可编程控制器入门及应用实例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:张万忠,钱入庭,等

出品人:

页数:218

译者:

出版时间:2008-3

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787508366821

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业控制
• 自动化
• 入门
• 应用实例
• 编程
• 电气控制
• 单片机
• 传感器

现代电子设计与前沿技术 本书聚焦于现代电子系统设计中的核心概念、关键技术以及新兴领域的发展趋势，旨在为电子工程师、科研人员及相关专业学生提供一套全面且深入的学习资源。内容涵盖从基础理论到复杂应用的完整脉络，强调理论与实践的紧密结合，特别侧重于高性能、高可靠性以及智能化设计方法的探讨。 --- 第一部分：超大规模集成电路（VLSI）设计与验证 第一章：CMOS 器件物理与版图设计基础 本章深入探讨互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管的工作原理、物理特性及其在现代集成电路制造中的关键作用。内容细致讲解了阈值电压控制、短沟道效应（Short Channel Effects, SCE）的机理分析与抑制策略。 器件模型与参数提取： 详细介绍 BSIM 等先进晶体管模型，以及如何利用 SPICE 仿真工具进行精确的参数提取。 版图设计规则与工艺窗口： 全面梳理先进半导体制造工艺（如 7nm 及以下节点）的设计规则（DRC/LVS），重点分析互连线延迟、电容耦合对时序性能的影响。 低功耗设计策略： 从物理层面上探讨漏电流的来源（如亚阈值漏电、栅极氧化层漏电），并介绍通过多阈值电压（Multi-Vt）设计、电源门控（Power Gating）技术实现动态功耗与静态功耗的有效削减。 第二章：数字集成电路设计流程与自动化（EDA） 本章系统阐述从系统级需求到 GDSII 物理实现的全流程，强调电子设计自动化（EDA）工具链的应用。 前端设计（RTL 级）： 深入讲解硬件描述语言（VHDL/Verilog/SystemVerilog）的高效编码技巧，侧重于描述组合逻辑和时序逻辑的最佳实践。介绍综合（Synthesis）工具如何将 RTL 代码映射到目标工艺库。 后端实现（物理设计）： 详细剖析布局（Place & Route）的算法优化，包括标准单元的放置策略、布线拥塞的缓解技术。重点讨论时序收敛（Timing Closure）的挑战与解决方案，包括静态时序分析（STA）的深入应用。 验证与签核： 覆盖形式验证（Formal Verification）、等价性检查（Equivalence Checking）以及设计调试技术。强调如何构建健壮的验证环境，确保设计的功能正确性与物理可行性。 第三章：高性能模拟与混合信号电路设计 本章专注于对精度、带宽和噪声性能要求极高的模拟电路模块的设计与实现。 运算放大器（Op-Amp）设计： 探讨双级、折叠共源共栅（Folded Cascode）等高级架构，分析增益带宽积（GBW）、相位裕度（Phase Margin）与噪声的权衡。 数据转换器（ADC/DAC）： 深入研究高速模数转换器（ADC）的架构，如流水线（Pipelined）、Sigma-Delta 调制器（$DeltaSigma$）的工作原理，以及量化噪声整形技术。讨论失调误差（Mismatch Error）的校准方法。 锁相环（PLL）与时钟数据恢复（CDR）： 讲解频率合成技术，分析环路滤波器设计对抖动（Jitter）和相位噪声的影响，以及如何在高速串行接口中实现精确的时钟恢复。 --- 第二部分：嵌入式系统与实时操作系统（RTOS） 第四章：现代微处理器架构与并行计算 本章回顾主流微处理器（如 ARM Cortex-A 系列、RISC-V）的核心架构，着重于提高指令级并行性（ILP）和内存层次结构优化。 指令流水线与乱序执行： 分析五级、七级流水线的结构，以及分支预测机制（Branch Prediction）对性能的提升作用。 内存子系统： 深入探讨缓存（Cache）的工作原理，包括多级缓存的命中率优化、写策略（Write-Back/Write-Through）的选择，以及内存一致性模型（Memory Consistency Models）。 多核与异构计算： 介绍对称多处理（SMP）和异构计算（如 GPU/FPGA 协同计算）的基本概念，以及缓存一致性协议（如 MESI 协议）的应用。 第五章：实时操作系统原理与驱动开发 本章侧重于嵌入式系统中对确定性（Determinism）和低延迟有严格要求的软件实现。 RTOS 核心机制： 详细阐述任务调度算法（如固定优先级、轮转、最早截止时间优先 EDF），中断处理流程，以及内核对象（信号量、互斥锁、消息队列）的正确使用。 上下文切换与延迟分析： 精确测量和分析上下文切换的开销，探讨如何通过内核裁剪和优化来满足严格的实时性指标。 设备驱动程序开发： 讲解在特定硬件抽象层（HAL）上开发稳定、高效的字符设备驱动和块设备驱动的方法，重点关注中断服务程序（ISR）的设计约束和异步操作的处理。 第六章：嵌入式网络通信协议栈 本章关注嵌入式设备与外部世界进行可靠、高效通信的关键技术。 TCP/IP 栈深度解析： 不仅限于应用层，更深入到链路层和网络层的实现细节，分析拥塞控制算法（如 CUBIC）在资源受限设备上的适应性。 工业控制现场总线： 重点介绍 EtherCAT、PROFINET IRT 等实时以太网协议的帧结构、同步机制和时间戳技术，用于高精度运动控制。 安全通信： 探讨 TLS/DTLS 协议在嵌入式设备上的资源消耗问题，以及轻量级加密算法（如 ChaCha20）和硬件安全模块（HSM）的应用，以保障数据传输的机密性与完整性。 --- 第三部分：前沿技术与系统集成 第七章：传感器融合与状态估计 本章探讨如何从多个异构传感器数据中提取高精度、鲁棒的系统状态信息。 状态空间模型： 建立连续时间与离散时间系统模型，为后续的状态估计奠定理论基础。 卡尔曼滤波（KF）及其扩展： 深入剖析扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在线性化处理非线性系统的应用，包括噪声协方差矩阵的调优。 粒子滤波（PF）与贝叶斯推断： 介绍在高度非线性、非高斯噪声环境下，利用蒙特卡洛方法进行状态估计的技术。 第八章：系统级硬件加速与 FPGA 应用 本章阐述如何利用可重构硬件加速器来突破传统 CPU/GPU 在特定计算密集型任务中的瓶颈。 异构系统架构： 分析 SoC（System-on-Chip）中硬核处理器与可编程逻辑（FPGA Fabric）的协同工作模式，包括数据搬运和任务卸载的机制。 高层次综合（HLS）： 介绍如何使用 C/C++ 语言描述硬件逻辑，并通过 HLS 工具流程自动生成 RTL 代码。重点讨论数据流（Dataflow）模型和循环展开（Loop Unrolling）对加速性能的优化效果。 定制化指令集扩展： 探讨为特定算法（如加密、图像处理）设计定制的处理器指令，并通过 FPGA 实现以提升能效比。 第九章：机电一体化系统中的电磁兼容性（EMC）与信号完整性（SI） 本章关注高速、高频电子系统在集成化过程中必须面对的物理层挑战。 信号完整性分析： 讨论传输线效应，如反射、串扰（Crosstalk）和损耗。介绍阻抗匹配、端接技术（Termination Techniques）的设计原则。 电源完整性（PI）： 分析去耦电容（Decoupling Capacitors）的优化布局，电源分配网络（PDN）的低阻抗设计，以及开关噪声（Switching Noise）的抑制。 电磁兼容性（EMC）设计： 讲解辐射发射（RE）和传导发射（CE）的机理，以及屏蔽（Shielding）、接地（Grounding）和滤波（Filtering）的最佳实践，确保系统满足国际标准要求。 --- 本书的特点在于其前瞻性和实践性。它不仅关注当前成熟的技术栈，更深入探讨了推动下一代电子系统发展的关键瓶颈与创新解决方案，是构建复杂、高性能电子系统的必备参考手册。

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