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出版者:7-81124

作者:王晓明

出品人:

页数:290

译者:

出版时间:2007-8

价格:26.00元

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isbn号码:9787811242287

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工业自动化与嵌入式系统设计：深度解析与实践指南 本书旨在为电气工程、自动化、电子信息工程等相关专业的学生、工程师和技术人员提供一套全面、深入且极具实践指导意义的教材与参考手册。它聚焦于现代工业控制系统的核心技术——嵌入式系统设计与应用，特别强调了从理论基础到实际项目落地的完整流程。 --- 第一部分：嵌入式系统基础理论与硬件架构 本部分将构建坚实的理论基础，为后续的复杂系统设计打下坚实的地基。我们不关注任何特定驱动器的实现细节，而是着眼于通用的、跨平台的嵌入式设计哲学。 第一章：嵌入式系统概览与核心概念 1. 嵌入式系统的演进与分类： 从微处理器到微控制器（MCU）的演变，实时性要求（Hard vs. Soft Real-Time）的界定，以及在物联网（IoT）和工业4.0背景下的地位。 2. MCU 架构深度解析： 详细剖析冯·诺依曼与哈佛架构的优劣，寄存器组、程序计数器、堆栈指针等关键组件的功能。着重分析高性能 32 位 MCU（如 ARM Cortex-M 系列）的流水线、中断向量表与内存保护单元（MPU）的设置原理，而非特定品牌芯片的引脚定义。 3. 存储器系统设计： 闪存（Flash）、随机存取存储器（SRAM）与非易失性存储器（EEPROM/FRAM）的工作机制、读写时序分析。讲解如何进行内存映射和地址解码，以优化系统性能。 第二章：系统级外设与接口技术 本章深入探讨 MCU 与外部世界的交互机制，侧重于通用接口协议的原理和应用场景。 1. 时钟管理与定时器技术： 内部振荡器（RC）与外部晶振（Crystal）的精度比较。通用定时器/计数器的输入捕获、输出比较、脉冲宽度调制（PWM）模式的数学模型推导，以及如何利用这些机制进行高精度时间测量和信号生成。 2. 中断系统与异常处理： 嵌套向量中断控制器（NVIC）的工作流程、中断优先级分组（如 ARM 的 preemption 和 sub-priority 机制）。讲解如何设计高效的中断服务程序（ISR），最小化中断延迟。 3. 串行通信基础协议（通用篇）： UART/USART： 波特率计算、异步通信的起始位、数据帧、停止位校验机制。 SPI 协议详解： 主从模式的建立、时钟极性（CPOL）与时钟相位（CPHA）对数据传输的影响，全双工通信的实现原理。 I²C 总线： 仲裁机制、多主控环境下的冲突解决策略，以及位延时对总线速度的制约。 --- 第二部分：工业级数据采集与信号调理 本部分关注如何可靠地从物理世界获取准确的模拟信号，并将其转化为数字信号供系统处理。 第三章：模数转换器（ADC）与数据精度控制 1. ADC 基础理论： 采样定理（奈奎斯特频率）的实际应用。ADC 的分辨率（位深）、量化误差与微分非线性（DNL）、积分非线性（INL）对测量准确性的影响。 2. ADC 转换模式分析： 逐次逼近式（SAR）、双斜率、Sigma-Delta 架构的原理对比。讲解如何配置内置 ADC 的通道、参考电压源的选择，以及过采样技术在提高信噪比中的作用。 3. 抗混叠滤波设计： 解释混叠现象及其危害，介绍巴特沃斯（Butterworth）与切比雪夫（Chebyshev）滤波器的选择原则，以及如何设计适当的硬件低通滤波器以满足采样要求。 第四章：信号调理与隔离技术 1. 模拟前端电路设计： 零点漂移补偿、冷端补偿（针对热电偶应用）。跨阻放大器（TIA）在光电二极管信号处理中的应用。 2. 精密测量中的噪声抑制： 差分信号传输的优势，共模抑制比（CMRR）的评估。讲解如何使用仪表放大器构建高共模抑制比的输入级，以应对工业现场的强电磁干扰。 3. 电气隔离与安全： 隔离原理（光耦、电容耦合、磁耦合隔离器）的比较。在保护微控制器免受高压瞬变冲击时的应用策略。 --- 第三部分：实时操作系统（RTOS）与软件工程 本部分超越了裸机编程的局限，深入探讨了在复杂嵌入式系统中管理资源和保证任务调度的先进方法。 第五章：实时操作系统核心机制 1. RTOS 任务管理： 任务状态转换模型（就绪、运行、阻塞、终止）。详细分析固定优先级抢占式调度器与轮转调度器的差异，以及如何通过优先级反转机制（Priority Inversion）来避免系统死锁。 2. 同步与互斥机制： 信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）的正确使用场景与潜在陷阱。讲解二值信号量与计数信号量的区别。 3. 进程间通信（IPC）： 消息队列（Message Queue）与事件标志组（Event Flags）在解耦任务间的通信中的应用，并讨论数据拷贝开销与传输效率的平衡。 第六章：高效的嵌入式软件开发实践 1. 软件架构模式： 状态机模型（State Machine）在处理复杂逻辑流程中的应用。分层架构（Layered Architecture）对代码可维护性的贡献。 2. 固件的可靠性与调试： 讲解看门狗定时器（Watchdog Timer）在系统恢复中的角色。内存泄漏检测、堆栈溢出保护的技术手段。 3. 面向嵌入式的设计模式： 策略模式、单例模式在嵌入式配置管理中的应用，以及如何运用面向对象思想（如C++）来提升嵌入式代码的抽象层次和复用性。 --- 第四部分：系统集成、测试与工业通信标准 本部分将理论和软件设计成果转化为可部署、可通信的工业级解决方案。 第七章：现场总线与工业网络基础 1. 通用工业通信协议对比： 概述 Modbus（RTU/TCP）在串行和网络层面的实现差异。CAN（Controller Area Network）协议的帧结构、错误检测机制与报文优先级仲裁原理。 2. 网络化控制的挑战： 时间同步（如 PTP/IEEE 1588 概述）在分布式系统中的重要性。网络延迟对控制回路稳定性的影响分析。 3. 数据存储与日志记录： 在资源受限的嵌入式设备上实现日志的持久化存储方案，包括循环缓冲区设计和文件系统（如 FATFS）的适配。 第八章：系统集成与最终验证 1. 硬件在环（HIL）与软件在环（SIL）测试： 构建仿真环境以验证控制算法的鲁棒性。 2. 系统级性能指标评估： 功耗预算管理、系统启动时间优化。如何通过示波器和逻辑分析仪对系统进行端到端的功能验证与时序分析。 3. 固件升级（FOTA/DFU）的安全机制： 讲解引导加载程序（Bootloader）的设计，以及如何在不稳定的环境中安全地更新和回滚固件版本，确保设备在售后维护中的高可用性。 本书的特点在于其强烈的工程导向性，它提供了理解和构建复杂、可靠的实时嵌入式控制系统的全景视角，强调的是“为什么”要这样做，而非仅仅是“如何”输入特定的代码指令。

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这本《电力电子学原理》简直是为我这种对电力转换技术充满好奇，但又常被晦涩理论绕晕的初学者量身定做的。它没有一上来就抛出一堆复杂的傅里叶级数和半导体物理公式，而是花了大量的篇幅用非常直观的方式解释了为什么我们需要开关电源，以及不同拓扑结构（比如Buck、Boost）是如何通过巧妙地控制开关元件来实现升压或降压的。书中对于MOSFET和IGBT这些核心器件的工作原理讲解得极其透彻，图示清晰到仿佛能触摸到电子的流动轨迹。尤其是它在讲解PWM（脉冲宽度调制）时，不仅给出了数学模型，更结合了实际应用场景，比如如何通过改变占空比来稳定输出电压，这比我之前看过的任何教材都更贴近工程实践。我尤其欣赏作者在章节末尾设置的“设计挑战”环节，它迫使读者不只是被动接受知识，而是主动思考如何将理论应用于实际电路设计中，大大提升了学习的趣味性和深度。它更像是一位耐心的导师，一步步引导你拆解电力系统的复杂性，而不是冷冰冰的公式堆砌。

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我对《高级通信原理与编码技术》的评价可以用“严谨且富有洞察力”来概括。这本书的覆盖面广度令人敬佩，它从香农的信息论奠基开始，稳步推进到现代数字通信系统中的每一个关键环节。它对信道编码的讲解尤为精彩，尤其是对卷积码、Turbo码和LDPC码的阐述，不仅展示了编码增益的理论极限，还深入剖析了译码算法的复杂度与性能之间的权衡。书中对调制解调技术的分析也极其精妙，特别是MIMO（多输入多输出）系统的空时处理，它将线性代数和矩阵运算完美地融入了通信链路的设计之中。作者似乎有一种魔力，能把原本抽象复杂的数学工具，转化为解决实际通信瓶颈的利器。读完后，我对5G和未来6G通信系统中追求的“极速与可靠”的内在逻辑有了更深层次的理解，不再满足于表面的速度数字，而是开始关注背后的信道容量和误码率优化。

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《工业机器人运动学与动力学基础》这本书给我的感觉是**极其实用主义**的工程教材。它避开了许多纯理论物理中的繁琐推导，而是直奔主题——如何精确地描述和控制机器人在三维空间中的运动。我对它处理**D-H（Denavit-Hartenberg）参数**的方法非常赞赏，这种标准化的建模语言极大地简化了连杆坐标系的转换过程，使得复杂的机械臂结构也能通过一套统一的数学流程进行分析。书中关于逆运动学（Inverse Kinematics）的章节处理得非常细致，它清晰地展示了解析法和数值法的优劣与适用场景。更重要的是，在动力学部分，作者没有止步于拉格朗日方程的推导，而是立即将其转化为关节力矩的计算，这直接关系到伺服电机的选型和控制策略的制定。这本书更像是一本高级技术手册，每走一步，都能看到清晰的工程应用出口，是机器人控制算法工程师案头必备的参考书。

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我最近在钻研《嵌入式系统设计与实践》，这本书的视角非常独特，它完全跳脱了传统微控制器编程的窠臼，聚焦于如何将软件的灵活性与硬件的实时性完美结合。作者并没有固守于某一个特定的芯片平台，而是以一种高度抽象但又脚踏实地的哲学，阐述了中断处理、任务调度和内存管理的核心原则。书中对实时操作系统（RTOS）的剖析达到了令人惊叹的深度，尤其是对上下文切换和信号量的使用，提供了大量高屋建瓴的分析。我特别喜欢它对“确定性”的强调，这在工业控制和高可靠性系统中至关重要。书中提供的多个案例——从简单的LED闪烁到复杂的电机反馈回路——都清晰地展示了如何构建健壮、可预测的嵌入式应用。对于那些厌倦了只是调用库函数，渴望理解底层逻辑的进阶开发者来说，这本书绝对是构建坚实基础的“内功心法”。它的内容密度非常高，我需要反复阅读才能完全消化其中的精髓。

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翻阅《噪声、振动与声学控制》，我立刻感受到了作者深厚的声学工程背景。这本书的处理方式极其系统化和科学化。它并没有停留在描述“噪音很烦人”的层面，而是将噪声和振动视为可以被精确量化、分析和预测的物理现象。从基础的波动方程、模态分析，到复杂的有限元方法（FEM）在结构振动中的应用，本书都给出了详尽的推导过程和清晰的物理图像。最让我印象深刻的是关于主动噪声控制（ANC）的章节，它详细解释了自适应滤波器的原理，如LMS算法，以及如何利用声波的相消干涉原理来抵消特定频率的干扰。这套理论体系的完整性令人叹服，它不仅适用于机械设计，甚至可以迁移到建筑声学和汽车NVH（噪声、振动与声振粗糙度）领域。对于需要处理复杂环境声学问题的工程师而言，这本书提供的理论框架是无可替代的工具箱。

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