单片机原理与应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国水利水电出版社

作者:秦实宏

出品人:

页数:313

译者:

出版时间:2005-9

价格:28.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508432076

丛书系列:

图书标签:

• 专业
• 单片机
• 嵌入式系统
• 原理与应用
• 技术
• 电子工程
• 微控制器
• C51
• 汇编语言
• 硬件设计
• 实践教程

电子系统设计与实践：从理论到实战 图书简介 本书旨在为电子工程、自动化、计算机科学等相关领域的学习者和工程师提供一套全面而深入的电子系统设计与实践指南。它超越了单一微控制器范畴，聚焦于构建复杂、可靠且高效的电子系统的核心理念、方法论和关键技术。全书结构严谨，内容涵盖从基础理论到高级应用的全过程，强调理论与实践的紧密结合。 第一部分：系统思维与基础理论 本部分奠定电子系统设计的宏观视角和必要的理论基础。 第一章：现代电子系统的架构与趋势 本章首先剖析现代电子系统的通用架构模型，包括感知层、处理层、执行层和通信层的划分。重点探讨嵌入式系统、物联网（IoT）设备、工业控制系统等主流应用场景下的典型结构。同时，深入分析当前电子行业的发展趋势，如低功耗设计、实时性要求、系统级封装（SiP）的崛起以及软件定义硬件（SDH）的理念，帮助读者建立前瞻性的系统观。本章着重讨论系统需求分析的重要性，包括功能需求、非功能需求（如可靠性、可维护性、成本约束）的量化和优先级排序。 第二章：信号完整性与电源完整性基础 一个成功的电子系统，其信号和电源的质量是决定性的因素。本章详细阐述了高速信号传输中的关键物理现象，如反射、串扰、电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）。内容包括传输线理论回顾、阻抗匹配技术、眼图分析的基本方法。在电源方面，系统性地介绍了电源分配网络（PDN）的设计原则，包括去耦电容的选择与布局、电源噪声抑制技术（如LDO与开关电源的适用性分析），以及如何通过仿真工具验证PDN的性能。本章强调在系统早期设计阶段就必须考虑这些物理约束。 第三章：实时操作系统（RTOS）的原理与选型 对于需要精确时间控制和多任务调度的复杂系统，RTOS是核心。本章深入讲解RTOS的基本概念，包括任务管理（创建、调度算法如优先级继承、轮转法）、进程间通信（IPC机制：信号量、消息队列、事件标志组）和内存管理（静态分配、动态堆栈管理）。本章对比分析了FreeRTOS、RT-Thread、VxWorks等主流RTOS的特性和适用场景，并提供了如何根据系统负载、资源限制和实时性指标进行RTOS选型的实用框架。 第二部分：硬件设计与验证流程 本部分侧重于物理实现层面，涵盖原理图设计、PCB布局、固件协同开发以及系统级测试方法。 第四章：高级原理图设计与模块化 本章超越了元件符号的简单堆砌，聚焦于如何构建可复用、易于维护的模块化原理图。详细讨论了关键功能模块的设计范式，如精密模拟前端（AFE）的设计技巧，包括抗噪设计、基准电压源的选择与布局。系统性地介绍了硬件描述语言（HDL）在系统验证中的辅助作用，以及如何利用设计规范文档（如参数规格书、接口控制文档）指导原理图的绘制和审查。 第五章：多层板PCB设计与电磁兼容性实现 PCB设计是电子系统实现的关键瓶颈。本章深入讲解了复杂多层板的堆叠设计原则，包括信号层、电源层和地平面的合理划分与连续性。重点论述了差分信号的布线规则、长度匹配、避免过孔效应的技术。针对EMC问题，本章提供了详细的布局布线策略，如分割地平面、包地线的使用、屏蔽罩的有效接地等，并介绍如何利用设计规则检查（DRC）和电磁场仿真辅助设计。 第六章：固件与硬件的协同调试技术 现代电子系统设计要求软硬件开发同步进行。本章详细介绍了硬件调试工具（如逻辑分析仪、示波器）与固件调试工具（JTAG/SWD接口、断点设置）的联合使用方法。重点讲解了系统启动序列的调试流程，包括引导加载程序（Bootloader）的验证、外设初始化顺序的检查。此外，本章引入了基于硬件调试接口的固件更新机制设计，确保系统在现场的维护灵活性。 第三部分：系统集成、测试与可靠性工程 本部分着眼于系统的整体性能和长期稳定性，是产品走向市场的核心保障。 第七章：系统级性能评估与功耗优化 系统性能不仅仅是CPU的主频，更取决于整体吞吐量和响应时间。本章介绍了系统级性能测试方法，如基准测试（Benchmarking）、负载测试和压力测试。深入分析了系统功耗的来源，并教授如何通过时钟门控、电源域划分（Power Gating）、动态电压与频率调整（DVFS）等技术，实现从芯片到整个系统的功耗预算管理。本章提供了多种场景下的功耗分析案例。 第八章：容错、冗余与系统可靠性设计 对于高可靠性要求的应用（如医疗、航空、工业自动化），系统容错机制至关重要。本章讲解了常见的故障模型和错误检测/纠正（EDC）技术，如循环冗余校验（CRC）、汉明码。详细介绍了软件和硬件层面的冗余设计策略，如双核锁步（Lock-step）、热备份（Hot Standby）的实现原理和切换机制。同时，介绍了基于FMEA（故障模式与影响分析）的系统可靠性评估方法。 第九章：嵌入式系统安全实践 本章聚焦于如何从硬件层面保障嵌入式系统的安全。内容涵盖安全启动（Secure Boot）的流程设计、硬件信任根（RoT）的建立，以及安全存储机制（如使用OTP或安全元件）。详细讨论了固件加密、代码保护（防逆向工程）的技术手段，以及在通信链路中实现传输层安全（TLS/DTLS）的实践指南，确保整个产品生命周期内的信息和知识产权安全。 第十章：自动化测试与产品化流程 系统工程的最后一步是确保量产的一致性。本章介绍如何构建基于LabVIEW、Python或特定测试框架的自动化测试平台，实现对关键电气参数、通信协议一致性和功能完整性的快速批量验证。讨论了测试治具（Test Fixture）的设计原则，以及如何将系统调试信息转化为可追溯的生产测试报告。 本书的读者将通过系统的学习，掌握从概念构思、理论分析、硬件实现、固件协同到最终产品可靠性验证的全链条工程能力，能够独立领导和完成复杂的电子系统项目。

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我对这本《低功耗嵌入式系统设计与优化》的评价是：它拯救了我的电池寿命！过去我做的许多无线传感器节点，功耗总是居高不下，待机电流总是无法降到预期的微安级别。这本书的侧重点非常独特，它没有讲解如何添加更多的功能，而是专注于如何“关闭”不必要的资源。作者对芯片数据手册的解读能力令人叹服，他能精确指出在特定工作模式下，哪些外设模块仍在悄悄消耗电流，并给出关闭它们的具体寄存器操作序列。书中详细分析了不同睡眠模式（如IDLE, STANDBY, SHUTDOWN）之间的取舍，并提供了大量的实践案例，比如如何设计一个超低功耗的唤醒源，让系统在大部分时间处于深度睡眠，仅在必要时（如接收到外部脉冲）才被快速唤醒。它甚至讨论了编译器优化选项对代码执行时间和功耗的影响。对于任何从事电池供电设备研发的人来说，这本书提供的优化技巧和思维方式，其价值远远超过了购买硬件本身的成本。

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对于一个有一定C语言基础，但对硬件交互知之甚少的工程师来说，《物联网设备开发实战指南》这本书提供了绝佳的桥梁。它没有过多纠缠于汇编层的细节，而是直奔主题——如何利用现有的成熟芯片平台（比如ESP32或STM32系列的主流型号）快速实现一个稳定的、可连接网络的设备。我欣赏它在网络协议栈部分的处理方式，它没有生硬地罗列TCP/IP的RFC文档，而是通过模拟一个数据采集终端的场景，手把手教你如何正确地使用MQTT或HTTPs进行安全数据传输。书中的项目案例非常贴近工业现场的需求，无论是传感器数据的定时上传，还是OTA（空中下载）固件升级的实现路径，都给出了详尽的步骤和注意事项。很多市面上其他书籍只停留在“能跑起来”的层面，而这本书深究了“如何跑得健壮”：比如如何处理网络中断后的自动重连策略、如何优化内存占用以应对资源受限的环境。读完之后，我感觉自己从一个只会写PC端软件的程序员，成功转型为了能够独立负责一个边缘计算节点的开发者。

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这本《嵌入式系统设计基础》简直是为初学者量身定制的宝典！我以前对单片机和微控制器总有一种畏惧感，觉得那都是高深莫测的电子工程范畴。然而，这本书从最基本的硬件概念入手，比如什么是寄存器、什么是中断，都讲解得极其详尽且循序渐进。它没有上来就丢给你一堆复杂的汇编代码或者C语言函数，而是花了大篇幅去剖析指令集的底层逻辑，让读者真正明白CPU是如何一步步执行我们下达的命令的。尤其是关于时钟系统和复位机制的那几章，作者的图示清晰得令人赞叹，仿佛能透过文字直接看到内部晶振的震荡和信号的传递。我特别喜欢它在讲解软件部分时，总是习惯性地将理论知识与一个实际的小例子结合起来，比如如何用软件延时来控制LED的闪烁频率，这个过程的推导和代码注释都非常到位，完全没有那种冷冰冰的教科书味。这本书的价值就在于，它成功地将抽象的电子原理，转化为了可以触摸、可以验证的实际操作，极大地增强了我自己动手实践的信心，是迈入嵌入式世界不可或缺的第一步。

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如果说市面上大多数书籍都是在教你如何“使用”某一款现成的微控制器，那么这本《自制微处理器架构与HDL设计》则是在教你如何“创造”一个微控制器。这本书的视角是自底向上的，它完全颠覆了我对嵌入式开发的传统认知。全书以硬件描述语言（VHDL/Verilog）为工具，引导读者从零开始设计一个精简的RISC CPU核。它没有使用任何厂商提供的库函数，而是要求读者自己去定义指令集、设计流水线、搭建ALU和控制器。阅读过程中，我第一次真正理解了“取指-译码-执行”的指令周期在硬件层面是如何物理实现的，而非仅仅是一个软件流程图。虽然这部分内容在应用层面显得有些“曲高和寡”，但它对于建立深厚的体系结构知识至关重要。当你亲手用HDL代码构建了一个能够运行简单程序的CPU后，再去看任何商业芯片的规格书，都会有一种豁然开朗的感觉，仿佛看穿了那些复杂封装背后的核心逻辑，这是任何高级应用软件教程都无法比拟的思维训练。

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我一直认为，学习微控制器，如果绕不开实时操作系统（RTOS），那充其量只是停留在“裸机编程”的初级阶段。《高级嵌入式实时系统编程》这本书的深度和广度都远超我的预期。它并非仅仅介绍FreeRTOS的API调用，而是深入探讨了任务调度算法的底层原理，比如上下文切换的开销、优先级反转问题的成因与解决机制（如优先级继承）。作者对时间敏感性的讨论极其深刻，他用多个对比实验展示了在不同调度策略下，系统响应延迟的变化曲线，这些图表比任何枯燥的文字描述都来得有说服力。更让我惊艳的是，它还涉及到了嵌入式系统的安全性问题，例如如何设计安全的内存分区、如何防止缓冲区溢出对内核态代码的影响。这本书的阅读门槛相对较高，需要读者对操作系统内核有基本的了解，但对于追求系统性能优化和可靠性设计的工程师来说，这无疑是一本里程碑式的参考手册，每次翻阅都能找到新的启发点，远非那种浅尝辄止的“RTOS入门”能比拟的。

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