条件及优势,不断推出反映学?#33322;?#23398;改革与创新成果的新教材,以逐步建设学校特色系列教材为又一举措,推动学院人才培养质量不断迈向新的台阶,同时为在全国建设独立本科教学示范体系,服务全国独立本科人才培养,做出有益探索。 西安科技大学高新学院 西安电子科技大学出版社 2018年1月

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