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出版者:機械工業齣版社

作者:吳中俊,

出品人:

頁數:267

译者:

出版時間:2003-9

價格:28.00元

裝幀:

isbn號碼:9787111125167

叢書系列:

圖書標籤:

• 專業－網絡工程
• 400應用科學
• PLC
• 可編程控製器
• 工業自動化
• 電氣控製
• 原理
• 應用
• 技術
• 編程
• 傳感器
• 執行器

《現代嵌入式係統設計與實踐》 圖書簡介 本書深入剖析瞭現代嵌入式係統設計的核心理論、關鍵技術與實際應用，旨在為電子工程、計算機科學及相關領域的工程師、研究人員和高級學生提供一套全麵而實用的技術指南。內容涵蓋從底層硬件交互到上層軟件架構的完整設計流程，聚焦於如何構建高性能、低功耗、高可靠性的嵌入式解決方案。 第一部分：嵌入式係統基礎與微控製器架構 本部分首先界定瞭嵌入式係統的基本概念、發展曆程及其在現代社會中的廣泛應用領域，包括物聯網（IoT）、汽車電子、工業控製與消費電子産品。隨後，詳細闡述瞭嵌入式係統的核心組件：微處理器（MPU）、微控製器（MCU）和數字信號處理器（DSP）。 重點章節深入探討瞭主流微控製器（如基於ARM Cortex-M係列）的體係結構。這包括對中央處理單元（CPU）的流水綫、指令集架構（ISA，如Thumb-2）的深度解析，存儲器管理單元（MMU）和總綫結構（如AHB/AXI）的工作原理。通過實例分析，讀者將理解如何優化代碼執行效率和數據訪問速度。 此外，本書對嵌入式係統中的關鍵外設進行瞭詳盡的講解，例如： 定時器/計數器： 脈衝寬度調製（PWM）的生成、輸入捕獲及周期性事件管理。 模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）： 采樣理論、量化誤差分析、多通道同步采樣技術的實現。 通信接口： 串行通信協議（UART、SPI、I2C）的電氣特性、時序圖分析及在傳感器數據采集中的應用。 第二部分：實時操作係統（RTOS）原理與應用 實時性是嵌入式係統設計的核心挑戰之一。本部分將操作係統理論與嵌入式環境相結閤，係統地介紹瞭實時操作係統的內核機製。 內容涵蓋瞭任務管理，包括任務的創建、就緒態、運行態、阻塞態和終止態的轉換，以及上下文切換的底層實現細節。重點講解瞭各種調度算法的優劣，如固定優先級搶占式調度、輪轉調度和最早截止時間優先（EDF）算法，並分析瞭它們在不同實時約束下的適用性。 同步與互斥機製是保障多任務係統正確性的關鍵。本書詳細闡述瞭信號量（計數信號量與二值信號量）、互斥鎖（Mutex）的使用場景、避免死鎖的策略，以及事件標誌組和消息隊列在任務間通信中的應用。 第三部分：嵌入式軟件開發與工具鏈 高效的軟件開發依賴於專業的工具鏈和規範的編程實踐。本部分聚焦於嵌入式C/C++編程的特殊性。講解瞭嵌入式C語言中指針、位操作、`volatile`關鍵字的正確使用，以及內存布局（如代碼段、數據段、BSS段和堆棧的分配）。 在嵌入式軟件架構方麵，本書介紹瞭分層設計原則（如硬件抽象層HAL、闆級支持包BSP），並探討瞭麵嚮對象思想在嵌入式C++中的應用，包括資源管理和模闆元編程在提高代碼復用性方麵的作用。 調試技術是本領域不可或缺的技能。本書詳細介紹瞭硬件調試工具的使用，如JTAG/SWD接口的工作原理，以及集成開發環境（IDE）中斷點設置、單步執行、觀察變量和內存查看的高級技巧。對於復雜的係統級問題，則引入瞭邏輯分析儀和示波器在信號完整性分析和時序驗證中的應用。 第四部分：係統級設計與高級主題 隨著係統復雜度的提升，係統級的考量變得至關重要。本部分探討瞭影響係統性能和可靠性的關鍵因素。 低功耗設計： 詳細分析瞭各種功耗模式（如睡眠、深度休眠），以及如何通過時鍾門控、電源管理單元（PMU）控製、以及動態電壓和頻率調節（DVFS）技術來優化電池壽命。 內存管理與保護： 闡述瞭係統如何管理內部SRAM和外部Flash/SDRAM。對於大型係統，本書深入講解瞭內存保護單元（MPU）的功能，如何隔離不同任務的內存空間，防止惡意代碼或錯誤代碼對關鍵資源造成破壞。 網絡與互聯： 針對物聯網應用，本書提供瞭對嵌入式網絡棧的概述，包括TCP/IP協議棧在資源受限設備上的裁剪和優化。重點講解瞭輕量級協議如MQTT、CoAP以及嵌入式設備上的安全機製，如TLS/SSL的資源消耗與實現。 固件更新與可靠性： 係統可靠性要求支持空中下載（OTA）或本地固件升級。本書分析瞭雙備份（A/B）分區策略、原子性升級過程設計、以及看門狗定時器（WDT）在應對係統死鎖時的關鍵作用。 總結 《現代嵌入式係統設計與實踐》不僅是一本理論參考書，更是一本側重於工程實踐的指南。通過對大量代碼示例、電路圖和時序圖的剖析，讀者將能夠係統地掌握從概念到實現的全過程，獨立完成從選型、架構設計到最終調試的復雜嵌入式項目。本書的最終目標是培養具備紮實基礎和創新能力的係統級工程師。

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說實話，這本書的深度遠超我的預期。我原本以為它會是一本麵嚮初學者的入門讀物，但很快發現它更像是為有一定基礎、希望精進技術的工程師準備的“進階寶典”。最讓我感到驚喜的是它對新興技術融閤的探討。例如，它沒有迴避當前工業4.0的浪潮，而是非常實際地探討瞭如何利用現代PLC平颱與MES/ERP係統進行數據交互，特彆是OPC UA協議在邊緣側的部署和安全策略。這一點在很多老舊的教材中是完全缺失的。書中關於診斷與維護的部分，不僅停留在簡單的錯誤碼查詢層麵，而是深入到固件級彆對係統狀態進行深度解析的思路，這對於解決那些偶爾發生、難以復現的“幽靈故障”至關重要。我個人對其中關於分布式控製係統（DCS）與PLC協同工作的章節尤為感興趣，它提供瞭一種跨越不同控製層級的視角，幫助我們理解大型復雜係統的信息流和控製流是如何有效組織的。這本書無疑是走在行業前沿的，它提供的知識儲備足以支撐工程師應對未來十年內自動化領域的變革。

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這本《可編程序控製器原理及應用》的齣版，對於我們這些深耕於自動化控製領域的工程師來說，無疑是一劑及時雨。我剛翻閱完前幾章，就被作者深入淺齣的講解方式所吸引。書中對PLC硬件架構的剖析，特彆是對不同品牌控製器內部總綫結構和I/O模塊通信協議的詳細闡述，著實讓我眼前一亮。以往閱讀的許多資料，要麼過於側重理論推導，讓實際操作人員感到晦澀難懂；要麼就是泛泛而談，缺乏對具體型號和實際故障排除方法的深入指導。然而，此書在這方麵做到瞭很好的平衡。它不僅清晰地勾勒齣瞭繼電器控製嚮現代PLC演進的曆史脈絡，更重要的是，它對編程語言的介紹，特彆是指令錶的嚴謹性，以及結構化編程（如SFC和功能塊）在復雜邏輯實現中的優勢，都有著非常到位的論述。我尤其欣賞其中關於時序控製和運動控製模塊集成的章節，這些都是目前工業現場最棘手的問題之一，作者能將這些高階應用與基礎原理緊密結閤，使得讀者在理解“為什麼”的同時，也能掌握“怎麼做”。這本書的排版和圖示質量也相當高，晦澀的邏輯圖和接綫圖都清晰明瞭，極大地降低瞭自學門檻。可以預見，這本書將成為我案頭必備的參考手冊，而非束之高閣的理論教材。

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捧讀《可編程序控製器原理及應用》的過程中，我體驗到一種久違的學習樂趣，這種樂趣來源於知識的係統性和邏輯的嚴密性。這本書最突齣的優點之一，是它對控製係統可靠性和冗餘設計的詳盡分析。在電力、石化等高可用性要求的行業中，係統的“永不宕機”是第一要務。書中對熱備用（Hot Standby）配置的切換邏輯、心跳信號的優化設計，以及故障轉移（Failover）機製的軟件實現進行瞭極其細緻的描述，這些內容往往是廠商培訓課程中也難以完全覆蓋的深度。作者的敘述風格嚴謹而富有條理，像是在搭建一座精密的數學模型，每一個概念的引入都服務於最終目標——構建一個高效、穩定、可維護的自動化係統。我發現自己不再是簡單地記住某個指令的用法，而是開始理解背後的設計哲學。這種由錶及裏的學習過程，極大地提升瞭我對整個控製架構的宏觀把握能力。對於希望從單純的“編程工人”轉型為“係統架構師”的讀者來說，這本書提供的思維框架是極其寶貴的財富。

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我最近一直在嘗試從傳統的基於梯形圖（LAD）的編程思維轉嚮更高級的結構化和麵嚮對象的設計模式，對市場上幾本同類書籍都感到意猶未盡。直到我接觸到《可編程序控製器原理及應用》，纔找到瞭久違的共鳴。這本書的語言風格有一種沉穩的力量感，它不急於炫耀技巧，而是耐心地構建起一個完整的知識體係。它沒有過多糾纏於特定品牌的特定功能代碼，而是深入剖析瞭控製理論與PLC實現之間的映射關係。例如，在PID控製的章節，它不僅展示瞭標準PID的Tuning方法，還花瞭相當的篇幅討論瞭先進的模糊控製和自適應控製在PLC平颱上的實現邏輯和計算負荷考量。這對於從事過程控製（Process Control）的工程師來說，價值無可估量。此外，書中對安全PLC（Safety PLC）的設計原則和故障檢測機製的闡述，顯得尤為專業和審慎，準確把握瞭當前工業安全標準日益提高的大趨勢。閱讀過程中，我清晰地感覺到作者不僅是技術的專傢，更是一位經驗豐富的係統集成者，能夠站在全局角度審視控製係統的完整性與可靠性。

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說實話，我抱著略微挑剔的心態開始閱讀這本關於可編程序控製器的專著的。我從事電氣自動化維護工作多年，見過市麵上形形色色的教材，大多充斥著大量過時的、脫離實際生産環境的案例，或者就是對廠商手冊的簡單堆砌。然而，這本書的處理方式顯然高明得多。它並沒有將篇幅浪費在對過時技術的重復介紹上，而是果斷地將重點聚焦於當代主流的、具備工業以太網和安全通信能力的控製器身上。我特彆關注瞭其中關於數據塊管理和程序移植性的探討。在大型項目中，程序的模塊化和可重用性是降低維護成本的關鍵，這本書詳盡地分析瞭如何設計健壯的數據結構以應對未來工藝的擴展，這一點非常實用。書中列舉的幾種常見通訊協議的乾擾抑製和故障診斷方法，簡直就是一份實戰手冊。我曾經在一個生産綫上因為一個看似簡單的站間通訊延遲問題耗費瞭數周，如果當時有這本書提供那種層級的排故思路，效率必然會提高數倍。作者對軟件工程在PLC項目中的應用有深刻的見解，將嚴謹的軟件開發流程引入到看似簡單的邏輯控製設計中，這纔是推動行業進步的真正方嚮。

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