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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说实话，我对技术书籍的排版和字体选择是很挑剔的，这本书的整体阅读体验非常舒适。纸张的质感很好，没有那种廉价书本的反光刺眼感，长时间阅读眼睛不容易疲劳。更重要的是，代码块和重要概念的字体字号划分非常科学，代码清晰易读，关键术语被加粗或用不同的颜色区分出来，使得信息层次感非常分明。我发现作者在描述不同品牌PLC之间的细微差异时，也采用了对比表格的形式，一目了然地指出了它们在指令集或存储结构上的区别，这对于未来打算接触多种平台的人来说，打下了很好的兼容性基础。这种对细节的关注，体现了编辑和作者对读者友好度的重视，让学习过程本身变成了一种享受，而不是负担。

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我尤其欣赏作者在案例分析上花费的心思，那些实例绝不仅仅是教科书式的简单罗列，而是深入到了工业现场的实际应用场景。比如那个关于伺服电机定位的章节，书中不仅讲解了基础的脉冲输出原理，还深入分析了如何处理高速运动中的加减速曲线和平滑过渡问题，这在很多入门教材里是很少能看到的深度。更赞的是，每一个应用实例的后面，作者都会附带一个“故障排查小贴士”，列出最常见的几种运行错误以及对应的检查步骤，这对于我们这些刚接触实际设备调试的人来说，简直是救命稻草。有一次我模拟了一个传送带正反转的程序总是出错，按照书里的提示去检查了I/O点位的逻辑关联，果然找到了问题所在，这种即学即用的知识点结构，极大地提升了我的实战能力。

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这本书的理论深度和实践广度找到了一个非常微妙的平衡点。它没有陷入纯粹的理论推导和数学公式的泥潭，但也没有止步于表面的“点灯”操作。它巧妙地将数字逻辑、继电器控制思维与现代结构化编程理念融合在一起。例如，在讲解中断服务程序的编写时，作者不仅解释了如何设置优先级，还结合了中断对系统实时性的影响进行了讨论，这让我开始思考PLC控制系统的整体性能优化问题，而不是仅仅关注单个程序的实现。这种由浅入深、层层递进的知识结构，让我的知识体系构建得非常扎实，感觉自己不仅仅是在学习“如何操作”，更是在学习“如何思考”一个工业控制系统应该如何被设计和管理。

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这本书的插图和图解部分简直是为初学者量身定做的，我以前对PLC那种黑盒子一样的感觉，看到书里的那些清晰的系统架构图和元件实物图，立马就明朗多了。特别是关于输入输出模块的介绍，不仅有文字描述，还配上了实际接线图的剖析，我甚至能跟着书里的步骤在脑海里模拟搭建一个简单的控制回路。对于那些复杂的逻辑指令，作者没有直接丢下一堆晦涩难懂的代码，而是用生活化的例子来比喻，比如交通灯控制、水塔水位调节，这样一来，即使是零基础的人也能很快抓住核心思想。而且，书里关于编程软件界面的介绍也非常到位，每一个菜单栏和工具栏的功能都做了详细的标注，学起来完全没有摸不着头脑的感觉，感觉作者真的设身处地为我们这些“小白”考虑了很久。这种手把手的引导，让我在尝试自己动手操作时，信心倍增，不再害怕那些密密麻麻的参数设置。

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最让我惊喜的是，这本书似乎在每一章的结尾都埋下了一个“开放性思考题”。这些问题通常不会有标准的标准答案，而是引导读者去探索更优化的解决方案或者考虑其他外部因素的影响。比如，在介绍PID控制基础后，它会问“如果被控对象存在明显的滞后性和惯性，你认为应该如何调整初始的P、I、D参数？”这种启发式的提问方式，极大地激发了我主动去查阅更多资料、进行更多虚拟调试的欲望。它没有把我们培养成只会照搬示例代码的“操作员”，而是鼓励我们成为能够独立解决复杂问题的工程师。这种注重思维培养的教学方式，是我在其他同类书籍中很少见到的宝贵特质。

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