Arduino电子设计实战指南 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:机械工业出版社作者:程晨出品人: 页数:165 译者: 出版时间:2013-4-23 价格:59.00元装帧: isbn号码:9787111417170 丛书系列:单片机与嵌入式

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具体描述

Arduino是一个任何人都可以快速上手使用的电子控制平台，可能在硬件工程师的眼中它仅仅是一个简单的8位机最小系统，但对于更多的没有硬件背景的人来说（特别是软件工程师），Arduino为他们打开了一扇通向硬件领域的窗口，这扇窗连接的是一个叫做开源硬件的世界。

Arduino注重实际动手操作应用，只要掌握了一些基本的电子学知识，就能制作出很有意思的硬件交互作品。正是基于这个原因，程晨编著的《Arduino电子设计实战指南(零基础篇)》以基础的电子学知识为纽带将各个章节联系起来，通过简单的应用介绍了Arduino中数字量和模拟量的处理方式。用Arduino完成的形形色色的电子作品都是基于这些基础知识实现的，《Arduino电子设计实战指南(零基础篇)》的作用只是引领你走入Arduino的精彩世界，希望大家在读完本书后充分发挥各自的想象力，去制作更有意思的电子作品。

跨越数字与现实的桥梁：面向创客与工程师的嵌入式系统实践进阶本书面向对嵌入式系统开发有一定基础，希望深入理解底层原理并掌握复杂系统构建能力的工程师、高级创客以及相关专业学生。它聚焦于超越基础微控制器编程，进入到更广阔的、涉及实时操作系统、复杂传感器融合、网络通信协议栈实现以及系统级优化的前沿领域。本书摒弃了对入门级概念的重复讲解，直奔嵌入式系统设计中的核心挑战与高级解决方案。全书结构严谨，从硬件抽象层的优化入手，逐步构建起一个稳定、高效的、具备现代通信能力的嵌入式平台。 --- 第一部分：高性能硬件抽象与实时性优化本部分深入探讨如何为嵌入式应用构建健壮且高效的硬件抽象层（HAL），确保代码的可移植性和对系统资源的精细控制。第一章：高级微控制器架构剖析与汇编级优化本章首先细致解析主流高性能微控制器（如基于Cortex-M7或更高架构的处理器）的流水线、缓存一致性机制和内存保护单元（MPU）。重点不在于介绍寄存器，而在于展示如何利用这些硬件特性进行代码优化。我们将探讨：内存访问模式对性能的影响：如何通过缓存预取和数据结构对齐来最大化内存带宽利用率。中断延迟的精确度量与最小化：针对高频中断场景，介绍如何使用硬件触发机制（如DMA请求前置触发）和特定汇编指令（如禁用特定等级中断，而非全局禁用）来保证关键路径的实时性。位操作的编译期优化：使用内联汇编或特定编译器扩展（如GCC的`__builtin_clz`）实现比标准C语言更快的逻辑运算。第二章：实时操作系统（RTOS）的内核级调优与资源管理对于任何需要处理多并发任务的复杂系统，RTOS是基石。本书侧重于内核的深度定制与性能瓶颈分析，而非仅仅是使用API。上下文切换开销分析：详细测量不同调度策略（如固定优先级、轮转、抢占式）下的实际上下文切换时间，并介绍如何通过汇编语言优化任务栈帧的保存与恢复过程。内存池与动态内存碎片化治理：介绍先进的内存分配算法（如Slab分配器、Buddy系统）在资源受限环境下的实现细节与性能对比，以及如何通过内存分区策略从根本上避免运行时的内存碎片化。同步机制的性能考量：深入分析信号量、互斥锁、事件标志在不同负载下的性能表现，特别关注锁的饥饿问题和优先级反转的规避策略，引入如Priority Ceiling Protocol (PCP) 的实际应用案例。 --- 第二部分：复杂传感器融合与数据驱动决策本部分关注如何从多源异构数据流中提取有意义的信息，实现系统的环境感知和智能决策能力。第三章：高效能数据采集与DMA驱动的流水线处理系统性能往往受限于数据搬运速度。本章聚焦于如何设计高效的数据采集流水线，完全卸载CPU干预。多通道同步采样策略：讲解如何配置硬件定时器和DMA控制器，实现多个ADC通道的硬件同步触发和交错传输，确保数据的时间戳精度。循环缓冲区与“生产者-消费者”模型的无锁实现：采用环形缓冲区设计，并结合原子操作或内存屏障，实现生产者（ADC/网络栈）与消费者（滤波/分析算法）之间的数据无缝、无锁传递。 FPGA/CPLD在预处理中的角色：对于极高频数据流（如高速图像或雷达数据），讨论如何利用硬件描述语言设计简单的预处理器（如均值滤波、峰值检测），将清洗过的数据直接通过SPI/FIFO传输给MCU，减轻主CPU负担。第四章：数字信号处理（DSP）在嵌入式环境中的加速嵌入式系统中进行滤波、傅里叶分析和特征提取是常见需求。本章探讨如何在资源约束下高效执行DSP算法。定点数运算的精确度与溢出控制：详细解析定点数表示法（Q格式），以及在乘加操作中如何精确控制累加器溢出，维持算法的收敛性和准确性。 SIMD指令集的利用与移植：针对具备DSP扩展的微控制器（如Cortex-M4/M7的DSP指令集），展示如何将标准C语言的滤波代码重构为利用SIMD并行运算的版本，并提供性能对比基准。卡尔曼滤波器的嵌入式实现与扩展：重点讲解线性卡尔曼滤波器（LKF）和扩展卡尔曼滤波器（EKF）在状态估计中的应用，特别是如何优化矩阵运算以适应嵌入式系统的计算能力。 --- 第三部分：现代通信协议栈与系统级安全在物联网和工业4.0时代，系统间的互联互通和数据安全至关重要。本部分将这些高级主题落实到实际的代码实现层面。第五章：TCP/IP协议栈的定制与资源优化对于需要稳定网络连接的应用，使用轻量级且可裁剪的TCP/IP栈至关重要。 LwIP协议栈的深度裁剪与内存优化：探讨如何根据应用需求，禁用不需要的协议层（如IPsec, DHCPv6），并精确配置TCP缓冲区大小、MSS（Maximum Segment Size）以适应不同带宽和延迟的网络环境。低功耗网络通信的实现：结合无线模块（如Wi-Fi或LoRa），介绍如何设计基于事件驱动的网络唤醒机制，最小化MCU在等待网络事件时的功耗。 MQTT/CoAP协议的资源友好型实现：讨论如何在资源极度受限的情况下，实现对这些物联网应用层协议的可靠发布/订阅或RESTful交互，包括会话持久化和QoS机制的内存开销管理。第六章：嵌入式系统的安全启动与固件空中升级（OTA）系统安全不再是可选项，而是必需品。本章侧重于实现硬件信任根和安全更新机制。基于硬件信任根的安全启动链：讲解如何利用MCU内置的安全功能（如OTP/Flash保护区、硬件加密加速器），设计一个不可篡改的第一阶段引导加载程序（Bootloader）。固件签名验证与回滚保护：详细介绍使用非对称加密算法（如ECC或RSA）对新固件进行签名，并在Bootloader阶段进行验证的流程。同时，实现防止攻击者强制降级到已知漏洞旧版本的固件回滚保护机制。安全数据存储与密钥管理：探讨如何利用片上安全存储器（如eFuse、OTP区域）来保护敏感配置数据和加密密钥，确保它们不被软件层面轻易读取。 --- 结语：从模块到整体解决方案的设计哲学本书的最终目标是培养读者将这些高级技术融合成一个稳定、可维护、高性能的整体解决方案的能力。通过大量的真实世界案例和性能分析报告，读者将掌握如何权衡实时性、资源消耗与开发复杂性，设计出真正具有竞争力的下一代嵌入式产品。

作者简介

目录信息

前言
第1章电子学基础
1.1 什么是电子学
1.2 电子学的发展
1.2.1 电子学的诞生
1.2.2 电子管的发明
1.2.3 晶体管的发明
1.2.4 集成电路
1.3 基本知识
1.3.1 电流
1.3.2 电流的故事
1.3.3 电压
1.3.4 电池
1.3.5 电阻
1.3.6 单位的名称
1.3.7 欧姆定律
1.3.8 导体和半导体
1.3.9 二极管
1.3.1 0发光二极管
1.4 面包板及面包线
1.5 万用表
1.5.1 电阻的测量
1.5.2 电压的测量
1.5.3 通断的测量
1.6 其他工具
1.6.1 电烙铁
1.6.2 螺丝刀
1.6.3 镊子
1.6.4 尖嘴钳
1.6.5 偏口钳
1.6.6 剥线钳
第2章电子电路
2.1 电路分析
2.1.1 电路
2.1.2 并联电路和串联电路
2.1.3 电阻的并联
2.1.4 电阻的串联
2.1.5 开路和短路
2.2 Fritzing
2.2.1 Fritzing介绍
2.2.2 软件的获取
2.2.3 软件操作界面
2.2.4 面包板视图
2.2.5 电阻的色环
2.2.6 原理图视图
2.2.7 PCB视图
2.3 初识Arduino
2.3.1 Arduino的初始功能
2.3.2 闪烁的发光二极管
2.3.3 原理图视图
第3章应用开发环境
3.1 什么是Arduino
3.1.1 开源硬件
3.1.2 Arduino板的种类
3.1.3 Arduino兼容板
3.2 Arduino的资源
3.2.1 Leonardo的硬件资源
3.2.2 DreamerNano的硬件资源
3.3 Arduino开发环境
3.3.1 开发环境的获取
3.3.2 添加新硬件
3.3.3 开发环境设置
3.4 ArduinoIDE界面中的快捷按钮
3.4.1 快捷按钮的介绍
3.4.2 快捷按钮的使用
3.5 Blink示例的代码
3.5.1 注释
3.5.2 数据类型
3.5.3 函数
3.5.4 程序结构
3.5.5 修改闪烁时间
3.5.6 更改控制引脚
3.6 本章函数小结
第4章控制多个LED
4.1 交通信号灯项目
4.1.1 硬件电路的搭建
4.1.2 变量的含义
4.1.3 变量的命名规则
4.1.4 代码实现
4.1.5 定义函数
4.2 ArduBlock
4.2.1 在Arduino开发环境中添加ArduBlock
4.2.2 在Arduino开发环境中使用ArduBlock
4.3 数码管
4.3.1 数码管介绍
4.3.2 数码管的使用
4.3.3 数码管的连接
4.3.4 显示数字
4.3.5 for循环
4.3.6 使用for循环
4.3.7 优化后的代码
第5章灯光的渐变
5.1 电信号
5.1.1 数字信号
5.1.2 模拟信号
5.1.3 分辨率
5.2 亮度的渐变
5.2.1 模拟量的输出
5.2.2 功能介绍
5.2.3 新函数介绍
5.2.4 代码实现
5.3 全彩LED
5.3.1 三原色
5.3.2 全彩LED介绍
5.3.3 RGB颜色表示法
5.3.4 硬件的连接
5.3.5 显示指定的颜色
5.3.6 遍历所有的颜色
5.4 本章函数小结
第6章添加交互元件
6.1 手动控制LED亮灭
6.1.1 按键介绍
6.1.2 新函数介绍
6.1.3 按键的连接
6.2 手动控制LED闪烁频率
6.2.1 三种基本结构
6.2.2 if语句
6.2.3 功能实现
6.3 手动控制LED亮度
6.3.1 旋钮电位器
6.3.2 器件使用
6.3.3 器件连接
6.3.4 功能实现
6.4 数码管骰子
6.4.1 随机数
6.4.2 骰子功能描述
6.4.3 硬件连接
6.4.4 代码实现
6.4.5 倾斜开关
6.4.6 摇晃的骰子
6.5 本章函数小结
第7章串行通信
7.1 串行通信介绍
7.2 串行通信的约定
7.2.1 波特率
7.2.2 ASCII码
7.2.3 标准ASCII码
7.3 串行通信的应用
7.3.1 串行端口的初始化
7.3.2 while循环
7.3.3 在计算机端显示数据
7.3.4 发送数据
7.3.5 接收数据
7.4 用串行通信控制LED
7.4.1 功能描述
7.4.2 功能实现
7.5 温度传感器实例
7.5.1 器件介绍
7.5.2 工作原理
7.5.3 硬件连接
7.5.4 功能实现
7.5.5 C语言中的运算符
7.6 环境光传感器
7.6.1 光敏电阻
7.6.2 典型应用
7.6.3 硬件连接
7.6.4 功能实现
7.6.5 火焰传感器
7.7 本章函数小结
第8章将Leonardo用作键盘和鼠标
8.1 用作鼠标
8.1.1 功能描述
8.1.2 硬件连接
8.1.3 功能实现
8.1.4 代码分析
8.2 用作键盘
8.2.1 函数说明
8.2.2 功能实现
8.2.3 键值说明
……
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我购买技术书籍通常是抱着“查漏补缺”和“寻找灵感”的目的。我对那些中规中矩的教科书式的讲解不感兴趣，我更欣赏那些带有强烈个人色彩和创新思维的分享。比如，作者是否提出了一些不同于主流的调试技巧？在面对那些难以复现的间歇性故障时，他们是如何构建实验环境来追踪问题的？我特别希望能看到一些“反面教材”——那些设计失败的案例及其背后的教训。如果这本书能提供一些高级的测试和验证方法论，比如如何设计自动化测试脚本来覆盖所有边缘情况，或者如何使用示波器的高级功能（如串行解码或眼图分析）来诊断复杂问题，那对我而言将是无价之宝。我希望它能激发我从一个“会做电路”的人，蜕变为一个“能设计出可靠系统”的架构师。

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拿到这本号称“实战”的电子设计书籍时，我的期待值其实是拉得很满的。毕竟，现在市面上的入门书籍往往停留在理论的阐述和简单的电路图堆砌上，真正能带着你从零开始解决实际工程问题的教程凤毛麟角。我主要关注的是它在项目深度和电路原理的剖析上能达到什么程度。例如，关于实时数据采集和传感器融合的部分，我希望看到的不只是一个简单的温度计程序，而是涉及到噪声处理、滤波算法以及如何用高效的代码结构去管理复杂的I/O操作。如果能深入讲解如何设计一个健壮的系统级架构，而不是孤立地讲解模块功能，那才算得上是真正的“实战”。此外，对于电源管理和EMC（电磁兼容性）这些看似底层却至关重要的环节，如果能有专门的章节用通俗易懂的方式剖析实际布线和元件选型对最终产品可靠性的影响，这本书的价值就不可估量了。我希望它能教会我如何避免那些在原型阶段表现良好，一旦投入实际环境就频出故障的“纸上谈兵”式设计。

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对于一个有着多年电子产品开发经验的老兵来说，评估一本技术书籍的标准，往往会聚焦在它对前沿技术和工程规范的覆盖程度上。我特别关注的是，它如何处理现代异构计算的需求。例如，如何将复杂的信号处理任务卸载到FPGA或高性能MCU的协处理器上，以及如何设计有效的数据交换协议。这本书如果能深入探讨SPI、I2C等总线协议的底层时序分析，以及在高速数据传输中如何进行阻抗匹配和信号完整性分析，那将是一个巨大的加分项。市场上充斥着大量关于基础元器件选型和面包板搭建的指导，但真正能指导工程师进行PCB布局布线，理解高频信号衰减和串扰问题的深度材料却十分稀缺。我希望能看到对多层板设计中地平面和电源平面的处理艺术的剖析。

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说实话，我是一个对用户体验和产品化过程极其看重的工程师。技术实现固然重要，但如何将一个炫酷的原型转化为一个可以大规模生产、外观得体且符合人体工学的产品，才是决定一个项目成败的关键。因此，我在寻找的不是一份纯粹的“码农手册”，而是一本能将电子设计与工业设计初步结合起来的指南。我期望这本书能触及原型制作的后期阶段：例如，如何选择合适的连接器、如何设计保护电路以应对静电放电（ESD），以及如何撰写一份清晰的BOM（物料清单）以应对采购挑战。如果它能分享一些关于成本控制的思维框架——如何在不牺牲核心性能的前提下优化BOM成本——那将极大地拓宽本书的适用范围。

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我购买这本书的初衷是想系统性地提升自己在嵌入式系统软件层面的功力，特别是针对那些对时间敏感、需要高并发处理的场景。现在很多教材对于中断服务程序的编写和任务调度机制的讲解都非常肤浅，往往只是照搬官方库的例子，对于如何优化中断延迟、如何避免竞态条件以及如何有效地使用RTOS（实时操作系统）进行资源管理，语焉不详。我期待这本书能提供一些高级的软件设计模式，比如状态机在固件设计中的应用，或者如何使用设计模式来解耦硬件驱动和应用逻辑。如果它能提供一些关于内存泄漏排查、低功耗模式设计和固件安全性的实践经验分享，那就更好了。毕竟，一个优秀的电子设计师不仅要让东西能跑起来，更要让它跑得高效、稳定且安全。我对那些只停留在“点亮LED”层面的教程已经感到审美疲劳了。

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看完作者的《Arduino开发实战指南》，再看这本书的目录，不用浪费时间看这本书了，呵呵

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太基础了，字的间距很大，就是骗钱的书

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入门中的入门……

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不需要什么基础，也学不了什么硬件知识，有些意思吧。不过这么薄的书，这个价，相当贵了。彩色的也不至于吧。

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看完作者的《Arduino开发实战指南》，再看这本书的目录，不用浪费时间看这本书了，呵呵