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| 編輯推薦： |
《单片机及嵌入式系统原理》以51单片机为理论基础，以嵌入式ARM为应用样例，系统完整地阐述单片机与嵌入式系统的原理及应用；介绍ARM嵌入式微处理器和常用嵌入式操作系统，以STM32F103系列芯片为例，详细阐述ARM的硬件设计方法和软件开发过程。
?由浅入深，循序渐进 系统阐述理论的同时，注重内容的实用性和先进性，以基础知识为铺垫，从实际应用的角度将软、硬件讲解相结合。
?理论简洁，通俗易学 介绍51单片机、ARM嵌入式微处理器和常用嵌入式操作系统的基础理论知识，具有良好的可读性。
?内容完整，实例典型 系统完整地介绍单片机与嵌入式系统的原理及应用，列举60多个应用实例，从实际开发应用的角度讲解ARM嵌入式微处理器的硬件设计方法和软件开发过程。
?资源丰富，便于教学 为了便于教师教学，提供全套的教学资源，获取方式详见前言。
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| 內容簡介： |
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”《单片机及嵌入式系统原理》以51单片机为理论基础，以嵌入式ARM为应用样例，系统完整地阐述单片机与嵌入式系统的原理及应用，是一本兼顾理论与实践的实用教材。全书共14章，主要内容包括微型计算机的基础知识，如数制与编码、总线、接口、堆栈、中断、定时与计数等，在此基础上详细讲解了51单片机的基本结构、寄存器、指令系统、基本接口、应用编程和外部扩展等内容。针对嵌入式系统的现状与发展趋势，本书介绍了ARM嵌入式微处理器和常用嵌入式操作系统，以STM32F103系列芯片为例，详细阐述了ARM的硬件设计方法和软件开发过程。 《单片机及嵌入式系统原理》力图体现基础性、实用性和先进性，深入浅出、循序渐进，以基础知识为铺垫，结合实际应用对软、硬件进行讲解，并精心安排了大量习题。 《单片机及嵌入式系统原理》可作为高等院校计算机类、电子信息类、机械类等专业本科生的教材，也可作为相关专业学生的教材或相关工程人员的参考用书。”
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| 目錄：
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第1章计算机的基础知识
视频讲解： 5分钟，1集
1.1概述
1.1.1计算机的产生和发展
1.1.2计算机的分类及特点
1.1.3计算机的架构和指令集分类
1.2数制与编码
1.2.1数制的基本概念
1.2.2常用的数制分类
1.2.3数制的表示方法
1.2.4数制转换
1.3数据的表示
1.3.1数据在计算机内的表示
1.3.2带符号二进制数的表示法
1.3.3二进制数的算术运算
1.3.4二进制数的逻辑运算
1.4常用编码
1.4.1BCD码
1.4.2ASCII码
1.4.3汉字编码
*1.5定点数与浮点数
1.5.1定点数
1.5.2浮点数
习题
第2章计算机的基本工作原理
视频讲解： 10分钟，4集
2.1计算机的组成单元
2.2中央处理单元
2.3存储器
2.3.1计算机存储简介
2.3.2半导体存储器
2.3.3半导体存储器的工作原理
2.4I/O接口
2.4.1I/O接口的功能
2.4.2CPU与I/O接口之间的信息
2.4.3I/O接口的内部结构
2.5总线
2.5.1内部总线
2.5.2系统总线
2.5.3外部总线
2.6数据的基本单位
2.6.1单位表示
2.6.2大端格式和小端格式
2.6.3规则字和非规则字
2.7计算机系统
2.7.18086计算机系统
2.7.2PC系统
2.7.351单片机系统
2.8计算机的程序执行
2.8.1PC的程序执行
2.8.251单片机的程序执行
2.9流水线
习题
第3章51单片机及其内部结构
视频讲解： 18分钟，4集
3.1单片机简介
3.1.1单片机的发展
3.1.2单片机的分类
3.1.3单片机应用等级
3.1.4单片机应用领域
3.251单片机的内部结构
3.3存储器
3.3.151单片机的存储器组织
3.3.2程序存储器
3.3.3外部数据存储器
3.3.4内部数据存储器
3.4特殊功能寄存器
3.5时钟电路与复位电路
3.5.1时钟电路
3.5.2基本时序单位
3.5.3复位电路
3.6引脚功能
3.7单片机最小系统
习题
第4章51单片机的指令系统
视频讲解： 32分钟，5集
4.1寻址方式
4.1.1立即寻址
4.1.2直接寻址
4.1.3寄存器寻址
4.1.4寄存器间接寻址
4.1.5变址寻址
4.1.6相对寻址
4.1.7位寻址
4.2基本指令
4.2.1传送类指令
4.2.2字节交换指令
4.2.3算术运算和逻辑运算指令
4.2.4控制转移指令
4.2.5位操作指令
习题
第5章51单片机汇编程序设计
视频讲解： 19分钟，3集
5.1汇编语言的语句格式
5.2伪指令
5.3顺序程序设计
5.4分支程序设计
5.5循环程序设计
5.6位操作程序设计
*5.7子程序
习题
第6章51单片机中断系统
视频讲解： 21分钟，5集
6.1中断的基本概念
6.1.1中断、中断系统和中断源
6.1.2中断的种类
6.1.3中断优先级和中断嵌套
6.251单片机的中断结构
6.2.1中断源
6.2.251单片机中断寄存器
6.2.3中断响应过程
6.2.4中断的清除
6.3中断的程序设计
6.3.1中断初始化
6.3.2主程序的安排
6.3.3中断编程举例
习题
第7章51单片机I/O接口
视频讲解： 14分钟，2集
7.1P0～P3口的功能和内部结构
7.1.1功能和内部结构
7.1.2负载能力
7.2I/O接口编程举例
7.3用并行接口设计LED数码显示器
7.3.1LED数码管结构及编码
7.3.2LED数码管的显示方式
7.3.3LED数码管译码
习题
第8章51单片机定时器/计数器
视频讲解： 40分钟，5集
8.1概述
8.1.1定时与计数的概念
8.1.2定时的方法
8.1.3初始值与溢出
8.251单片机定时器/计数器工作原理
8.2.1单片机定时器/计数器结构
8.2.2定时器/计数器的寄存器
8.351单片机定时器/计数器的工作方式
8.3.1工作方式
8.3.2初始值C及加载
8.451单片机定时器/计数器的应用
8.4.1定时器/计数器的初始化编程
8.4.2应用编程举例
习题
第9章51单片机的串行接口
视频讲解： 55分钟，5集
9.1概述
9.1.1异步通信方式
9.1.2通信方向
9.1.3串行接口的任务
9.1.4波特率
9.1.5RS232介绍及通信线的连接
9.1.6单片机串行通信电路
9.2单片机串行接口的结构与工作原理
9.2.1串行接口结构
9.2.2工作原理
9.2.3波特率的设定
9.3串行接口的控制寄存器
9.3.1串行接口的控制寄存器SCON
9.3.2电源控制寄存器PCON
9.4串行接口的工作方式
9.5串行接口的应用编程
习题
第10章51单片机的扩展
视频讲解： 73分钟，4集
10.1单片机系统总线和系统扩展方法
10.1.1单片机系统的引脚
10.1.2外围芯片的引脚
10.1.3系统扩展的方法
10.1.4译码方法
10.2时序
10.2.1信号与时序
10.2.2编程访问
10.3I/O接口的扩展
10.3.1基本概念
10.3.2通用锁存器、缓冲器的扩展
10.4存储器和I/O综合扩展举例
习题
第11章嵌入式系统概述
视频讲解： 11分钟，3集
11.1嵌入式系统
11.2嵌入式系统的特点、分类和应用
11.3嵌入式处理器
11.4ARM微处理器
11.4.1ARM公司简介
11.4.2ARM微处理器
11.4.3RISC结构
11.4.4ARM微处理器的体系结构
11.5嵌入式操作系统
11.5.1嵌入式操作系统基本概念
11.5.2嵌入式操作系统内核基础
11.5.3常见的嵌入式操作系统
习题
第12章ARM开发工具的使用
视频讲解： 14分钟，3集
12.1开发工具概述
12.2MDK开发工具
12.3固件库(库函数)及MDK工程模板创建
12.3.1STM32固件库
12.3.2工程模板的创建
12.4软件模拟仿真
12.5编程下载
12.6硬件仿真
习题
第13章ARM硬件设计
视频讲解： 8分钟，2集
13.1硬件的选择
13.1.1CPU的选择
13.1.2外围芯片的选择
13.2嵌入式硬件系统的结构
13.3STM32芯片概述
13.3.1ARM Cortex内核
13.3.2STM32芯片结构
13.4单元电路设计
13.4.1电源电路
13.4.2晶振电路
13.4.3看门狗与复位电路
13.4.4启动设置电路
13.4.5USB转串行接口电路
13.4.6JTAG接口电路
13.4.7I2C接口电路
13.4.8网络接口电路
13.5STM32最小系统
13.6硬件电路板设计注意事项
13.7硬件电路的调试
习题
第14章ARM应用开发
视频讲解： 12分钟，3集
14.1GPIO应用
14.1.1GPIO概述及引脚命名
14.1.2GPIO内部结构
14.1.3GPIO工作模式
14.1.4GPIO输出速度
14.1.5复用功能重映射
14.1.6GPIO控制寄存器
14.1.7GPIO输出库函数
14.1.8项目实例
14.2定时器与PWM应用
14.2.1STM32F103定时器概述
14.2.2基本定时器
14.2.3通用定时器
14.2.4高级定时器
14.2.5定时器相关库函数
14.2.6项目实例
14.3按键与蜂鸣器
14.3.1GPIO输入库函数
14.3.2项目实例
14.4数码管显示
14.4.1数码管工作原理
14.4.2数码管编码方式
14.4.3项目实例
14.5中断系统应用
14.5.1STM32F103中断系统
14.5.2STM32F103外部中断/事件控制器EXTI
14.5.3STM32中断相关库函数
14.5.4项目实例
14.6串行通信
14.6.1STM32F103的USART工作原理
14.6.2USART相关库函数
14.6.3项目实例
14.7SPI通信应用
14.7.1SPI通信原理
14.7.2STM32F103的SPI工作原理
14.7.3SPI库函数
14.7.4项目实例
14.8模数转换应用
14.8.1ADC概述
14.8.2STM32F103的ADC工作原理
14.8.3ADC相关库函数
14.8.4项目实例
习题
参考文献
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| 內容試閱：
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单片机(SingleChip Microcomputer)是一种集成电路芯片，它采用超大规模集成电路技术，将中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、多种I/O接口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块芯片上，构成一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域有着广泛应用。
单片机具有体积小、质量轻、价格低等优点，为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。因此，众多高等院校的电子信息类、通信类、自动化类、机电一体化类等专业都开设了单片机相关课程。
近年来，在“大众创业、万众创新”的新势态以及“新质生产力”的需求牵引下，高等院校的教学目标更加注重对学生的基本理论素质培养以及发现问题、分析问题和解决问题的综合能力培养。51单片机非常适合本科教学中的基本理论素质和实践动手能力的培养目标。在基础理论方面，51单片机教材包括计算机常用的数制和编码、数据在计算机中的表示方法、定点数与浮点数等、大端(小端)格式、规则字和非规则字等基础理论； 在设计应用方面，该类教材涉及中断、定时器/计数器、串行接口通信、总线、扩展、A/D转换和D/A转换等实践知识。同时，大多数51单片机方面的教材以汇编语言讲解为主，结合寄存器、内存、时序等计算机底层知识，让学生既能充分掌握其基本原理，又能培养学生的实践动手能力。
另外，整个51体系只有21个寄存器、111条汇编指令，因而其入门容易，教学周期大大缩短。相比之下，高端的ARM等嵌入式微处理器寄存器超过1000个，其内存组织结构复杂，指令众多，加之一些生涩难懂的定义，让很多学生初学时望而却步，对仅有40多个课时的课堂教学而言，教师也无法系统地进行讲解。此外，51单片机具有计算机的基本功能，只要学会了51单片机，就容易理解其他高端的ARM等嵌入式微处理器。与高端的ARM等嵌入式微处理器相比，51单片机芯片造价低，对于学生来说其学习成本很低，可以大量购买芯片回来自己动手实验，因而非常适合教学使用。
应该知道，尽管51单片机在电子信息类本科教育中具有不可替代的作用，然而随着毕业生人数的逐年增加，毕业生就业压力普遍增大，社会对电子信息类本科生毕业生的期望值也逐年提高。这就要求学生在学好51单片机的基础上，能进一步有针对性地学习ARM等高档嵌入式微处理器，了解主流嵌入式微处理器的结构与原理，熟悉嵌入式操作系统，掌握嵌入式软件开发流程和嵌入式项目的开发方法，并结合安卓开发、数据库开发、网络开发、图像处理等进一步提升专业技能。
基于以上原因，本书在单片机的基础理论、芯片结构、汇编指令等基础知识方面，以51单片机为样本进行讲解。然后，以社会上广泛使用的STM32为样本，以STM32F103系列芯片为例，从实际开发应用的角度讲解ARM嵌入式微处理器的硬件设计方法和软件开发过程。
本书共分14章，内容深入浅出，丰富实用。本书主要内容安排如下。
第1章主要介绍微型计算机的基础知识，包括计算机的产生和发展、计算机的分类及特点、计算机的架构和指令集、计算机中常用数制和编码、数据在计算机中的表示方法以及定点数与浮点数等。
第2章主要介绍计算机的基本工作原理，包括中央处理单元、存储器、I/O接口、总线等组成单元及计算机中数据的基本单位等。本章举例介绍了8086计算机系统、家用微型计算机(PC)和51单片机的组成与工作原理，并进行了对比和分析，还介绍了流水线等概念。
第3章是在第1章和第2章的基础上，以51单片机为核心，介绍了单片机的分类、发展及应用。以8051单片机系统为例，介绍了51单片机的存储器组织、51单片机CPU的内部结构、51单片机的时钟与复位、51单片机的引脚功能和最小系统等。结合51单片机的特点，对微机原理的堆栈部分进行了详细介绍。
第4章以51单片机的指令集为主线，主要介绍51单片机的寻址方式和指令系统，详细分析了各种寻址方式的特点，并逐一介绍了51单片机的基本指令。
第5章基于第4章的寻址方式和基本指令，对单片机的汇编语言编程进行了讲解。
第6章介绍了微机原理中的中断基本概念，包括中断、中断源、中断系统、中断优先级和中断嵌套等。结合51单片机，详细给出了中断的具体处理过程和应用举例。
第7章是在第2章介绍的I/O接口概念的基础上，针对51单片机的I/O接口进行了详细讲解，并给出了LED数码管在I/O接口中的实际应用。
第8章介绍了微机原理中定时/计数的基本概念，结合51单片机，详细介绍了其定时器/计数器的结构、组成、工作方式、基本寄存器、初始值设置等，给出了51单片机定时和计数的应用举例。
第9章对微机原理中的串行通信技术进行了介绍，包括同步和异步通信、串行通信的方向、串行通信的波特率以及基本的RS232连接。结合51单片机，详细讲解了51单片机系统中串行通信的结构、工作原理、基本寄存器、工作方式等，并给出了应用举例。
第10章介绍了微机原理中的扩展方法，包括系统总线和扩展的基本概念，译码、片选和总线的基本概念。以51单片机为例，详细讲解了存储器的扩展、I/O接口的扩展，并给出了综合应用。
第11章介绍了嵌入式系统特点、分类，特别对基于ARM的微处理器进行了详细介绍，在此基础上，进一步介绍了嵌入式操作系统。
第12章对ARM开发工具的使用进行了详细介绍，包括ARM应用程序的调试方法和Keil MDKARM集成开发环境的使用技巧。考虑到固件库(库函数)是STM32应用程序开发的基础，本章还详细介绍了STM32固件库的目录结构，并通过一个例子详细讲解了STM32的工程模板构建过程。
第13章是ARM系统硬件设计，包括硬件的选择、系统的结构、单元电路设计等，详细介绍了STM32的硬件电路板设计过程与电路的调试方法，同时讲解基于STM32芯片的最小系统。
第14章在ARM系统硬件设计的基础上，详细讲解了ARM应用开发过程，包括异步串行接口编程、GPIO操作编程、显示编程、中断编程、定时及PWM编程、A/D转换编程以及SPI总线编程。
本书深入浅出、通俗易学，具有良好的可读性，既可作为本科电子信息类专业的教材，也可供自学考试和成人教育有关专业选用，还可供研究生及科研人员参考使用。
本书由尹勇统稿，其中，尹勇负责第1～10章的编写、撒继铭负责第11～14章的编写。此外，娄平、郭志强、王克浩、刘佳宜等也给予了指导和帮助，在此表示感谢。
配 套 资 源
程序代码等资源： 扫描目录上方的“配套资源”二维码下载。
教学课件、教学大纲、电子教案、习题答案等资源： 在清华大学出版社官方网站本书页面下载，或者扫描封底的“书圈”二维码在公众号下载。
微课视频(332分钟，49集)： 扫描书中相应章节中的二维码在线学习。
注： 请先扫描封底刮刮卡中的文泉云盘防盗码进行绑定后再获取配套资源。
本书参考和引用了大量图书和网络文献，教材的完成离不开这些宝贵的资源和同行无私的奉献，在此特向他们表示崇高的敬意和衷心的感谢。同时由于编者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，恳请广大读者批评指正。
编者2025年3月
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