具体描述
本书共10章，可分为三个部分。第一部分为第1～4章，主要介绍USB系统概念和USB 1.1协议及USB 2.0协议的内容。这部分内容是学习后续内容的基础，其中提出的很多概念后面还要反复涉及。第二部分为第5～8章，分别介绍了四种不同公司出品的USB接口芯片，它们是NS、Cypress、TI和Philips公司的代表产品，也是开发中经常用到的芯片，很有实际意义。第三部分包括第9章和第10章，介绍了一个以USBN9603为核心的USB通信板，演示USB设备的软、硬件开发技术细节。其中，第9章介绍了通信板的硬件和软件开发，第10章介绍了内容较多且较为独立的Windows下的USB驱动程序设计。本书可作为高等院校电子、计算机专业高年级学生学习掌握USB接口技术的参考书，同时可供USB技术产品的研发人员和对此技术感兴趣的爱好者参考。要全面掌握本书内容，读者必须有一定的数字电路设计和软件编程基础，并对Windows操作系统及其驱动程序设计有基础性的了解。
跨越数字鸿沟：现代传感器系统设计与实践 图书简介 本书旨在为电子工程师、嵌入式系统开发者以及对物联网（IoT）前沿技术抱有浓厚兴趣的读者，提供一套全面、深入且极具实操性的现代传感器系统设计与集成指南。我们摒弃了对基础电子元件的冗长回顾，直接聚焦于当前工业、医疗和消费电子领域中最具挑战性与创新性的传感器技术及其应用架构。 核心理念：从信号到智慧的转换 本书的核心思想在于，现代电子系统不再仅仅是执行预设程序的机器，而是能够感知环境、理解数据的智能实体。这种“感知”能力完全依赖于高性能、高集成度的传感器网络。因此，本书将传感器技术视为连接物理世界与数字世界的桥梁，重点阐述如何高效、可靠地实现这一信息转换过程。 第一部分：前沿传感器技术深度解析 本部分内容涵盖了当前技术发展中最具突破性的几类传感器，每一章都深入探究其物理原理、关键性能指标（如灵敏度、噪声、漂移）以及最先进的封装技术。 第一章：高精度惯性测量单元（IMU）的噪声抑制与校准 本章将超越传统的加速度计和陀螺仪原理介绍，重点探讨MEMS（微机电系统）传感器在极端温度和高振动环境下的性能衰减机理。我们将详细分析数字滤波器的选择（如卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波在高动态环境下的优化实现），并提供一套实用的零点漂移和交叉轴敏感度在线校准流程。讨论内容包括：原子钟级定时对同步测量的重要性，以及如何利用集成磁力计数据进行三维姿态融合，以应对磁场干扰区域（如电机附近）的定位挑战。 第二章：下一代光学传感与三维成像 我们不再讨论传统的CMOS图像传感器，而是聚焦于ToF（飞行时间）和基于激光雷达（LiDAR）的固态波束转向技术。深入剖析SPAD（单光子雪崩二极管）阵列在低光照和高速运动目标检测中的应用。书中将包含详细的信号处理流程，包括脉冲畸变校正、多路径效应（Multipath Effect）的软件缓解策略，以及如何利用深度学习模型对点云数据进行实时语义分割，实现环境理解。 第三章：生物与化学传感器的集成与生物兼容性 针对医疗健康和环境监测领域，本章侧重于非侵入式传感器的设计。内容包括：基于场效应晶体管（FET）的生物分子检测的表面修饰化学，以及如何设计微流控通道来精确控制样品流速。重点讨论了如何保证高分子材料在长期接触生物体液时的化学惰性与信号稳定性，以及如何将高带宽的模拟信号前端（AFE）与低功耗的嵌入式数字处理器无缝衔接，确保数据完整性。 第二部分：系统级集成与信号调理 感知数据只有经过精细的调理和准确的数字化，才能转化为有价值的信息。本部分专注于系统架构的优化。 第四章：超低功耗数据采集（DAQ）系统的设计哲学 在电池供电的远程监测设备中，功耗是首要限制因素。本章详细介绍了事件驱动型系统架构的设计。内容包括：如何利用低功耗休眠模式和快速唤醒机制来最大化电池寿命；ADC（模数转换器）的选择标准，特别是考察其信噪比（SNR）与有效位数（ENOB）之间的功耗权衡；以及如何设计高效的电源管理单元（PMU）来管理传感器、微控制器和无线模块的动态功耗需求。 第五章：抗干扰与电磁兼容性（EMC）的实践工程 真实世界的电磁环境极其复杂。本章提供了解决信号完整性问题的实用工具箱。内容涵盖：差分信号的布局规则在高频采集中的应用，屏蔽层的有效设计与接地拓扑的选择，以及如何通过特定的滤波器设计（如LCL滤波器）来抑制来自电源轨和时钟源的周期性噪声。书中包含具体的PCB设计案例分析，展示了如何通过布局避免串扰和辐射发射。 第六章：边缘计算中的传感器数据预处理 随着计算能力下放到传感器节点，如何在资源受限的环境下执行复杂的计算成为关键。本章探讨了传感器融合算法的硬件加速技术。内容包括：如何使用FPGA或专用的DSP单元实现高吞吐量的FFT运算和波形匹配；以及在嵌入式处理器上实现轻量级机器学习模型（如TinyML），用于本地异常检测和数据降维，从而显著减少无线传输的数据量。 第三部分：互联、安全与标准 传感器数据需要可靠地传输和安全地存储。本部分关注数据链路层和应用层协议的集成。 第七章：无线传感器网络的低延迟通信协议栈 本章深入探讨了面向工业控制和实时监测的低功耗广域网（LPWAN）技术（如LoRa、NB-IoT）与超宽带（UWB）技术的适用场景区分。重点分析了时分多址（TDMA）和载波侦听多址（CSMA/CA）协议在保证数据可靠性与最小化空中接入冲突方面的差异。书中提供了使用实时操作系统（RTOS）来管理多任务并发与无线栈调度的实践指南。 第八章：传感器数据流的安全与认证 在关键基础设施中，传感器数据的完整性和真实性至关重要。本章探讨了端到端的安全机制。内容包括：如何使用硬件安全模块（HSM）来安全存储私钥和证书；在数据采集阶段实施轻量级加密算法（如ChaCha20）的性能考量；以及利用区块链或分布式账本技术（DLT）对时间戳和测量结果进行不可篡改的认证记录。 结论：面向未来的自适应系统构建 本书的最后一部分将这些知识点融会贯通，引导读者构建能够自我诊断、自我校准和远程更新的自适应传感器系统。我们强调，成功的系统开发不仅在于选择最好的传感器芯片，更在于理解物理定律、优化电子接口、并设计出能适应不断变化环境的智能软件架构。本书旨在培养的，是一种系统性的、从物理层到应用层的全面设计思维。
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