可编程控制器应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:化学工业出版社

作者:张万忠

出品人:

页数:210

译者:

出版时间:2005-6

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787502570309

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业自动化
• 电气控制
• 技术
• 应用
• 编程
• 传感器
• 执行器
• 控制系统

《高级嵌入式系统设计与实现》图书简介 导言： 在当今飞速发展的电子信息时代，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、可穿戴设备到工业自动化、航空航天等核心领域。要驾驭这一技术浪潮，扎实的理论基础和前沿的实践经验缺一不可。《高级嵌入式系统设计与实现》正是这样一本旨在为读者提供从硬件底层到复杂软件架构的全面、深入指导的权威著作。本书超越了基础概念的介绍，直击现代嵌入式系统设计中的关键挑战与尖端技术，旨在培养工程师解决复杂系统级问题的能力。 第一部分：嵌入式系统核心基础与硬件架构的深度解析 (约400字) 本书的首要任务是巩固读者对现代嵌入式处理器架构的理解。我们将不再停留在教科书式的简略介绍，而是深入探讨基于ARM Cortex-M、Cortex-A系列（如最新的M4、A53、A72等）的微控制器与微处理器的工作原理。详细分析流水线技术、缓存一致性协议（Cache Coherency）在实时性系统中的影响，以及如何利用内存保护单元（MPU/MMU）实现资源隔离和系统稳定性。 随后，我们将重点剖析片上系统（SoC）的集成趋势。内容涵盖高性能模拟前端（AFE）的设计考量、电源管理单元（PMU）的精细化控制策略，以及如何高效地利用DMA（直接内存访问）控制器来卸载CPU，提升数据吞吐率。特别地，本书对各种片上总线协议——如AXI、AHB、APB——的仲裁机制、带宽限制和跨域通信进行了详尽的对比和建模分析，为读者理解硬件资源瓶颈奠定坚实基础。此外，针对新兴的异构计算需求，本书还引入了FPGA与SoC协同设计的基本概念，探讨如何通过硬件加速模块（HLS）来优化特定算法的执行效率。 第二部分：实时操作系统（RTOS）的精髓与高性能调度 (约450字) 实时性是嵌入式系统的灵魂。本书将《可编程控制器应用技术》中对简单顺序控制和定时任务的描述升华为对复杂多核、多任务环境下实时调度的精深探讨。我们将以FreeRTOS、Zephyr、以及商用实时操作系统（如VxWorks的特定内核机制）为例，系统阐述任务调度算法的演进，包括固定优先级抢占式、轮转调度、以及更先进的截止时间（EDF）和最早截止期优先（RM）算法的实现与性能评估。 重点内容包括：中断延迟的量化分析、上下文切换的开销优化，以及避免优先级反转（Priority Inversion）的有效机制，如优先级继承和优先级天花板协议的实战应用。此外，本书开辟了专门章节深入研究同步与互斥机制：信号量、互斥锁（Mutex）的选择与陷阱、消息队列的无阻塞/阻塞操作及其在数据流控制中的作用。对于资源受限的场景，我们将探讨轻量级内核的裁剪技术，以及如何设计高效的零拷贝（Zero-Copy）数据传输机制，确保系统在高负载下依然能满足严格的时序约束。 第三部分：嵌入式软件的高级开发范式与安全加固 (约400字) 本书旨在引导读者从传统的“裸机编程”思维过渡到现代的、可维护性强的软件工程实践。我们将详细介绍面向对象编程（OOP）在嵌入式C/C++中的应用，特别是如何利用模板、虚函数来构建可扩展的设备驱动框架和状态机模型。设计模式（如观察者模式、工厂模式）在嵌入式软件架构中的应用案例将被详细剖析。 在固件更新与版本管理方面，本书介绍了A/B分区、金丝雀发布等可靠的OTA（Over-The-Air）更新策略，并详细阐述了如何设计原子性更新机制以应对断电风险。安全维度是现代嵌入式系统的核心考量。我们将深入讲解安全启动（Secure Boot）的流程，信任根（RoT）的建立，以及硬件安全模块（HSM）在密钥存储、加密加速中的作用。内容还覆盖了通信协议栈（如TLS/DTLS）在资源受限环境下的内存优化与性能调优，确保数据在传输过程中的机密性和完整性。 第四部分：高级调试、测试与系统集成 (约250字) 高效的调试是系统成功的保障。本书摒弃了简单的`printf`式调试，转而聚焦于专业的工具链。详细介绍了JTAG/SWD接口的高级调试功能，如硬件断点、数据观察点（Watchpoints）在复杂并发问题定位中的应用。我们将介绍逻辑分析仪和示波器在验证时序关系、电源噪声抑制中的关键作用。 在系统级测试方面，本书强调了基于模型的设计（MBD）理念。内容包括如何使用MiL（Model-in-the-Loop）和SiL（Software-in-the-Loop）工具链对控制算法进行预验证，以及HIL（Hardware-in-the-Loop）仿真在最终集成测试中的应用，确保软件与硬件的协同工作达到最优性能和可靠性。 总结： 《高级嵌入式系统设计与实现》是一本面向有一定嵌入式基础的工程师、研究生及资深爱好者的进阶读物。它不教授您如何连接一个简单的传感器或编写一个基础的定时器中断，而是聚焦于如何设计、构建和优化下一代需要高可靠性、高实时性、强安全性的复杂嵌入式产品。本书提供的是一套系统的、前沿的工程方法论，帮助读者跨越从“能跑起来”到“能稳定高效运行”的鸿沟。

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这本书的排版和印刷质量确实不错，纸张的厚度适中，图文的对比度很高，长时间阅读眼睛不太容易疲劳。我比较看重的是它对编程语言的介绍，尤其是梯形图（LD）、指令表（STL）和结构化文本（ST）这几种主流语言的对比。作者试图从不同的应用场景来推荐使用哪种语言，这种指导性的建议对于规范编程习惯非常有价值。但是，当我翻到结构化文本的部分时，发现内容略显陈旧。例如，书中引用的ST语法似乎更倾向于早期的IEC 61131-3标准版本，对于近年来新一代PLC中普遍支持的面向对象编程思想、函数块的高级应用，以及现代编译器对代码优化的方式，介绍得不够充分。在当今强调软件模块化和可复用性的背景下，这一点确实让我感到遗憾。如果这本书能与时俱进，增加对现代PLC编程范式的探讨，比如如何利用版本控制工具管理PLC代码，或者如何进行更有效的代码审查流程，那它的实用价值无疑会大大提升。目前来看，它更像是一本坚实可靠的“教科书”，但略微缺乏对“前沿实践”的关注。

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这本书的篇幅相当可观，内容涵盖了从基础理论到系统集成的多个层面，显示出作者深厚的专业积累。我特别欣赏它对安全回路设计和冗余系统架构的介绍。在如今对工业安全要求越来越高的环境下，了解功能安全标准（如IEC 61508/61511）在PLC应用中的体现至关重要，这本书对此做了比较清晰的概述，解释了安全PLC与标准PLC在硬件和软件上的核心区别。但是，在网络通信和工业物联网（IIoT）集成方面，我认为覆盖得比较薄弱。例如，虽然提到了Modbus RTU和TCP，但对于如何利用OPC UA协议安全地将PLC数据上传到云端服务器进行大数据分析的流程，描述非常简略，更多的是概念性的介绍，缺乏必要的安全认证、数据加密和协议转换的实用细节。对于希望将传统自动化系统与现代信息技术相结合的读者来说，这本书提供的连接桥梁还不够坚固，更像是一个起点，需要读者自行去探索更现代化的通信技术和安全实践。

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我是在一个论坛上看到有人推荐这本书的，说它对理解现代工业自动化中的数据采集和现场总线技术很有帮助。拿到书后，我首先关注了关于HMI（人机界面）和SCADA系统的章节。这部分内容写得比较详尽，清晰地阐述了如何通过图形化界面实现对过程的可视化监控和操作。作者对不同层次的软件架构进行了对比分析，这一点我个人比较欣赏，因为它避免了只谈论单一品牌的局限性。然而，在涉及具体的触摸屏编程软件（比如WinCC Flexible或FactoryTalk View ME）的操作步骤时，描述就显得有些笼统了。更多的是理论上的描述，例如“通过拖拽元件实现变量绑定”，但实际操作中遇到的界面兼容性问题、分辨率适配难题以及历史数据处理的技巧，书中并未深入探讨。这让我感觉，这本书更多是在描绘一个宏观的蓝图，而非提供一张详细的施工地图。对于已经有一定经验、追求效率的工程师来说，这种深度可能稍显不足。我更希望看到的是面对复杂报警系统时，如何构建健壮的故障诊断逻辑，或者如何优化画面刷新率以提高操作响应速度的案例分析。

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这本书的封面设计倒是挺吸引人的，色彩搭配比较稳重，没有那种花里胡哨的感觉，看起来确实像一本专业的技术书籍。刚翻开目录，我就注意到章节的划分还是比较合理的，从基础概念入手，逐步深入到实际应用和编程技巧，逻辑性挺强。不过，说实话，我原本是想找一本能让我快速上手PLC编程的实战手册，这本书给我的感觉更像是一本偏理论基础和系统介绍的教材。它花了大量的篇幅去解释PLC的工作原理、硬件组成以及不同厂商（比如西门子、三菱、欧姆龙）的技术路线差异，对于初学者来说，这些背景知识是很有必要的，能帮助建立一个扎实的知识框架。但是，如果你像我一样，希望直接看到一堆实际的控制案例、详细的接线图和经过验证的程序代码，这本书的篇幅可能就不太符合预期了。它更像是给工程专业学生准备的入门读物，强调“知其所以然”，而不是“拿来即用”。我期待的那些关于高速运动控制算法、复杂网络通信协议（如Profinet/EtherNet/IP）的深度解析，在这本书里只是略有提及，没有展开太多。总的来说，作为入门或查漏补缺的工具书还行，但想指望它成为你项目攻坚的“救命稻草”，可能还得再找一本更偏重实战的参考资料。

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从电气控制背景的角度来看，这本书对继电器控制向PLC过渡的章节写得尤为出色。它详细对比了传统电气元件的接线复杂性和PLC逻辑控制的灵活性，并配有详细的转换图表，这对于我们这些需要进行老旧设备升级改造的工程师来说，是极好的参考资料。它成功地说明了为什么需要自动化，以及PLC是如何解决传统控制的痛点。然而，当我进入到对模拟量信号处理和PID控制算法的章节时，感受到了明显的局限性。PID参数整定的复杂性，尤其是在处理非线性或存在较大时间延迟的系统时，书中的描述显得过于理想化了。它给出了标准的公式推导，但缺乏实际生产线上常见的问题分析，比如如何处理传感器漂移、如何应对环境温度变化对控制回路的影响，以及如何利用PLC内置的高级诊断功能来优化控制性能。我期待看到的是基于实际案例的“调优陷阱”警示，而不是纯粹的数学推导。这使得这本书在解决实际过程控制难题时，深度上有所欠缺。

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