单片机原理及接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:徐煜明

出品人:

页数:284

译者:

出版时间:2005-1

价格:25.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505399549

丛书系列:

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现代控制理论基础与算法实现 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代控制理论基础框架，并侧重于其在工程实践中的算法实现。与传统的侧重于微控制器（MCU）硬件接口和底层汇编编程的教材不同，本书将视角聚焦于控制系统的数学建模、稳定性分析、现代控制器的设计方法，以及如何利用高性能计算平台（如DSP、FPGA或高性能微处理器）高效地执行这些复杂算法。 第一部分：控制系统的数学基础与建模 本部分将系统地回顾和深化读者对经典控制理论的理解，并过渡到更具普适性的现代控制理论视角。 1.1 连续时间系统的时域与频域分析回顾 虽然本书不侧重于单片机的硬件操作，但扎实的系统辨识基础是后续复杂控制设计的先决条件。我们将简要回顾经典控制中的传递函数、框图简化、PID控制器的经典设计方法（如根轨迹、频率响应分析）。重点在于理解系统的惯性、时间常数、阻尼比等物理参数与传递函数系数之间的内在联系。 1.2 状态空间表示法：现代控制的基石 状态空间法是现代控制理论的核心。本书将详细介绍如何将物理系统（如机电系统、热力系统）精确地转化为标准状态空间形式：$dot{mathbf{x}} = mathbf{Ax} + mathbf{Bu}$ 和 $mathbf{y} = mathbf{Cx} + mathbf{Du}$。 系统识别与参数估计： 探讨如何通过实验数据（输入信号与系统响应）利用最小二乘法、卡尔曼滤波的预处理阶段等方法，估计出矩阵 $mathbf{A}, mathbf{B}, mathbf{C}, mathbf{D}$ 的准确数值。 能控性与能观测性分析： 深入探讨卡尔曼可控性矩阵和可观测性矩阵的计算及其工程意义。理解系统哪些状态是可被控制的，哪些状态是可以被准确估计的，这直接决定了控制器和观测器设计的可行性。 1.3 离散时间系统分析 工程实践中的控制器几乎都是在数字平台上实现的。因此，精确的离散化是至关重要的一步。 零阶保持器（ZOH）与一阶保持器（FOH）的精确推导： 详细分析这些保持器对连续时间系统状态矩阵 $mathbf{A}_c, mathbf{B}_c$ 离散化为 $mathbf{A}_d, mathbf{B}_d$ 的影响，重点关注采样时间 $T_s$ 对系统稳定性的潜在威胁。 Z变换与脉冲响应： 深入探讨离散系统的传递函数和Z域分析，以及如何从连续域直接设计离散控制器。 第二部分：现代控制器的设计与实现原理 本部分是本书的核心，重点在于状态反馈、最优控制和鲁棒控制的设计原理，以及这些算法如何在数字硬件上高效运行。 2.1 极点配置与状态反馈控制 极点配置原理： 基于Ackermann公式和极点配置的几何解释，详细阐述如何通过选择合适的反馈增益矩阵 $mathbf{K}$ 来任意配置闭环系统的极点，从而达到期望的瞬态响应要求（如上升时间、超调量）。 状态观测器的设计： 鉴于实际系统中所有状态变量往往无法直接测量，本章详细介绍 Luenberger 观测器（基于反馈原理）和卡尔曼滤波（基于统计最优原理）的设计方法。重点对比二者在噪声环境下的性能差异。 2.2 最优控制理论：LQR/LQG 最优控制提供了一种系统化的方法来平衡性能与控制律的复杂性。 线性二次型调节器（LQR）： 详细推导代数Riccati方程（ARE）的求解过程，解释权重矩阵 $mathbf{Q}$（状态惩罚）和 $mathbf{R}$（控制输入惩罚）的选择哲学，这对于工程中资源受限的控制目标至关重要。 线性二次高斯（LQG）控制： 结合LQR控制器和卡尔曼滤波观测器，形成完整的LQG闭环系统。讨论LQG的“分离定理”及其在实际数字系统中的应用。 2.3 鲁棒控制基础：H-无穷范理论概述 本书将提供H-无穷控制的入门级介绍，侧重于其在处理模型不确定性和外部扰动方面的优势。 性能与鲁棒性的权衡： 引入加权函数（Weighting Functions）的概念，说明如何通过设计它们来明确区分系统性能要求（低频段）和抑制噪声/不确定性（高频段）的目标。 广义植物模型（Generalized Plant）： 描述如何将控制器 $K$、性能要求 $W_S$ 和不确定性模型 $Delta$ 整合到一个统一的控制结构中进行分析。 第三部分：高性能数字平台上的算法实施与优化 本书的重点在于理解上述理论算法在数字计算环境中的实际操作和效率考量，而不是低级的寄存器操作或中断服务程序的编写。 3.1 数值计算精度与稳定性 在将连续时间或离散时间控制算法转化为代码时，数值精度是关键。 浮点数与定点数的选择： 详细分析在嵌入式数字信号处理器（DSP）或FPGA上实现控制算法时，选择单精度浮点、双精度浮点还是定点数表示的优缺点。重点讨论定点运算的溢出处理和舍入误差对控制性能的影响。 矩阵运算的效率： 针对状态空间算法（如观测器、LQR求解）中频繁出现的矩阵乘法和求逆，介绍高效的数值算法，例如利用Cholesky分解优化Riccati方程的求解，或利用矩阵简化技术减少实时计算量。 3.2 实时性与调度 控制算法的有效性高度依赖于其执行的实时性。 控制周期与采样率的选择： 基于奈奎斯特准则和控制系统带宽，确定最优的采样周期 $T_s$。 算法延迟分析： 分析从传感器读取数据、计算控制量到执行器输出过程中的固定延迟和抖动（Jitter），并讨论如何通过前馈控制或延迟补偿技术来减轻其影响。 3.3 高级实现架构对比 对比不同类型的高性能数字控制器在实现复杂现代控制算法时的架构差异： DSP/高性能微处理器实现： 侧重于利用硬件加速单元（如MAC单元）实现快速矩阵运算，以及操作系统（如RTOS）下的任务优先级与中断管理。 FPGA实现： 探讨如何利用并行结构加速算法，特别是通过流水线化（Pipelining）和定制硬件逻辑来实现极低延迟的、高度并行的状态估计与反馈计算。 本书适合于控制工程、自动化、航空航天、机器人学等领域的学生和工程师，特别是那些需要将先进的数学控制模型转化为高性能、高可靠性数字控制系统的专业人员。它提供了一条从“控制理论”到“实时数字实现”的坚实桥梁。

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我不得不说，《单片机原理及接口技术》这本书的“全面性”和“实践性”是我之前在其他同类书籍中从未见过的！作为一名对硬件开发充满热情的学习者，我一直渴望找到一本能够将理论与实践完美结合的书籍。而这本《单片机原理及接口技术》恰恰满足了我的需求。书中对单片机内部结构、工作原理的讲解，都非常详尽，而且配有大量的图示，让我能够直观地理解每一个细节。我尤其喜欢书中对“定时器/计数器”部分的讲解，作者不仅仅是讲解了它的基本功能，还深入分析了不同的工作模式，以及如何利用它们来实现精确延时、脉冲测量、PWM生成等高级功能，并且给出了大量可运行的代码示例，让我能够快速上手，并且学到很多实用的技巧。此外，书中对各种外围接口的讲解，比如ADC/DAC、UART、SPI、I2C等，都做得非常细致，不仅仅是讲解了它们的原理，更重要的是分析了它们在实际应用中的注意事项，以及如何进行硬件选型和软件配置。这对于我今后在项目开发中，能够更高效地选择和使用外围器件，提供了非常宝贵的指导。这本书就像一位经验丰富的老工程师，它不仅教授我知识，更分享了他在实际开发中的宝贵经验。

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这本书的“逻辑性”和“易懂性”是我在学习单片机过程中遇到的一个巨大福音！我之前尝试过很多单片机教材，但总感觉它们的知识点跳跃性太强，让人难以理解。而这本《单片机原理及接口技术》却做到了循序渐进，由浅入深，将原本复杂的概念讲解得清晰明了。我尤其欣赏书中对“中断系统”的讲解，作者通过生动的比喻和详细的流程图，将中断的产生、响应、处理过程解释得淋漓尽致，让我这个之前对中断感到头疼不已的人，也一下子豁然开朗。书中还详细讲解了各种常用的通信接口，比如UART、SPI、I2C等，并且对它们的优缺点、适用场景进行了深入的对比分析，让我能够根据实际需求，选择最合适的通信方式。我曾经因为不了解这些接口的特性，在项目开发中走了很多弯路，浪费了很多时间。而这本书，就像一位经验丰富的向导，指引我走向了正确的方向。更让我惊喜的是，书中还穿插了很多实际的工程案例，从简单的LED闪烁，到复杂的传感器数据采集，再到简单的电机控制，每一个案例都详略得当，代码清晰，让我能够快速上手，并且从中学习到很多实用的技巧。

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我被这本书的“系统性”和“实操性”深深吸引住了！很多单片机教材，要么是理论堆砌，要么是零散的代码片段，而这本《单片机原理及接口技术》却做到了两者的完美结合。作者在讲解每一个原理时，都会紧密联系实际应用，并且提供了大量的、可运行的代码示例。我印象最深的是关于“GPIO口”的讲解，书中不仅仅告诉你如何配置输入输出模式，还详细讲解了推挽输出、开漏输出的区别，上拉电阻和下拉电阻的作用，以及如何在实际项目中防止GPIO口被烧毁。这些细节的处理，体现了作者在实际开发中的丰富经验。还有关于“ADC/DAC”的章节，作者不仅仅是讲解了它们的工作原理，还深入分析了采样率、分辨率、量化误差等概念，并且给出了如何在不同应用场景下选择合适的ADC/DAC芯片，以及如何进行数据处理和滤波。这对于我之前在进行模拟信号采集时遇到的精度和稳定性问题，提供了非常有效的指导。这本书就像一位经验丰富的设计师，它不仅仅告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“为什么”以及“怎么做”。我感觉自己不仅仅是在学习知识，更是在学习一种解决问题的思路和方法。

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这绝对是一本能够改变我对单片机学习认知的书！我之前尝试过几本相关的书籍，但总感觉它们要么太偏向理论，让人觉得高不可攀，要么就是代码堆砌，让人不知道为什么这样做。这本《单片机原理及接口技术》的作者似乎非常理解读者的痛点，他们没有选择一味地灌输知识，而是像一位经验丰富的设计师，一步步引导你构建起对单片机世界的认知体系。书中对各种接口的讲解，尤其是串行通信、并行通信、ADC/DAC等，都做得非常细致。作者不仅仅是告诉你这些接口是什么，更重要的是解释了它们在实际应用中是如何工作的，以及如何去选择和配置。例如，在讲解SPI接口时，我原本以为这只是一个简单的通信协议，但看完书后，我才了解到它在主从设备通信、数据传输速率、时序控制等方面的细节，以及在实际项目中如何根据需求来优化配置，这让我对硬件通信有了更深入的理解。书中的硬件电路图也非常清晰，标注明确，对于初学者来说，能够帮助他们快速理解电路的构成和工作原理。更重要的是，书中提供的代码示例，不仅仅是简单的演示，而是包含了大量的工程实践技巧，比如如何编写高效的驱动程序，如何进行低功耗设计，如何进行故障排查等，这些都是在课堂上很难学到的宝贵经验。我感觉自己就像是跟着一位资深工程师一起做项目，从理论到实践，再到优化，整个过程都充满了成就感。

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这本书的“结构化”和“前瞻性”让我印象深刻！作为一个希望在单片机领域深入发展的学习者，我一直在寻找一本能够为我打下坚实基础，并且能够引导我展望未来的书籍。而《单片机原理及接口技术》恰好做到了这一点。作者在讲解单片机原理时，不仅仅是罗列功能，而是将其置于整个嵌入式系统的框架下进行阐述，让我能够理解单片机在整个系统中的作用和地位。我特别欣赏书中对“中断系统”的深入讲解，作者不仅详细介绍了中断的产生、响应、处理流程，还对中断向量表、中断优先级等概念进行了深入的剖析，并且给出了很多关于中断服务程序编写的优化技巧，这对于我之前在开发过程中遇到的程序响应慢、任务调度混乱等问题，提供了非常有效的解决方案。书中还对一些新兴的技术，比如低功耗设计、嵌入式实时操作系统（RTOS）的基本概念等进行了介绍，这让我对未来的学习方向有了更清晰的认识，也为我日后的深入研究奠定了基础。这本书不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的导师，它不仅教授我知识，更引导我思考，帮助我规划学习路径。

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这本书简直就是单片机界的“百科全书”！作为一名已经有几年硬件开发经验的工程师，我一直都在寻找一本能够在我工作之余，作为参考和提升的优秀书籍。而这本《单片机原理及接口技术》恰好满足了我的需求，甚至超越了我的期待。书中涉及的知识点非常广泛，从最底层的硬件架构，到各种通信协议，再到复杂的嵌入式系统设计，几乎涵盖了单片机应用的方方面面。我特别喜欢其中关于“中断系统”的章节，作者不仅详细介绍了中断的原理、类型、优先级设置，还对中断服务程序的编写、中断向量表的概念进行了深入的剖析。这对于我之前在开发过程中遇到的中断处理不当、程序效率低下等问题，提供了非常有效的解决方案。书中还花了很多篇幅讲解了常用的外设接口，比如I2C、SPI、UART等，并且给出了详细的电气特性、通信时序以及在不同应用场景下的注意事项。这对于我今后在选择和使用外围器件时，能够做出更明智的决策非常有帮助。此外，书中还涉及了一些高级话题，比如嵌入式实时操作系统（RTOS）的基本概念、内存管理、功耗优化策略等，这些内容对于想要深入研究单片机应用的工程师来说，是非常宝贵的财富。这本书就像一个宝藏，每次翻阅都能从中获得新的启发和知识。

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这本书真的让我眼前一亮！作为一名对单片机领域刚刚萌芽兴趣的学习者，我一直苦于找不到一本既能系统讲解原理，又能贴近实际操作的书籍。市面上很多教材要么过于理论化，要么就是泛泛而谈，让人感觉云里雾里。而这本《单片机原理及接口技术》简直就是为我量身定做的！从最基础的数电模电知识，到单片机的内部结构，再到各种外围接口的详细介绍，作者循序渐进，逻辑清晰，仿佛一位经验丰富的老大哥在手把手地教你。我尤其喜欢书中对每一个概念的解释，都配有生动形象的比喻和图示，让我这个初学者也能轻松理解，而不是像以前那样对着晦涩的术语望而却步。比如，讲解CPU工作原理时，作者用了一个“指挥官”的比喻，将指令的获取、解码、执行过程描绘得淋漓尽致。还有对寄存器的介绍，不是简单地罗列功能，而是通过实际的应用场景来展示它们的作用。最让我印象深刻的是，书中并没有回避一些难点，而是用多种角度去阐释，直到你真正明白为止。例如，关于中断的讲解，作者不仅分析了中断的产生机制，还详细介绍了中断优先级、中断向量等概念，并且提供了大量的代码示例，让我能够亲手去实现和调试，这种实践性极强的学习方式，是我一直以来渴望的。这本书的编写风格非常人性化，让人感觉亲切，没有一丝枯燥和说教的意味。读这本书，与其说是在学习，不如说是在享受探索单片机世界的乐趣。

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说实话，在拿到这本《单片机原理及接口技术》之前，我对单片机的理解还停留在“能点亮LED，能驱动蜂鸣器”的初级阶段。而这本书，彻底颠覆了我对单片机的认知！作者用一种非常“接地气”的方式，将原本枯燥的理论知识变得生动有趣。我尤其喜欢书中对“时序”的讲解，无论是通信时序还是控制时序，作者都通过精美的图示和详细的文字说明，将每一个时钟周期、每一个信号的翻转都解释得清清楚楚，让我这个之前对时序概念头疼不已的人，也一下子豁然开朗。书中还详细介绍了各种常用的通信接口，比如UART、SPI、I2C等，并且对它们的优缺点、适用场景进行了深入的对比分析，让我能够根据实际需求，选择最合适的通信方式。我曾经因为不了解这些接口的特性，在项目开发中走了很多弯路，浪费了很多时间。而这本书，就像一位经验丰富的向导，指引我走向了正确的方向。更让我惊喜的是，书中还穿插了很多实际的工程案例，从简单的LED闪烁，到复杂的传感器数据采集，再到简单的电机控制，每一个案例都详略得当，代码清晰，让我能够快速上手，并且从中学习到很多实用的技巧。

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我必须承认，在这本《单片机原理及接口技术》面前，我之前看过的很多教材都显得黯然失色了。这本书的深度和广度都达到了一个令人惊叹的水平，而且最重要的是，它始终保持着一种非常易于理解的风格。作者在阐述复杂的概念时，总能找到最恰当的比喻和最直观的图示，将抽象的原理转化为具象的理解。我尤其欣赏书中对“存储器”部分的讲解，不同于很多书籍只是简单地介绍RAM和ROM，这本书深入探讨了不同类型存储器（如EEPROM, Flash）的特性、读写原理以及在实际应用中的优劣势，甚至还涉及到了存储器的寻址方式和内存管理的一些基本概念。这让我意识到，原来一个小小的单片机，其内部的存储机制竟然如此丰富和精妙。而且，书中关于“定时器/计数器”的章节，也让我彻底摆脱了之前对这些功能的模糊认识。作者详细讲解了不同模式下的定时器工作方式，如何实现精确延时，如何进行脉冲测量，如何生成PWM信号，并且给出了很多实用的代码片段，可以直接移植到项目中去。我曾经因为不理解定时器的工作原理，在实际项目中走了很多弯路，但看了这本书后，我感觉茅塞顿开，对如何利用定时器来解决实际问题有了清晰的思路。这本书不仅是知识的传授，更是一种思维方式的引导，它教会我如何去分析问题，如何去寻找最优的解决方案。

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我必须说，《单片机原理及接口技术》这本书在“内容深度”和“实例丰富度”上达到了一个非常高的水准！作为一名已经工作了几年的嵌入式开发工程师，我一直在寻找一本能够帮助我巩固基础、拓展视野、提升技能的书籍。而这本《单片机原理及接口技术》恰好满足了我的需求，甚至超越了我的期待。书中对单片机内部架构、指令集、寄存器等核心概念的讲解，都非常深入，并且给出了大量的代码示例，让我能够更清晰地理解每一个指令的执行过程。我尤其欣赏书中对“存储器管理”和“中断系统”的讲解，作者不仅仅是讲解了它们的基本原理，还深入分析了各种应用场景下的优化策略，以及如何编写高效、可靠的中断服务程序，这对于我之前在开发过程中遇到的程序性能瓶颈和稳定性问题，提供了非常有效的解决方案。此外，书中还涉及了许多高级话题，比如嵌入式实时操作系统（RTOS）的基本概念、多任务调度、内存保护机制等，这些内容对于我想要深入研究嵌入式系统设计的工程师来说，是非常宝贵的财富。这本书就像一位经验丰富的设计师，它不仅教授我知识，更启发我思考，帮助我解决实际开发中遇到的难题。

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