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出版者:机械工业出版社

作者:王洪庆

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:2005-5

价格:18.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111163367

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 控制技术
• 单片机
• 嵌入式系统
• 电子技术
• 自动化
• 传感器
• 电路
• 编程
• 实践

《现代电子系统设计与实践》 图书简介 第一部分：基础理论与核心元件 本书深入探讨了现代电子系统的设计基础、关键理论以及核心元件的工作原理与应用。我们从基础的电路理论出发，系统梳理了直流、交流电路分析的经典方法，并引入了瞬态响应和频域分析的概念，为后续复杂系统的理解打下坚实的数学和物理基础。 一、半导体器件的精深解析： 本书详细阐述了PN结、二极管、双极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（MOSFET）的结构、特性曲线及其在不同工作状态下的工作机制。重点剖析了这些有源器件如何实现放大、开关和电流控制功能。特别是对于MOSFET，我们深入探讨了亚阈值区导电、短沟道效应以及其在集成电路中的基本逻辑单元构造。 二、线性电路的精妙构建： 线性电路部分聚焦于运算放大器（Op-Amp）的理想模型、非理想特性（如输入阻抗、输出阻抗、开环增益、压摆率限制）及其在各种反馈配置中的应用。读者将学习如何精确设计和分析反相放大器、同相放大器、加法器、减法器、积分器和微分器。此外，滤波器设计是本章节的重中之重，涵盖了巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔等经典高通、低通、带通和带阻滤波器的理论推导与元件选择，强调了元件参数对实际频率响应的影响。 三、非线性与数字基础： 非线性电路部分介绍了晶体管作为开关的原理，重点讲解了施密特触发器、多谐振荡器（无稳态、双稳态、单稳态）的构建与时序分析。数字电子学部分则从布尔代数入手，系统介绍了逻辑门（TTL、CMOS家族的特性对比）、组合逻辑电路（译码器、数据选择器、编码器）和时序逻辑电路（锁存器、触发器、移位寄存器、计数器）的设计与优化。 第二部分：信号处理与系统接口 本部分将理论知识与实际信号处理需求相结合，深入讲解了模拟信号到数字信号转换的关键环节和常用接口标准。 四、数据转换技术： 我们详细解析了模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的工作原理，包括积分型、逐次逼近型ADC和R-2R梯形DAC的内部结构和精度限制。着重讨论了量化误差、有效位数（ENOB）以及采样定理在实际应用中的意义，并探讨了过采样和欠采样技术在高速数据采集中的应用。 五、传感与驱动技术： 电子系统通常需要与物理世界交互。本章深入研究了各类传感器的工作原理，包括电阻式（如应变片）、电容式（如压力、位移传感器）、电感式（如LVDT）以及光电器件（光敏电阻、光电二极管）。随后，重点讲解了驱动电路的设计，特别是如何使用功率晶体管、MOSFET驱动器和H桥电路来控制直流电机、步进电机和伺服电机，并讨论了PWM（脉冲宽度调制）在电机速度和扭矩控制中的作用。 六、通信与接口标准： 本章侧重于系统之间的数据交换协议。系统性地介绍了串行通信接口（如RS-232、I2C、SPI），分析了它们的时序图、帧格式和适用场景。对于更高带宽的需求，则概述了USB、Ethernet等现代总线协议的基本架构和物理层要求，为构建分布式电子系统奠定基础。 第三部分：系统集成与设计优化 本部分将前述元件和模块整合起来，探讨现代电子系统设计中不可或缺的电源管理、电磁兼容性（EMC）和系统可靠性工程。 七、电源管理与稳压技术： 一个稳定可靠的电子系统离不开高质量的电源。本书详细分析了线性稳压器（LDO）和开关模式电源（SMPS，包括Buck、Boost和Buck-Boost拓扑）的工作原理、效率计算和纹波抑制机制。特别关注了环路补偿技术，以确保反馈控制系统的稳定性。此外，系统地讨论了电池管理系统（BMS）中的关键电路，如充电控制、电量计原理和保护机制。 八、电磁兼容性（EMC）与信号完整性（SI）： 随着电路工作频率的提高，EMC和SI问题日益突出。本书将信号视为传输线，深入分析了反射、串扰和传输线效应的产生机理。提供了PCB布局和布线的设计准则，包括地平面设计、电源完整性（PDN）的优化、屏蔽技术和滤波器的正确应用，旨在从源头上抑制辐射和抗扰度问题。 九、系统级可靠性与测试方法： 本章探讨了电子系统从设计到报废的全生命周期管理。介绍了MTBF（平均故障间隔时间）的计算方法、应力筛选（Burn-in）技术以及环境测试（如温度循环、振动测试）在确保产品可靠性中的作用。最后，详细介绍了系统调试中常用的仪器仪表，如高带宽示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪的使用技巧和测量技巧，以实现对复杂系统故障的快速定位与验证。 结语： 本书旨在培养读者从“元件级理解”上升到“系统级设计”的能力，强调理论推导与工程实践的紧密结合。通过丰富的实例分析和严谨的步骤推导，读者将能够独立完成从概念提出到原型验证的电子系统设计全流程。

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这本书的理论深度，完全超出了我预期的“入门”级别设定。我原本以为它会停留在基础概念的罗列上，但很快我就发现，它深入到了底层硬件架构和高级算法的交叉领域。例如，书中对实时操作系统（RTOS）的讲解，不仅仅是描述了任务调度策略，还深入分析了不同调度算法（如轮转、优先级抢占）在不同负载情况下的性能瓶颈和资源占用特性，甚至还引入了基于FPGA的硬件加速方案进行对比。这种广度与深度的完美结合，使得这本书的适用人群非常广泛——从大一大二的学生，到需要系统梳理知识体系的在职工程师，都能从中获益匪浅。更难得的是，作者在讨论前沿技术时，依然保持了清晰的逻辑脉络，没有陷入纯粹的技术堆砌，而是始终围绕“如何高效、稳定地实现控制”这一核心目标来展开论述。这种高屋建瓴的视角，让我对整个技术栈的理解上升到了一个新的层次。

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说实话，我刚开始接触这个领域时，感觉就像是面对一堵高墙，各种晦涩的术语和复杂的数学公式让我望而却步。然而，当我开始阅读这本教材时，那种焦虑感奇迹般地消散了。作者采用了非常巧妙的“情景导入”式教学方法，不是上来就抛出理论，而是先讲述一个现实生活中的小应用场景，然后循序渐进地引出背后的原理。比如，在讲解数据采集模块时，书中首先描述了如何用传感器监测环境温度，接着才细致拆解背后的模数转换过程，甚至连电平噪声的处理都有详细的案例说明。这种接地气的叙事风格，极大地降低了阅读门槛。而且，书中大量的代码示例都经过了精心调试，可以直接编译运行，这对我这个实践派读者来说简直是福音。我尝试着敲打了几段关键代码，运行结果完美符合预期，这种即时反馈的学习体验，是任何纯理论书籍都无法提供的。它仿佛有一个经验丰富的前辈，耐心地在你耳边指导，让你在实操中理解理论的精髓。

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如果用一个词来形容阅读这本书的整体感受，我会选择“系统性”。市面上关于嵌入式、自动控制的书籍汗牛充栋，但很多都侧重于某一个特定方向，比如只讲PLC，或者只讲单片机编程。然而，这本教材真正做到了将“微型计算机的控制能力”作为一个完整的生态系统来描绘。它从最基础的数电模电概念切入，过渡到处理器架构，然后是操作系统、外设接口，最后汇聚到高级的控制算法实现。这种由浅入深、层层递进的结构，构建了一个完整的知识地图。我不再是零散地学习各个模块，而是清晰地看到了它们之间是如何协同工作的，明白了每个模块在整个控制链条中扮演的关键角色。这种全局观的建立，极大地提升了我解决复杂问题的能力，让我感觉自己对“控制”这个学科的理解不再是碎片化的知识点，而是一个可以灵活调用的综合体系。这本书提供的，是一种构建知识体系的方法论。

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阅读过程中，我注意到了一个非常独特的细节，那就是书中对“工程实践中的陷阱”这一部分的关注。很多教科书会避开项目失败的案例，只展示成功的“完美路径”，但这本书却毫不避讳地列举了几个在实际项目中常见的“坑”，比如共模抑制不足导致的信号漂移、软件看门狗设置不当引发的死锁等。每一个“陷阱”后面，都附带有详细的故障分析步骤和修正方案。这部分内容对于实战经验不足的读者来说，价值是无价的。它教会我的不仅仅是“怎么做”，更重要的是“为什么不能那样做”。这种基于失败经验的总结，远比理论推导来得深刻和警醒。我甚至将书中关于电磁兼容性（EMC）设计的那几页反复研读，并立即应用到我正在进行的一个小项目中，效果立竿见影。这说明作者的知识体系是建立在大量的工程实践基础之上的，而不是纸上谈兵。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调，搭配上烫金的字体，给人一种既专业又典雅的感觉。我特意在拿到书后，先仔细端详了很久。内页的纸张质感也非常棒，那种微微泛黄的米白色，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳，这对于一本技术类书籍来说，是非常人性化的考量。排版布局上，作者显然花了不少心思，图文并茂的呈现方式，使得原本可能略显枯燥的技术细节变得生动起来。特别是那些复杂电路图和流程图，线条清晰，逻辑分明，即便是初学者也能很快抓住重点。我尤其欣赏它在章节过渡部分的过渡句设计，总能很自然地将前一个知识点与下一个知识点串联起来，读起来一点也不觉得跳跃。整本书拿在手里，沉甸甸的，厚实的篇幅预示着内容的丰富与扎实，光是翻阅目录，就让人对接下来的学习充满了期待。这种对细节的极致追求，让这本书不仅仅是一本工具书，更像是一件值得收藏的艺术品，体现了出版方对知识传播的尊重。

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