微控製器的網路連綫與應用(附範例光碟片) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 微控製器
• 單片機
• 網絡通信
• 嵌入式係統
• 物聯網
• C語言
• 應用開發
• 範例代碼
• 硬件設計
• 實踐教程

　　本書是以微控製器為基礎的硬體裝置，然後編寫程式做製作網路裝置，讓它成功上網所具備知識的一本書。把RS-232和乙太網路整閤到網路裝置內，以便透過區域網路、廣域網網或網際網路和其他人通訊。除瞭能夠獲得建構網路裝置的知識之外，也能夠深入瞭解到這些網路裝置內部程式碼的操作原理。本書適用科大電子、電機係「微控製器應用」課程。

深入探索嵌入式係統的廣闊天地：現代電子設計的基石 本書聚焦於嵌入式係統設計的前沿領域，旨在為讀者構建一個全麵、深入且實用的知識框架，使其能夠駕馭當今電子産品和物聯網（IoT）應用的核心技術。我們著眼於微控製器（Microcontroller, MCU）作為核心處理單元，如何從孤立的計算節點，演化為能夠實時、高效地與其他設備、網絡乃至雲端進行數據交換的智能終端。 全書的結構設計兼顧瞭理論的嚴謹性與實踐的可操作性。我們不會停留在對單一硬件平颱的簡單介紹，而是深入剖析構建現代嵌入式應用所需的所有關鍵技術棧，包括底層硬件交互、實時操作係統、高效的軟件架構設計，以及至關重要的係統級互聯與通信協議棧。 第一部分：嵌入式係統核心與微控製器架構的精煉解讀 本部分首先為讀者夯實基礎，但側重點在於現代高性能MCU的設計哲學而非基礎的數字邏輯迴顧。 1.1 MCU核心架構的演進與選型策略： 我們詳細闡述從傳統的8位架構到主流的32位Cortex-M係列（如M3, M4, M7）在性能、功耗和內存保護機製上的根本差異。重點分析瞭流水綫深度、中斷響應延遲（Interrupt Latency）和浮點運算單元（FPU）對實時係統性能的影響。此外，針對當前市場主流廠商（如STMicroelectronics、NXP、Microchip）的芯片係列，提供瞭詳細的選型矩陣，指導工程師如何根據應用需求（如感應器融閤、電機控製、低功耗待機）選擇最閤適的MCU係列。 1.2 高效能外設的深度駕馭： 嵌入式係統的精髓在於對片上資源的極緻利用。本章深入講解瞭高級定時器（Advanced Control Timers）在脈衝寬度調製（PWM）的死區控製（Dead Time Insertion）和互補波形生成中的應用，這對於電力電子和電機驅動至關重要。同時，對模數轉換器（ADC）的過采樣（Oversampling）技術和雙緩衝模式（Dual-Mode Buffering）的實現進行瞭詳盡的分析，確保傳感器數據的準確采集和高效DMA傳輸。我們也會探討高精度接口，如數模轉換器（DAC）在生成復雜波形閤成中的作用。 1.3 內存管理與代碼優化： 對於資源受限的MCU而言，內存布局是性能的關鍵。本書詳細剖析瞭鏈接腳本（Linker Script）的編寫藝術，如何精確控製代碼段、數據段和堆棧（Stack）的分配。此外，針對C語言的易失性（volatile）關鍵字、位域（Bit Fields）的使用規範，以及編譯器優化級彆（-O0到-Os）對最終固件大小和執行速度的影響，提供瞭詳盡的實戰案例。 第二部分：實時嵌入式軟件架構與可靠性工程 本部分將視角從硬件轉嚮軟件，構建可靠、可維護的嵌入式操作係統和應用框架。 2.1 實時操作係統（RTOS）的深度剖析： 我們超越瞭對任務調度的基本描述，深入研究瞭優先級反轉（Priority Inversion）問題及其解決方案，例如優先級繼承（Priority Inheritance）和優先級天花闆（Priority Ceiling）協議。對於信號量（Semaphore）、互斥鎖（Mutex）和消息隊列（Message Queue）的正確使用場景進行瞭細緻的區分，強調在資源共享場景下選擇閤適同步機製的重要性。本章還將對比分析FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS在內核結構上的異同。 2.2 中斷服務程序（ISR）的設計規範與優化： ISR是影響係統實時性的最敏感部分。我們建立瞭嚴格的ISR設計準則：“快速退齣”原則。詳細說明瞭如何利用延遲過程調用（Deferred Procedure Call, DPC）或任務通知（Task Notifications）機製，將耗時的處理邏輯從高優先級的ISR中剝離齣來，避免阻塞關鍵任務。 2.3 狀態機（State Machine）在嵌入式應用中的建模： 復雜的嵌入式設備（如通信協議棧、用戶界麵）本質上是狀態驅動的。本章介紹瞭如何使用有限狀態機（FSM）或更高級的層次化狀態機（HSM）來清晰地組織復雜的邏輯流程，從而提高代碼的可讀性和可測試性。 第三部分：現代嵌入式係統的互聯互通與數據安全 這是構建物聯網設備和工業控製係統的核心能力。本部分將重點放在高效、可靠的數據傳輸機製上。 3.1 嵌入式TCP/IP協議棧的精簡實現： 對於資源受限的設備，我們需要理解輕量級TCP/IP棧（如LwIP）的工作原理。我們將詳細解析ARP解析、TCP擁塞控製的簡化版本，以及如何配置Netconn API與Raw API之間的權衡。重點探討套接字編程（Socket Programming）在嵌入式環境中的異步處理模式。 3.2 序列化與數據交換協議： 數據在網絡上傳輸的效率直接關係到係統響應速度。本書對比瞭JSON、XML與更適閤嵌入式係統的Protocol Buffers (Protobuf) 或 MessagePack 在解析速度、數據體積上的差異。我們重點指導讀者如何構建高效的二進製數據協議，確保數據包的最小化開銷。 3.3 工業級通信標準解析： 針對工業自動化領域，我們深入研究瞭CAN總綫的幀結構、仲裁機製以及CANopen的高層應用協議。對於現場總綫（Fieldbus）的應用，如Modbus RTU/TCP，如何進行寄存器映射和數據訪問是關鍵。 3.4 嵌入式安全基礎：身份驗證與固件更新： 現代設備必須考慮安全因素。本章介紹瞭TLS/SSL的輕量級實現（如mbedTLS）在資源受限設備上的集成挑戰。我們詳細分析瞭安全啓動（Secure Boot）的基本流程，以及OTA（Over-The-Air）固件更新機製的原子性設計，確保更新過程中設備不會陷入“變磚”狀態。 第四部分：係統級性能分析與調試技術 本書的最後部分側重於工程實踐中至關重要的性能分析和故障排除。 4.1 功耗分析與電源管理： 闡述瞭動態功耗（由時鍾頻率和切換活動決定）與靜態功耗（漏電流）的來源。重點講解如何利用MCU的低功耗模式（如Stop/Standby模式）設計有效的喚醒源管理（Wakeup Source Management），以及如何使用外部硬件工具（如高精度電流錶）進行功耗剖析（Power Profiling）。 4.2 實時性能的量化與追蹤： 僅僅依靠打印日誌無法準確測量實時性。本書教授讀者如何使用邏輯分析儀（Logic Analyzer）和示波器，結閤GPIO翻轉或專用調試探針，精確測量任務切換時間、中斷響應時間和外設訪問延遲。介紹使用DWT Cycle Counter或RTOS內置的Hook函數來進行細粒度的代碼性能追蹤。 4.3 魯棒性測試與故障注入： 探討如何設計看門狗（Watchdog Timer, WDT）的正確使用方式，包括窗口看門狗的配置。本章還介紹瞭內存保護單元（MPU）的配置，用於隔離不同安全等級的代碼區域，以防止一個模塊的崩潰導緻整個係統癱瘓。通過係統性地注入錯誤（如無效指針、堆棧溢齣）來驗證係統的恢復能力。 通過對以上四個維度的深入剖析和大量工程實踐的指導，本書旨在將讀者從一個僅能操作寄存器的初級嵌入式工程師，培養成為能夠設計、實現和維護高性能、高可靠性、具備網絡互聯能力的復雜嵌入式係統的架構師。

第1章　微控製器網路連綫的基本—RS-2321-1
曆史小檔案1-3
RS-232標準的使用程序1-7
RS-232電壓轉換的一些考慮1-12

第2章　利用微控製器實作 RS-2322-1
基本的RS-232硬體2-1
建立一個使用微控製器的簡單RS-232收發器2-6
RS-232 介麵的硬體2-8
使用微控製器的DCE裝置2-9
編寫一些簡單的 RS-232 韌體2-14
RS-232 傳輸碼的位元2-24
RS-232接收程式碼2-31

第3章　以BASIC語言編寫RS-232微控製器常式3-1
以BASIC語言編寫RS-232程式3-2

第4章　建立RS-232的通訊硬體4-1
有關RS-232的進階BASIC指令4-1

第5章　微控製器 USART 的使用方法5-1
利用中斷驅動的USART程式碼5-6
將我們對 RS-232 的認識應用到 Atmel AVR5-30
如何編寫 AVR 的 RS-232 常式5-33

第6章　…另一個序列式協定6-1
為什麼要使用 ？6-4
匯流排6-4
匯流排上的ACK和NAK信號6-8
對仲裁和時脈同步更多的認識6-10
的定址6-14
一些 的韌體6-15
AVR 主控裝置的 程式碼6-16
AVR的主控-接收器模式的程式碼6-24
PIC的 從屬-傳送器模式的程式碼6-26
AVR-到-PIC 的 通訊作業6-34

第7章　乙太網路7-1
何謂乙太網路？7-1
積體電路 CS8900A-CQ7-3
有關CS8900A-CQ重設的概述7-5
CS8900A-CQ的媒體介麵(Media Interface)概述7-5
有關 CS8900A-CQ 傳輸程序的概述7-5
有關 CS8900A-CQ 接收程序的概述7-7
CS8900A-CQ 的外部儲存裝置概述7-8
CS8900A-CQ 的狀態指示燈7-8
CS8900A-CQ的MAC層7-9
Easy Ethernet CS8900A 的硬體7-14
PIC16F877 微控製器7-14
Microchip 的微控製器 PIC18F4527-16
CS8900A-CQ 的乙太網路層7-16
CS8900A-CQ 使用的電源7-18
CS8900A-CQ 的乙太網路隔離變壓器7-18
在Easy Ethernet CS8900A的PIC16F877微控製器中
的設計7-21
ICSP(綫上序列式規劃)介麵7-24
如何開發Easy Ethernet CS8900A的韌體7-27
設定PIC16F877微控製器7-31
PIC16F877記憶體資源的分配和利用7-34
函式原型7-34
變數的定義7-35
Easy Ethernet CS8900A 的巨集7-45
定義CS8900A-CQ的PacketPage暫存器組7-53
CS8900A-CQ 的匯流排介麵暫存器7-55
産品識彆碼7-56
CS8900A-CQ 的狀態和控製暫存器7-56
CS8900A-CQ 的配置和控製暫存器7-57
CS8900A-CQ 的狀態和事件暫存器7-68
CS8900A-CQ 的位址過濾暫存器7-74
CS8900A-CQ 接收和傳輸訊框的位置7-75
它存入暫存器瞭嗎？7-75

第8章　編寫CS8900A-CQ的韌體8-1
第一個步驟8-3
CS8900A-CQ的重設8-4
載入CS8900A-CQ的基本參數8-6
載入CS8900A-CQ的個彆位址暫存器組8-9
啓用CS8900A-CQ的發送器和接收器8-10
主要操作迴圈8-12
仔細檢視訊框的結構8-14
ARP的技術8-24

第 9 章　PING測試Easy EthernetCS8900A9-1

第10章　UDP和Easy Ethernet CS8900A10-1
UDP網際網路測試麵闆10-4

第11章　TCP和Easy Ethernet CS8900A11-1
實體層11-5
連結層11-5
網路層11-6
傳輸層11-6
應用層11-6

第12章　讓我們再重復一次12-1
Easy Ethernet Whacked???這是什麼樣的專案呢？12-2
Realtek RTL8019AS12-3
Easy Ethernet W使用的硬體12-14
Easy Ethernet W 的韌體12-15
Realtek RTL8019AS 的初始化12-19
Easy Ethernet W的上綫操作12-43
使用Easy Ethernet W傳輸訊框12-48
操作和測試的一些工具12-53

第13章　Easy Ethernet AVR的上綫操作13-1

第14章　結　局14-1
如何取得Easy Ethernet裝置14-2
關於作者14-3

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我是一名在職的嵌入式開發工程師，雖然日常工作接觸的都是比較復雜的項目，但偶爾也會對一些低成本、易於實現的物聯網應用産生興趣。《微控製器的網路連綫與應用》這本書，從標題來看，似乎是對嵌入式網絡連接方麵的一個比較全麵的梳理，特彆是“網路連綫”和“應用”這兩個關鍵詞，對於我們這種需要快速落地項目的工程師來說，很有吸引力。我比較關心書中是否會對一些主流的嵌入式操作係統（如RTOS）上的網絡協議棧進行講解，以及如何在這類平颱上實現高效的網絡通信。同時，書中提及的“應用”，如果能包含一些實際的物聯網場景，例如智能傢居的傳感器數據采集與控製、工業設備的遠程監控等，並且能提供相關的實現思路和代碼框架，那將非常有藉鑒意義。我尤其看重“附範例光碟片”這一點。雖然我們自己可以編寫代碼，但如果有經過驗證的、可運行的範例，可以作為我們項目開發的起點或者參考，能夠極大地節省開發時間和精力，避免重復造輪子。我希望光碟中的範例能夠盡可能地覆蓋不同的網絡通信協議和應用模式，例如RESTful API、WebSocket等，並且能提供清晰的代碼結構和詳細的注釋。如果書中還能對網絡安全方麵的一些基本實踐進行介紹，比如數據加密、身份驗證等，那對我們來說更是錦上添花，能夠幫助我們設計齣更健壯、更安全的係統。

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我是一名業餘的電子愛好者，平時喜歡鼓搗一些小玩意，但一直以來，對於如何讓我的電子作品“聯網”都感到非常頭疼。接觸過一些單片機，也瞭解瞭一些基礎的通信原理，但總覺得像是隔著一層紗，摸不著門道。《微控製器的網路連綫與應用》（附範例光碟片）這個書名，一下就擊中瞭我最想解決的問題。我常常看到國外的一些創客項目，他們的作品都能輕鬆地通過手機APP控製，或者實現遠程數據采集，而我自己的作品，最多隻能做到本地通信，總是覺得不夠“智能”。這本書如果能詳細講解如何為微控製器添加網絡功能，比如如何選擇閤適的網絡模塊，如何配置網絡參數，如何編寫網絡通信的代碼，那對我來說就太有價值瞭。我尤其期待書中的“範例光碟片”。對我這種動手能力比較強的人來說，看再多的理論都不如直接上手實踐。如果光碟裏能有一些可以直接運行的、具有一定實用性的網絡應用範例，比如一個簡單的遠程控製小車，或者一個可以實時查看數據的網絡儀錶盤，那絕對能激發我的創作熱情，讓我更快地學會如何將這些技術應用到我自己的項目中。我希望書中能有一些關於不同網絡通信方式的對比和選擇建議，畢竟不同的應用場景可能適閤不同的通信技術，瞭解它們的優缺點能幫助我做齣更明智的選擇。如果書中還能介紹一些常見的開發闆和相關的軟件工具，那就更好瞭，這樣我就可以直接帶著書和光碟去實踐瞭。

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對於一直以來對物聯網和智能控製充滿好奇的普通科技愛好者而言，《微控製器的網路連綫與應用》(附範例光碟片)這本書無疑是一個令人興奮的發現。我常常關注市麵上各種智能設備，但對於它們是如何實現遠程控製和數據傳輸的，卻始終感到一知半解。這本書的標題直接點齣瞭核心——“網路連綫”，這正是我最渴望瞭解的知識盲區。我想知道，是不是通過這本書，我就可以理解那些復雜的網絡協議是如何在小小的微控製器上運行的？是不是我就可以學習如何為我的DIY項目添加Wi-Fi或者藍牙功能，讓它們變得更加“聰明”？我特彆看重“附範例光碟片”的配置。對我這種偏重實踐、喜歡動手操作的人來說，理論性的講解固然重要，但如果沒有實際的例子來引導，往往很難將書本知識轉化為實際能力。如果光碟裏能提供一些可以直接運行、並且易於修改的範例，比如如何做一個簡單的網絡遙控開關，或者如何讓我的溫度傳感器數據能夠通過網頁實時顯示，那將是多麼令人興奮的事情！我希望這本書能用比較通俗易懂的語言來解釋技術概念，避免過多的專業術語，讓像我這樣的“小白”也能看得懂、學得會。同時，如果書中能介紹一些不同網絡通信方式的優缺點，以及在不同場景下的選擇建議，那就更貼心瞭。總之，我期待這本書能夠成為我踏入物聯網領域的一塊敲門磚，讓我能夠真正地享受DIY的樂趣。

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作為一名正在準備畢業設計的學生，我對於《微控製器的網路連綫與應用》這本書可以說是抱著非常大的期待。我們小組的課題方嚮就是基於微控製器的智能監測係統，而其中最關鍵的環節就是如何讓我們的監測節點能夠穩定地接入網絡，並將采集到的數據高效地傳輸到服務器端，同時也要能夠接收來自服務器端的控製指令。市麵上關於微控製器原理的書籍汗牛充棟，但能夠係統性地講解網絡連接的部分，並且提供具體實踐方法的，卻寥寥無幾。我特彆關注書中關於TCP/IP協議棧的講解，希望它能用更易懂的方式來解釋這些底層協議，以及如何在嵌入式係統中實現它們。另外，書中提到的“應用”部分，如果能涵蓋一些常見的網絡通信協議，例如MQTT、HTTP，甚至是一些無綫通信技術，如Wi-Fi、藍牙，那對我們的畢業設計來說，無疑是莫大的幫助。我非常看重“附範例光碟片”的配置，因為理論知識需要通過實踐來鞏固。如果光碟中的範例能夠提供完整的代碼，並對代碼進行詳細的注釋和講解，那將極大地提高我們的學習效率，讓我們能夠快速地將學到的知識應用到實際項目中。我希望書中能有關於數據安全傳輸的討論，因為我們的監測係統可能涉及到一些敏感數據的采集，這部分的安全性是至關重要的。總的來說，這本書如果能提供紮實的理論基礎和豐富的實踐案例，對於我們這樣的學生群體來說，絕對是一本不可多得的寶貴資源。

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這本《微控製器的網路連綫與應用》光碟版，對我這個一直想把傢裏老舊的智能設備“升級”一番的DIY愛好者來說，簡直就是及時雨！我常常望著那些連Wi-Fi都連不上的舊電視、舊空調，心癢癢的，總覺得它們還有很大的潛力可以挖掘。市麵上關於物聯網、智能傢居的書不少，但很多都太過理論化，講的是一些我用不到的工業級應用，看得我雲裏霧裏，最後還是不知道從何下手。這本的標題就直接點明瞭“網路連綫”，這正是我最頭疼的部分。我之前也嘗試過一些網絡編程的入門書籍，但總是感覺跟微控製器結閤起來之後，就變得復雜異常，代碼看得我眼花繚亂。而且，我特彆看重“附範例光碟片”這一點，對我這種動手能力強於理論學習的人來說，光看書是很難有實際成效的，有現成的、可以直接拿來修改和實踐的例子，這大大降低瞭學習門檻，也能讓我更快地看到成果，而不是把一堆理論知識裝在腦袋裏卻無法應用。我特彆期待書中的範例能涵蓋一些比較貼近生活的應用，比如如何讓我的智能插座可以通過手機APP控製，或者如何搭建一個簡單的傢庭氣象站，實時監測室內外的溫濕度。如果能有關於低功耗連接的講解，那就更完美瞭，畢竟很多DIY項目都需要考慮電池續航的問題。總而言之，這本書的定位非常準確，抓住瞭我這樣的普通用戶在實際應用中遇到的核心痛點，相信光碟裏的範例一定能讓我這個“小白”也能玩轉微控製器的網絡連接。