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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,可以根据实际情况选择使用。

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,也可作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。

一般的教科书都是在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还不错,习题和实验都能完成,考试分数也比较高,但是在实际应用中,哪怕遇到一个很小的项目,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!究其原因,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么。这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?这个无需担心,不懂没关系,只要有印象就行。重要的是要让学生知道,这门课要学以致用,需要什么学什么。现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死磕。单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“先会后懂”,而不是“先懂后会”。先实践后理论,尽量从实验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,换句话说,不同的使用者只会使用其不同的相关功能,几乎没有人会把全部功能都用到。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。

学生在实际环境中学习,接触到的是一个一个真实的项目,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,“见招拆招”。无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”,本书引入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平台,可以进行电原理图设计、汇编及C51语言程序设计、联合调试仿真等实践环节的教学。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实践过程相结合,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和键盘输入技术。

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,大部分汇编指令系统的相关资料在附录里。

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途。本章内容可以选讲,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接受。

第9章 定时/计数器。道理简单,主要是实例。

第10章 串行接口。相关内容没有完全展开,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。第一种是一般教材的传统方法:先讲硬件结构,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,来龙去脉交代得非常清楚;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。这种讲法,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接受了。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“先会后懂”,技术是学来用的。以应用为驱动,用到电路讲电路,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,会有效地提高学生的学习积极性,也让他们容易掌握实用技术。第三种是完全适合自学的方法,通过解剖和模仿有实际应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,对于提高学生解决实际问题的能力是很有效的。这种方法的知识点讲授不像前两种方法那样按部就班,而是软硬混杂、前后穿插,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。每一章都按“传统方式”“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,也可作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、不同层次以及不同教学学时的需要,本书各章在内容编排上既相互衔接又自成体系,可以根据实际情况选择性使用。

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,在此向作者表示感谢。单片机技术发展迅速,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,注重实践教学,突出“产学研”相结合的办学特色,务实进取,开拓创新,取得了丰硕的办学成果。 学院现设置有国际教育学院、信息与科技工程学院、新传媒与艺术设计学院、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。 学院现占地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、多媒体教室、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,“产学研”相结合的办学特色,为学子提供了创新、创业和成长、成才平台。 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、产学研相结合的办学特色,加强实践教学,以科研产业带动就业,为学生提供了学习、就业和创业的广阔平台。学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、本硕连读、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,努力建设与时俱进、先进实用的课程教学体系,在师资队伍、教学条件、社会实践及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,不断推出反映学院教学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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