计算机公共基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:徐士良

出品人:

页数:267

译者:

出版时间:2001-3

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787302042594

丛书系列:

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现代工程实践中的核心要素：电子系统设计与信号处理 第一部分：电子系统设计概论与基础理论 本书深入探讨了现代电子系统设计的核心理念、方法论及其在各个工程领域中的应用。我们旨在为读者构建一个坚实的基础，使其能够理解从概念设计到实际实现的全过程，并掌握应对复杂工程挑战的关键技术。 1.1 电子系统概述与系统级思维 本章首先界定了“电子系统”的范畴，区分了不同层级的系统（如微系统、嵌入式系统、网络化系统）。重点阐述了自顶向下（Top-Down）的设计方法论，强调在项目初期进行需求分析、架构划分和接口定义的重要性。我们将详细解析功能分解、模块化设计原则，以及如何通过抽象层次来管理系统的复杂性。同时，介绍面向对象的设计思想在硬件描述和软件架构中的映射关系。 1.2 电磁兼容性（EMC）与信号完整性（SI）基础 在高速、高密度的现代电路板上，信号完整性和电磁兼容性不再是事后补救的环节，而是设计之初就必须纳入考量的关键约束。本章深入剖析了传输线理论，包括特性阻抗、反射、串扰（Crosstalk）的产生机理及其抑制技术，例如端接、包地设计和参考平面选择。在EMC方面，我们将讲解辐射发射（RE）和敏感度（RS）的物理机制，以及如何通过合理的PCB布局、屏蔽技术和滤波策略来满足国际标准（如CISPR和FCC）的要求。 1.3 电源完整性（PI）与去耦策略 稳定的直流电源是任何电子系统可靠运行的基石。本章聚焦于电源完整性分析。内容涵盖了开关电源（SMPS）的拓扑结构（Buck, Boost, Ćuk, Flyback）及其动态特性，如环路补偿和瞬态响应。重点讨论了如何通过精确的去耦电容选型和布局（包括高频和低频电容的配合），来最小化电源网络阻抗（PDN Impedance），有效抑制电源噪声和地弹（Ground Bounce）。 1.4 可靠性工程与环境适应性 系统的寿命和可靠性直接关系到其商业价值和安全性。本章介绍MTBF（平均故障间隔时间）的计算模型，如Weibull分布和指数分布。探讨了热管理在提高半导体器件寿命中的作用，包括散热器设计、热流密度分析和自然/强制对流散热方案的对比。此外，还将涉及环境应力测试（HALT/HASS）的基本流程，以及对湿度、振动和机械冲击的防护设计。 第二部分：先进信号处理技术与算法实现 本部分转向系统的“智能”核心——信息的获取、转换、处理与输出。内容侧重于信号的数学建模、高效的数字化处理方法以及在特定硬件平台上的实现优化。 2.1 模拟信号调理与量化 在信号进入数字化领域之前，必须进行精确的调理。本章详细讲解了有源滤波器的设计，包括巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和椭圆（Elliptic）滤波器的性能权衡。重点分析了输入级前端电路对噪声和失真（THD）的影响。随后，深入探讨模数转换器（ADC）的参数（如ENOB、SFDR、DNL/INL），以及过采样与欠采样技术在提高有效分辨率中的应用。 2.2 离散时间系统与Z域分析 数字信号处理（DSP）的理论基础建立在离散时间系统之上。本章系统回顾了Z变换在分析IIR和FIR滤波器时的应用，并着重讲解了双线性变换（Bilinear Transformation）等从模拟到数字域的映射方法。通过大量实例，展示如何通过零极点配置来保证数字滤波器的稳定性和所需频率响应。 2.3 快速傅里叶变换（FFT）及其在频谱分析中的应用 FFT是现代信号处理中最基础且应用最广的算法之一。本章不仅介绍标准FFT的蝶形运算结构和复杂度分析，更重要的是讨论了实际应用中的关键问题：窗函数（如汉宁窗、海明窗）的选择对频谱泄漏的影响，以及如何利用FFT进行互谱分析、功率谱密度（PSD）估计和频率域滤波。 2.4 自适应滤波与系统辨识 传统的滤波器系数是固定的，而自适应滤波器能够根据环境变化动态调整自身特性。本章详细介绍最小均方（LMS）算法及其变种（如NLMS），应用于回声消除、噪声抑制和信道均衡等场景。此外，通过卡尔曼滤波（Kalman Filter）的理论推导，展示如何融合多传感器数据，对系统的状态进行最优估计，这在导航、控制和目标跟踪中至关重要。 第三部分：嵌入式系统架构与实时性保证 本部分将理论知识与实际的硬件平台相结合，关注如何构建高效、可靠、满足实时性要求的嵌入式计算系统。 3.1 微处理器与微控制器架构深入 本书对比分析了CISC（如x86）与RISC（如ARM Cortex-M/R/A系列）架构的差异，重点剖析流水线、缓存一致性、分支预测等技术如何影响指令执行效率。对于嵌入式系统而言，中断机制（如向量中断、嵌套中断）和特权级管理是保障系统响应速度和安全性的核心。 3.2 内存管理与数据路径优化 高效的数据存取是系统性能的关键瓶颈。本章详细阐述了虚拟内存、分页（Paging）和分段（Segmentation）的概念，及其在操作系统中的实现。针对嵌入式系统，我们将深入探讨直接内存访问（DMA）控制器的工作原理，以及如何优化数据在不同存储层次（SRAM, DRAM, Flash）之间传输的效率，减少CPU的等待时间。 3.3 实时操作系统（RTOS）原理与调度 实时性要求使得通用操作系统难以满足许多工业和控制应用。本章侧重于RTOS的核心机制，包括任务管理、上下文切换的开销分析。重点讲解了优先级反转问题及其解决方案（如优先级继承协议、优先级天花板协议）。通过对固定优先级调度（如Rate Monotonic, RMS）和动态优先级调度（如Earliest Deadline First, EDF）的对比分析，指导读者选择合适的调度策略。 3.4 外设接口与总线通信 现代系统需要与大量传感器、执行器及其他设备通信。本章系统梳理了常用的片上总线协议（如SPI, I2C, UART）的工作流程和时序要求。更进一步，分析了高性能通信接口如PCI Express（PCIe）和以太网MAC的协议栈结构，强调在驱动程序层面如何实现高效的I/O操作，以满足数据吞吐量的需求。 通过对上述三大领域的系统性学习，读者将不仅掌握电子系统的设计原理，更能理解信号处理的数学精髓，并具备构建高可靠性、高性能嵌入式解决方案的综合能力，为未来在航空航天、医疗电子、工业自动化等前沿领域进行创新打下坚实基础。

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