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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:周航慈

出品人:

页数:227

译者:

出版时间:1997-05

价格:23.50

装帧:精装

isbn号码:9787810126922

丛书系列:

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电子系统设计与应用：从理论到实践 本书导读： 在信息技术日新月异的今天，电子系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能家居到工业控制，从医疗设备到航空航天。要驾驭这些复杂的系统，扎实的理论基础与丰富的实践经验缺一不可。《电子系统设计与应用：从理论到实践》旨在为有志于电子工程领域的学习者提供一条清晰、系统的学习路径。本书摒弃了传统教材中过于碎片化的知识点罗列，而是采用“系统化构建”的思路，引导读者逐步构建起完整的电子系统设计思维框架。 第一部分：模拟电路的基石——信号的捕捉与处理 本部分将深入探讨电子系统的“感觉器官”——模拟电路。 第一章：半导体器件的物理基础与特性分析 我们将从最基本的PN结出发，详细阐述二极管和三极管（BJT与MOSFET）的工作原理。重点不仅在于理解其“是什么”，更在于掌握其在不同工作状态下的宏观特性曲线与等效电路模型。例如，如何通过跨导（$g_m$）和输出电阻（$r_o$）来精确预测一个放大级在高频下的表现。此外，本章还将引入功率半导体器件（如IGBT、SCR）的基本选型原则，为后续的电源设计打下基础。 第二章：线性放大电路的高级设计 本章聚焦于运算放大器（Op-Amp）在实际应用中的复杂场景。我们不满足于理想运放的特性，而是深入研究带宽限制、失真分析（谐波失真、瞬态响应）以及噪声抑制。内容涵盖： 1. 高精度仪表放大电路的设计与共模抑制比（CMRR）的优化。 2. 有源滤波器设计：从Butterworth、Chebyshev到Elliptic滤波器，详细分析不同幅频和相频特性的权衡，并给出Sallen-Key、多反馈（MFB）等拓扑结构的参数计算流程。 3. 反馈理论在稳定性分析中的应用：使用波特图（Bode Plot）和根轨迹图（Root Locus）来判断电路的相位裕度（PM）和增益裕度（GM），确保系统稳定工作。 第三章：非线性与信号调理技术 本章探讨如何将物理世界的连续信号转化为可测量的电信号。 1. 电源与电压基准：深入讲解LDO（低压差线性稳压器）的设计瓶颈（压降、瞬态响应）和开关型DC-DC转换器（Buck, Boost, Buck-Boost）的平均模型（State-Space Average Model）推导及其小信号传递函数，这是进行环路补偿设计的理论核心。 2. 数据转换器（ADC/DAC）：除了基础的分辨率和采样率，重点分析积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）指标的物理来源，并对比Sigma-Delta、SAR（逐次逼近寄存器）和流水线（Pipelined）ADC的适用场景。 第二部分：数字系统的脉动——逻辑与结构 本部分转向数字领域，探讨如何用离散的“是”与“否”构建复杂的计算和控制逻辑。 第四章：CMOS逻辑电路的深层机制 本章解析了CMOS反相器作为基本逻辑单元的动态特性。内容包括：晶体管尺寸对延迟时间 ($t_{pd}$) 和功耗的影响、扇出（Fan-out）能力的限制，以及各种逻辑门电路（NAND, NOR, XOR）的静态与动态功耗分析。引入传输门逻辑和亚阈值偏置电路在低功耗设计中的应用。 第五章：组合逻辑与时序逻辑的高效实现 我们将教授如何将需求转化为最小化的逻辑表达式。 1. 组合逻辑：使用卡诺图（K-map）和Quine-McCluskey算法进行化简，并讨论竞争冒险（Race Condition）的检测与消除方法。 2. 时序逻辑：深入Flip-Flop（锁存器与触发器）的工作机制，重点分析建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的约束。同步电路的时序分析（时钟抖动、路径延迟计算）是本章的重中之重。 第六章：可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）的设计流程 本章将CPLD和FPGA视为硬件描述语言（HDL）的载体。重点讲解： 1. VHDL/Verilog的高级结构化描述：如何使用进程（Process）、生成（Generate）语句和有限状态机（FSM）设计复杂的控制器。 2. 综合（Synthesis）与映射（Mapping）：理解综合工具如何将HDL代码映射到查找表（LUT）和触发器资源上，以及时序驱动的优化技术。 3. 约束（Constraints）的设定：如何通过设置时钟周期、输入/输出延迟来指导布局布线工具实现高性能设计。 第三部分：系统集成与电磁兼容性 电子系统的性能往往受限于系统级的集成和环境因素。本部分关注“如何让一切协同工作”。 第七章：信号完整性与电源完整性 这部分是现代高速设计的核心。我们将从传输线理论出发，分析信号在PCB走线上的行为： 1. 阻抗匹配：理解PCB层叠设计、参考平面对特征阻抗的影响，以及串扰（Crosstalk）的耦合模型。 2. 反射与端接：详细分析TDR（时域反射仪）的原理，以及如何使用串联、并联、Thevenin端接来最小化信号失真。 3. 电源噪声管理：探讨去耦电容的选择与布局（多级去耦策略）、电源分配网络（PDN）的阻抗目标，以及地弹（Ground Bounce）的成因与抑制。 第八章：电磁兼容性（EMC）设计准则 EMC不仅仅是测试项目，更应贯穿设计始终。本章着重于预防性措施： 1. 辐射源识别与抑制：高速开关活动、不合理的回路面积是主要辐射源。探讨屏蔽（Shielding）的原理和屏蔽体设计（缝隙、开孔效应）。 2. 抗扰度设计：如何应对ESD（静电放电）、EFT（电快速瞬变脉冲）等外部干扰。重点分析TVS二极管和共模扼流圈在I/O端口和电源输入端的应用。 第九章：嵌入式系统架构与外设接口 本部分将数字核心与外部世界连接起来。 1. 总线结构与仲裁：深入分析AHB/APB等标准片上总线（On-Chip Bus）的协议，以及DMA（直接内存存取）控制器的周期窃取机制。 2. 高速串行通信：详细解读UART、SPI、I2C的通信时序和冲突解决机制。对于更高速的接口，如PCIe或USB，将侧重于其物理层（PHY）的收发器特性和均衡技术。 3. 传感器与执行器接口：讨论如何利用DMA和中断机制高效地从ADC读取数据，并控制步进电机或伺服电机的驱动回路，实现精确的位置或速度控制。 结语：系统思维的培养 本书的最终目标是培养读者形成“系统级思考”的能力。设计一个电子系统，绝非简单地将各个模块手册堆砌，而是需要在性能、功耗、成本和可靠性之间做出最优的工程权衡。通过本书的学习，读者将能够独立完成从概念定义、理论建模、模块实现到最终系统调试的全过程，真正掌握现代电子系统设计的核心技能。

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这本书的排版和印刷质量简直是一场灾难。打开包装，一股劣质纸张的化学气味扑鼻而来，让人不禁怀疑是不是回收纸张重新制成的。装订处松松垮垮，翻了几页，书页就开始有脱落的迹象。更要命的是，里面的插图印刷模糊不清，黑白线条的图例看起来就像是用低分辨率的打印机草草印上去的，很多关键部分的细节根本看不清楚，这对于学习硬件电路和底层逻辑的初学者来说，简直是雪上加霜。我花了很大力气去辨认那些本该清晰明了的元件符号和连接示意图，结果很多时候还是需要对照网上的资源才能勉强理解。内容本身或许还有点干货，但就这糟糕的物理呈现，已经让阅读体验降到了冰点，根本无法让人静下心来系统地学习。如果作者或出版社能在制作环节稍微用点心，哪怕只是提高一下纸张的克重和印刷的分辨率，这本书的价值都能提升好几个档次。现在的状态，更像是一份匆忙赶工的内部资料，而不是一本面向读者的正式教材。

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这本书的章节逻辑安排混乱得令人发指，阅读过程中需要不断地在不同章节之间来回跳跃，才能勉强将一个完整的概念拼凑起来。举个例子，关于ADC（模数转换器）的介绍，首先在第三章简单提了一下初始化过程，然后在第七章的传感器应用部分又突然插入了关于参考电压选择的细节，最后在附录里才零散地补充了关于采样率对精度影响的公式。这种碎片化的知识呈现方式，极大地增加了读者的认知负荷。我多次在学习一个新模块时，发现关键的配置步骤被分散在了相隔甚远的三个部分，导致我必须不停地做笔记和画流程图来重建作者本应在单个章节内完整阐述的知识体系。一个结构清晰的教材，应该做到知识点封装，层层递进，让读者能够沿着一条清晰的脉络掌握整个系统的运作。这本书显然在这方面彻底失败了，它更像是一堆零散的笔记的集合。

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作者的叙事风格过于口语化和主观臆断，缺乏学术著作应有的严谨性和客观性，读起来感觉像是在听一个资深工程师在茶水间里随意发挥的经验分享，而不是一本经过严格审校的教学用书。很多地方，作者在描述某个技术决策的优劣时，只是简单地抛出一个结论，却完全没有提供足够的数学推导或者仿真数据来支撑其观点。例如，在讨论中断优先级分配时，作者给出的建议更多的是“我个人认为这样做更好”，而不是基于系统吞吐量或最坏情况执行时间分析的客观结论。这种缺乏论证基础的讲解，会让读者产生一种“似懂非懂”的错觉，认为自己掌握了知识，但实际上只是记住了几个模糊的概念。对于需要系统构建知识体系的读者来说，这种“灌输式”且缺乏深层逻辑支撑的叙述方式，是一种潜在的误导，最终可能导致基础不牢固。

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关于代码示例和项目实践部分，简直是令人啼笑皆非，完全脱离了现代嵌入式开发的实际需求。所有的例程都紧紧地围绕着最基础的“点亮LED”和“读取按键”这种入门级操作，并且几乎全部采用的是那种最古老、最难以维护的“裸机编程”方式，仿佛时间停滞在了二十年前。书中对任何现代化的开发工具链，比如版本控制（Git）、模块化编程思想，或者任何主流的IDE调试技巧，都只是一带而过，甚至完全没有提及。当我尝试将书中的逻辑移植到一个稍微复杂点的应用场景时，发现其代码的可移植性和可读性极差，充斥着大量的硬编码和全局变量滥用。一个现代的程序设计基础教材，理应引导读者走向规范化、工程化的开发道路，而不是将他们锁死在初学者的泥潭里。这本书的实践部分，对提升实际工程能力几乎没有帮助。

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我必须得说，这本书在理论深度上实在欠缺火候，更像是一本面向“入门入门再入门”小白的入门手册，对于稍微有点基础，想深入理解微控制器工作原理的人来说，简直是食之无味弃之可惜。它花费了大量的篇幅去解释那些在任何一本基础电子学教材里都能找到的皮毛知识，比如什么是寄存器、什么是I/O口，这些内容拖沓冗长，几乎没有提供任何超越性的见解。真正想深入探究定时器/计数器的底层操作细节，或者中断管理的高级技巧时，作者的讲解戛然而止，提供的例程也极其基础，缺乏复杂系统设计的影子。我希望能看到更深入的汇编语言对特定指令集的优化分析，或者关于实时操作系统（RTOS）在资源受限环境下的应用讨论，但这本书里完全没有这些“硬核”内容。它更像是一个“照着做”的菜谱，而非能激发思考和创新的工具书。对于想成为专业嵌入式工程师的人来说，这本书只能作为翻阅一遍就束之高阁的资料。

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