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电子信息工程实用技术手册 本书旨在为电子信息工程领域的专业人士、技术人员和高等院校师生提供一套全面、深入且高度实用的参考资料。它聚焦于当代电子信息系统中普遍存在的关键技术领域，旨在提升读者在系统设计、故障排除和性能优化方面的实战能力。 第一部分：现代嵌入式系统设计与开发 第一章 嵌入式系统基础架构与选型 本章详细阐述了微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的架构差异、性能指标及其在不同应用场景下的选型策略。内容覆盖ARM Cortex-M系列、RISC-V架构的最新进展及其在物联网（IoT）设备中的应用范例。重点解析了片上系统（SoC）的设计理念、总线结构（如AXI、AHB）以及内存管理单元（MMU）和内存保护单元（MPU）的基本配置。 第二章 实时操作系统（RTOS）的深入应用 深入探讨了FreeRTOS、RT-Thread等主流嵌入式实时操作系统的内核机制，包括任务调度算法（固定优先级、轮转法、优先级继承协议）。对信号量、互斥锁、消息队列和事件标志组等IPC（进程间通信）机制的应用场景、资源竞争风险及死锁预防策略进行了详尽的论述。本章还包含中断服务程序（ISR）设计规范、上下文切换开销分析和低功耗模式管理技术。 第三章 嵌入式软件调试与性能优化 聚焦于嵌入式软件的实际调试流程，从JTAG/SWD接口的硬件调试工具使用，到软件断点、内存观察、寄存器跟踪等高级调试技巧。讨论了代码执行效率分析方法，如指令周期计数、Cache命中率监控，并提供了常见的性能瓶颈消除技术，例如循环展开、位操作优化和内存访问模式的改进。 第二部分：高级传感器技术与数据采集系统 第四章 智能传感器的原理与接口标准 系统介绍了各类主流智能传感器的工作原理，包括MEMS（微机电系统）惯性传感器（加速度计、陀螺仪）、高精度温度传感器、光学传感器及气体传感器。详细解析了传感器数据接口协议，如I²C、SPI、UART、CAN Bus，并提供了多传感器数据融合的基础算法框架，强调噪声抑制和环境补偿技术的应用。 第五章 高速数据采集系统（DAQ）设计 本章侧重于高精度、高采样率数据采集系统的构建。内容涵盖模数转换器（ADC）的关键参数（有效位数ENOB、积分非线性INL、微分非线性DNL）的选择依据，以及过采样、欠采样技术在抗混叠滤波中的作用。深入探讨了同步采集、多通道系统的时间偏差校准方法和数据预处理技术。 第六章 无线通信模块集成与协议栈 涵盖了短距离（BLE 5.x、ZigBee）和广域网（LoRa、NB-IoT）通信模块在嵌入式设备中的集成与配置。重点解析了TCP/IP协议栈在资源受限设备上的裁剪与优化，以及MQTT、CoAP等物联网应用层协议的消息交互模式和安全认证机制（TLS/DTLS）。 第三部分：电源管理与系统可靠性工程 第七章 高效DC-DC转换器设计与热管理 详细分析了开关电源拓扑结构（Buck、Boost、Buck-Boost）的选择准则，以及同步整流技术在提升效率中的作用。深入讲解了电源系统中的环路补偿设计，例如Type II/III补偿器的参数计算，以确保系统的稳定性和瞬态响应性能。此外，本部分包含了PCB布局对电源噪声抑制的关键影响分析。 第八章 电池管理系统（BMS）关键技术 专注于锂离子电池的精确状态估计技术，包括荷电状态（SoC）、健康状态（SoH）和剩余寿命（RUL）的建模与算法实现（如库仑计数法、开路电压法、卡尔曼滤波）。详细介绍了电池均衡技术（主动/被动均衡）的硬件实现与控制策略，以及过充、过放、过流、过温保护电路的设计规范。 第九章 电磁兼容性（EMC）与系统防护 系统阐述了电磁兼容性的基本原理，包括传导发射（CE）和辐射发射（RE）的干扰源识别。提供了PCB设计中的关键EMC优化措施，如电源平面分割、去耦电容的选型与布局、屏蔽罩的有效接地技术。讨论了静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲（EFT）的防护电路设计，确保电子设备在严苛环境下的可靠运行。 第四部分：工业控制与网络通信 第十章 工业现场总线技术详解 全面介绍工业自动化领域常用的通信标准，包括RS-485（Modbus RTU）、CANopen、EtherCAT和PROFINET。深入分析了这些现场总线在实时性、抗干扰性、网络拓扑结构方面的特性差异，并提供了基于FPGA或嵌入式Linux平台的总线接口驱动程序设计思路。 第十一章 伺服驱动与运动控制基础 本章讲解了永磁同步电机（PMSM）和直流无刷电机（BLDC）的控制原理。重点阐述了FOC（磁场定向控制）算法的数学模型、SVPWM（空间矢量脉宽调制）的实现细节，以及电流环、速度环、位置环的级联控制结构设计。 第十二章 机器视觉基础与图像处理算法 介绍了工业机器视觉系统的基本组成，包括光源选择（明场、暗场、同轴光）、镜头参数选择和相机类型（CMOS/CCD）的匹配。重点介绍了边缘检测、形态学操作、模板匹配等经典图像处理算法在缺陷检测中的应用，并涉及OpenCV库在嵌入式平台上的移植优化。 本书特色： 强调实战性： 所有理论推导均紧密结合工程实践，提供了大量可直接参考的电路原理图和代码片段示例。 跨学科融合： 有效整合了电子硬件、固件开发、通信技术和系统可靠性工程的知识体系。 前沿技术覆盖： 紧跟最新的处理器架构和物联网通信标准的发展趋势。
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