数字逻辑与数字系统实践技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:张兴忠

出品人:

页数:161

译者:

出版时间:2005-6

价格:22.0

装帧:平装

isbn号码:9787030155740

丛书系列:

图书标签:

• 数字逻辑
• 数字系统
• 实践技术
• 电路设计
• 逻辑电路
• 可编程逻辑器件
• FPGA
• Verilog
• VHDL
• 电子工程

嵌入式系统设计与应用 本书深入探讨了嵌入式系统的基础理论、核心技术以及实际应用。全书内容结构清晰，从底层硬件架构入手，逐步深入到操作系统、软件开发和系统集成等高级主题，旨在培养读者从零开始构建、调试和优化复杂嵌入式系统的能力。 第一部分：嵌入式系统基础 本部分为后续深入学习奠定坚实的基础。首先，我们详细介绍了嵌入式系统的定义、特点以及在现代工业、消费电子和物联网（IoT）领域中的广泛应用。通过对不同类型微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的比较分析，读者将能理解选择合适处理器的关键考量因素，例如性能、功耗、存储需求和外设集成的便利性。 重点章节涵盖了 处理器架构基础。我们着重讲解了冯·诺依曼和哈佛架构的差异，深入剖析了指令集架构（ISA）对系统设计的影响，特别是RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）的设计哲学对比。此外，对流水线技术、缓存一致性、中断处理机制等核心概念进行了详尽的阐述，这是理解系统实时性和响应速度的关键。 存储器系统 是嵌入式设计中至关重要的一环。本书详细解析了各种存储器类型，包括SRAM、DRAM、Flash存储器（如NOR和NAND）的工作原理、读写时序和寿命特性。在内存管理方面，我们探讨了静态分配、堆和栈的使用规范，以及如何处理内存碎片化问题，确保系统在资源受限的环境下稳定运行。 时钟与定时器 章节详细讲解了系统时钟的生成、分配和管理，以及如何利用内部和外部晶振来提供精确的时间基准。对通用定时器、PWM（脉冲宽度调制）模块和实时时钟（RTC）的应用进行了大量的实例演示，这对于需要精确时间控制的控制系统设计至关重要。 第二部分：硬件接口与外设编程 本部分聚焦于嵌入式系统如何与外部世界进行交互，这是嵌入式开发实践的核心技能。 串行通信协议 是本部分的重要内容。我们不仅讲解了异步通信（如UART/USART）的波特率计算和数据帧格式，还深入剖析了同步通信协议。对于 I2C（Inter-Integrated Circuit） 协议，本书详细介绍了主/从模式、仲裁机制和多主站协作。SPI（Serial Peripheral Interface） 则侧重于其高速、全双工的特性，并对比了其在SD卡接口和传感器数据采集中的应用。此外，对 CAN（Controller Area Network） 总线的报文结构、错误检测和在汽车电子中的地位也进行了专门介绍。 模拟与数字转换 方面，本书详尽解释了ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的工作原理，包括采样定理、量化误差、参考电压的选取以及过采样和欠采样的技术。针对高精度采集，我们还探讨了噪声抑制和滤波技术在实际电路中的应用。 中断与直接内存访问（DMA） 共同构成了高效数据传输的基础。本书强调了中断服务程序（ISR）的编写规范，如最小化临界区长度、避免重入问题。DMA控制器的配置和操作模式（如循环模式、半速传输）被详细剖析，以展示如何解放CPU资源，实现高速数据吞吐。 第三部分：嵌入式软件开发与调试 本部分将理论知识转化为可执行的软件解决方案。 C语言在嵌入式系统中的应用 得到了充分强调。我们讨论了位操作、宏定义、`volatile`关键字的使用，以及如何进行高效的内存访问和指针操作。此外，还介绍了汇编语言在关键路径优化和底层驱动初始化中的集成方法。 实时操作系统（RTOS） 是现代复杂嵌入式系统的基石。本书选取了主流的RTOS内核（如FreeRTOS或μC/OS），详细讲解了任务管理（创建、删除、优先级继承）、同步机制（信号量、互斥锁、消息队列）和时间管理。我们重点阐述了如何避免优先级反转和死锁，并讲解了上下文切换的机制。 设备驱动程序设计 是连接硬件和上层应用的关键。本书提供了一套通用的驱动开发框架，涵盖了GPIO、定时器、中断控制器和通信接口的驱动编写流程。针对Linux等嵌入式操作系统，我们详细讲解了 内核模块 的编写、字符设备驱动的注册与接口实现，以及用户空间与内核空间的交互机制。 系统调试与测试 是确保产品可靠性的最后一道防线。调试工具的使用（如JTAG/SWD调试器、逻辑分析仪）被纳入讲解范围。我们重点介绍了故障注入测试、边界条件测试和性能分析工具（如代码覆盖率分析和功耗剖析），帮助读者构建健壮的嵌入式产品。 第四部分：网络通信与高级应用 随着物联网的兴起，嵌入式系统的联网能力变得日益重要。本部分专注于 嵌入式网络编程。 对于TCP/IP协议栈的理解是基础。我们讲解了轻量级网络协议栈（如LwIP）的移植与配置，并探讨了在资源受限设备上实现可靠通信的挑战。重点覆盖了 Socket编程 在嵌入式设备上的应用，包括客户端和服务器端的实现。 物联网协议 方面，本书深入剖析了 MQTT 协议的工作机制（QoS等级、Keep-Alive），以及如何利用TLS/SSL实现安全的设备认证和数据加密传输。对于特定行业的应用，我们还简要介绍了如CoAP等其他协议的适用场景。 最后，本书通过 综合案例分析，展示了如何将上述所有技术栈（硬件选型、底层驱动、RTOS调度、网络通信）整合起来，构建一个完整的、具有实际市场价值的嵌入式解决方案，例如一个工业级数据采集终端或一个智能家居控制中心。

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