嵌人式控制器硬件设计(1CD)

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出版者:浦东电子出版社
作者:海博创作室
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2002-01-01
价格:20.0
装帧:
isbn号码:9787900346148
丛书系列:
图书标签:
  • 嵌入式系统
  • 单片机
  • 硬件设计
  • 控制器
  • 电子工程
  • 嵌入式控制器
  • ARM
  • 电路设计
  • 数字电路
  • 技术开发
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具体描述

编辑推荐:本教程重点介绍了处理器和存储器、I/O设备的接口,以及各种器件和外部器件如何连接的基本知识,其目的在于使读者在阅读本教程后能够理解设计可靠的微控制器所需的基本设计和分析技能。 全教程共分十一章。主要内容包括:微控制器基本概念,最坏情况下系统的时序、负载分析及其设计,存储技术及其接口,各种CPU总线和时序分析,可编程逻辑器件介绍。在附录中提供了详细的硬件设计核对表。 本教程的突出特点是通过

《嵌入式控制器硬件设计(1CD)》—— 深入浅出的嵌入式系统硬件开发指南 本书旨在为读者提供一套全面而实用的嵌入式控制器硬件设计方法论,从基础概念到高级应用,层层递进,帮助工程师和技术爱好者掌握嵌入式硬件开发的精髓。书中内容紧密围绕嵌入式控制器这一核心,深入剖析其架构、选型、电路设计、外围接口、调试与测试等关键环节,力求理论与实践相结合,为读者构建扎实的专业知识体系。 核心内容概览: 嵌入式系统基础与控制器选型: 什么是嵌入式系统? 首先,我们将清晰界定嵌入式系统的概念,阐述其与通用计算机系统的区别,并介绍嵌入式系统在当今科技领域中的广泛应用,例如消费电子、工业自动化、汽车电子、医疗设备、物联网(IoT)等。 嵌入式控制器的分类与特点: 深入探讨不同类型的嵌入式控制器,包括微控制器(MCU)、微处理器(MPU)以及数字信号处理器(DSP)等,详细介绍它们的架构特点、性能指标、功耗管理、指令集以及适用场景。 控制器选型策略: 提供一套系统性的控制器选型指导。我们将分析项目需求,包括计算能力、存储需求、I/O接口类型与数量、功耗预算、实时性要求、成本考量以及生态系统支持等因素。通过大量实际案例,演示如何根据具体应用场景选择最合适的控制器,并对比分析不同厂商(如ARM Cortex-M系列、RISC-V、ESP32等)的优势与劣势。 嵌入式硬件设计核心原理: 电源设计与管理: 详细讲解嵌入式系统中至关重要的电源部分。内容涵盖电源拓扑结构(如线性稳压器、开关稳压器)、滤波与去耦技术、低功耗设计策略、电池供电系统的设计要点,以及电源噪声的抑制与管理。 时钟与复位电路设计: 深入分析晶振选型、匹配电路设计、时钟分配与同步技术。同时,讲解复位电路的设计,包括上电复位、外部复位、看门狗复位等,以及如何确保系统在异常情况下能够可靠地恢复。 存储器接口设计: 涵盖嵌入式系统中常用的存储器类型,如SRAM、DRAM、NOR Flash、NAND Flash、EEPROM等。详细讲解它们的电气特性、接口时序,以及如何根据不同存储器类型进行正确的连接和驱动。 通用输入/输出(GPIO)设计: 阐述GPIO的工作原理,如何配置GPIO作为输入、输出、开漏、上拉/下拉等模式。重点介绍GPIO的驱动能力、电平转换,以及多路复用GPIO的设计考量。 嵌入式系统常用外围接口与通信协议: 串行通信接口: UART/USART: 详细介绍通用异步收发传输器(UART)和通用同步/异步收发传输器(USART)的工作原理,包括波特率、数据位、停止位、校验位等参数的配置。讲解RS-232、RS-485等标准及其硬件实现。 SPI (Serial Peripheral Interface): 深入剖析SPI总线的工作方式,包括主从模式、时钟极性(CPOL)、相位(CPHA)、片选(CS)信号等。演示SPI在连接ADC、DAC、传感器、存储器等外设时的应用。 I2C (Inter-Integrated Circuit): 详解I2C总线的工作原理,包括SDA和SCL两条线、地址机制、应答(ACK)/非应答(NACK)信号。重点介绍I2C在连接传感器、EEPROM、显示屏等方面的应用。 并行通信接口: USB (Universal Serial Bus): 介绍USB的连接方式、传输模式(全速、高速、超高速)以及常见协议(如HID、MSC)。讲解USB设备和主机的基本设计思路。 SD/MMC接口: 详细说明SD卡和MMC卡的接口协议,包括SDIO接口的时序和通信协议,用于实现大容量存储。 其他重要接口: ADC (Analog-to-Digital Converter) 与 DAC (Digital-to-Analog Converter): 讲解ADC和DAC的工作原理、分辨率、采样率、量化误差等关键参数。介绍不同类型的ADC(如SAR、Sigma-Delta)和DAC,以及它们在传感器数据采集和信号输出中的应用。 PWM (Pulse Width Modulation): 详细阐述PWM的生成原理,如何通过改变占空比来控制电机速度、LED亮度等。 CAN (Controller Area Network): 深入介绍CAN总线协议,包括其在汽车电子、工业自动化中的应用,以及CAN控制器的硬件设计要点。 Ethernet/Wi-Fi/Bluetooth: 简要介绍这些无线和有线通信技术在嵌入式系统中的应用,以及相关的硬件接口和模块选型。 PCB布局布线与电磁兼容(EMC)设计: PCB设计原则: 强调信号完整性、电源完整性、热管理以及EMC/EMI(电磁干扰)是PCB设计中的核心要素。 关键布线技巧: 详细讲解差分信号布线、高频信号处理、地线规划、电源退耦、屏蔽等技术,以减少信号失真和串扰。 EMC/EMI防护: 介绍EMC/EMI的来源与传播途径,以及对策,包括器件选型、PCB布局、滤波、接地、屏蔽等,确保嵌入式设备符合相关的EMC标准。 调试、测试与验证: 调试工具: 介绍常用的嵌入式硬件调试工具,如JTAG/SWD接口、逻辑分析仪、示波器、信号发生器等,并讲解它们的使用方法。 软件协同调试: 阐述硬件调试与软件调试之间的关系,如何通过联合调试来快速定位和解决问题。 硬件测试: 讲解功能测试、性能测试、可靠性测试、功耗测试以及EMC测试等,确保硬件设计满足设计要求和行业标准。 常见故障分析: 结合大量实际案例,分析嵌入式硬件设计中常见的故障现象(如上电失败、通信异常、功能失效等),并提供有效的排查和解决思路。 本书特色: 结构清晰,逻辑严谨: 内容组织从基础到进阶,循序渐进,确保读者能够系统地学习和理解。 理论结合实践: 大量结合实际项目和工程经验,通过丰富的图表、电路示例和案例分析,使抽象的理论知识更加具体化。 深入细节,注重实操: 不仅讲解“做什么”,更侧重“怎么做”,提供具体的电路设计细节、元件选型建议和调试技巧。 前沿技术,紧跟潮流: 涵盖当前主流的嵌入式控制器和通信技术,帮助读者掌握最前沿的开发技术。 通过阅读本书,您将能够独立完成嵌入式控制器的硬件选型、原理图设计、PCB布局布线,并掌握有效的调试和测试方法,从而高效地开发出稳定、可靠、高性能的嵌入式硬件产品。本书是每一位致力于嵌入式系统硬件开发的工程师和爱好者的必备参考。

作者简介

目录信息

1,电子器件基础
2,微控制器概念
3,最坏情况下的时序、负载、分析和设计
4,存储技术和接口
5,CPU总线接口和时序
6,详细的系统设计实例
7,可编程逻辑器件
8,基本输入/输出接口
9,其它接口和总线周期
10,其它有用的资源
11,其它接口
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我对这本书的体验,更多的是围绕着它所提供的理论框架和实践指导展开的。在我开始认真研究嵌入式硬件设计之前,我的认知主要局限于一些零散的、不成体系的知识点。我知道一些基本的数字电路概念,比如逻辑门、触发器,也了解一些传感器接口的简单原理,但始终缺乏一个将这些零散知识点串联起来的系统性框架。这本书的出现,恰好填补了这一空白。它首先从嵌入式系统的整体架构入手,详细介绍了CPU、内存、I/O接口等核心组成部分的功能和相互关系。然后,它深入到各个模块的具体设计,比如如何设计电源电路以保证稳定可靠的工作,如何选择合适的时钟源来满足系统的时序要求,以及如何处理不同信号之间的干扰和耦合。尤其让我印象深刻的是,书中对于PCB布局布线原则的讲解,它详细阐述了诸如差分信号走线、电源和地线的处理、以及信号完整性的一些基本概念,这些都是我之前从未接触过的,但却是确保硬件稳定运行的关键。这本书并没有止步于理论的阐述,而是通过大量的实例和图示,将这些抽象的原理具象化,让我能够更好地理解和消化。

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这本书的价值,在于它能够帮助我从一个更宏观的视角来审视嵌入式硬件设计。在我学习的初期,我往往会陷入到一些具体的技术细节中,比如某个外设的寄存器如何配置,或者某个通信协议的数据格式。然而,我却忽略了构建一个稳定、可靠的硬件平台是软件运行的基础。这本书,正是弥补了我在宏观层面的认知不足。它系统地阐述了嵌入式硬件设计的整个流程,从系统需求分析、芯片选型,到原理图设计、PCB布局布线,再到最终的硬件调试。我尤其惊叹于书中对于电源管理和时钟设计的深入讲解,这些往往是容易被初学者忽视却又至关重要的环节。它让我了解到,一个好的硬件设计,不仅要满足功能需求,更要考虑功耗、成本、稳定性和可维护性等多个维度。这本书让我明白,硬件设计是一个综合性的工程,需要将电子、通信、计算机等多个领域的知识融会贯通。

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我对这本书的评价,更多的是基于它所提供的指导性和实用性。在我刚开始涉足嵌入式硬件设计的领域时,我感到非常迷茫。我掌握了一些基础的电子知识,也学习了一些微控制器的编程,但当我需要自己从零开始设计一个硬件系统时,却发现自己缺乏一个清晰的思路和一套系统的流程。我当时最希望找到一本能够让我了解硬件设计全貌的书籍,能够告诉我需要考虑哪些方面,需要遵循哪些原则,以及如何一步步地将自己的想法变成现实。这本书恰恰满足了我的这一需求。它从嵌入式系统的整体架构出发,详细介绍了如何选择合适的微控制器,如何设计其周边电路,以及如何处理电源、时钟、复位等关键问题。书中关于PCB布局布线的设计原则和技巧,更是让我受益匪浅,它帮助我理解了信号完整性和电磁兼容性的重要性,以及如何通过合理的布局来避免潜在的问题。这本书的语言清晰易懂,配以大量的图示和实例,使得复杂的概念也变得容易理解。

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在接触这本书之前,我对于嵌入式硬件开发的理解,可以说是停留在“纸上谈兵”的阶段。我学习了大量的理论知识,比如各种微处理器的架构,各种通信协议的原理,也了解了一些基本的模拟和数字电路设计。但是,当我真正尝试去设计一个实际的硬件系统时,却发现自己无从下手。我不知道如何将这些零散的知识点整合起来,不知道如何选择合适的元器件,也不知道如何进行PCB布局布线。我曾经尝试过阅读一些更偏向于理论的学术论文,但那些内容对我来说过于晦涩,难以理解。我当时迫切需要一本能够将理论与实践紧密结合的书籍,能够指导我完成从概念到原型设计这一过程。这本书恰好满足了我的需求。它没有回避实际工程中遇到的种种挑战,而是以一种非常务实的方式,一步步地引导读者完成硬件设计。我特别喜欢书中对于元器件选型的分析,它详细介绍了不同类型元器件的特性、功耗、成本以及可靠性,并提供了如何在实际项目中进行权衡和选择的建议。这些内容对于我这样初学者来说,是极其宝贵的。

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在我接触这本书之前,我对嵌入式硬件设计的理解,可以说是非常有限的。我主要专注于软件开发,对于硬件部分,我只是知道需要一个微控制器,然后通过一些接口连接各种外设。但我对于如何选择合适的微控制器,如何设计其外围电路,如何处理电源和时钟,甚至如何进行PCB布局布线,都知之甚少。我一直想找到一本能够系统性地指导我完成硬件设计过程的书籍,能够让我从一个“纯软件”的开发者,转变为一个能够理解和参与硬件设计的工程师。这本书,正好满足了我的这一愿望。它从嵌入式系统的整体架构入手,详细介绍了微控制器的选型、原理图的设计、PCB的布局布线等关键环节。我尤其欣赏书中对于不同类型接口的设计原则的阐述,以及如何进行信号的完整性分析,这些都是我之前从未深入了解过的。这本书的实用性非常强,让我能够将理论知识应用到实际的项目中。

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在我着手进行自己的第一个嵌入式硬件项目之前,我对硬件设计的认识,可以说是一种“知其然,不知其所以然”的状态。我能理解一些基本的电路原理,例如串联和并联电阻的计算,或者二极管的正向导通。但我缺乏一个将这些零散知识点整合起来,形成一个完整设计思路的能力。我不知道如何根据项目需求来选择合适的微控制器,也不知道如何为其设计一个稳定可靠的电源系统,更不用说理解PCB布局布线中的信号完整性、电磁兼容性等方面的复杂问题了。我当时非常渴望找到一本能够系统性地指导我完成硬件设计过程的书籍,能够让我从理论走向实践。这本书,正好满足了我这个迫切的需求。它以一种非常清晰且循序渐进的方式,讲解了嵌入式硬件设计的各个关键环节,从原理图的绘制,到元器件的选型,再到PCB的布局与布线。书中对于电源电路设计的详细阐述,以及如何进行信号完整性分析的技巧,都让我受益匪浅。

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我之所以对这本书评价很高,是因为它为我打开了理解嵌入式硬件设计的另一扇窗户。在我刚开始接触嵌入式领域时,我更多地是将注意力放在了软件层面,比如如何编写代码来实现某个功能,如何与操作系统进行交互。对于硬件,我的理解比较模糊,只是知道需要一个核心的微控制器,然后通过一些接口连接传感器和执行器。我迫切需要一本能够系统地介绍嵌入式硬件设计流程的书籍,能够让我了解从一个概念到最终可用的硬件原型之间需要经历的各个环节。这本书,恰恰满足了我的这一需求。它详细地介绍了如何选择合适的微控制器,如何设计其外围电路,如何处理电源管理、时钟系统以及各种通信接口。尤其让我印象深刻的是,书中对于PCB布局布线原则的讲解,它强调了信号完整性、电磁兼容性等关键因素,并提供了许多实用的技巧,这些都是我之前从未关注过的。

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这本书确实给我的学习过程带来了不少启发,尤其是在我初次接触嵌入式系统这个庞大的领域时。我当时的想法是,能够找到一本详尽介绍硬件设计流程的书籍,能让我从零开始,循序渐进地搭建自己的嵌入式项目。在阅读这本书之前,我对硬件设计概念的理解主要停留在一些基础的电子原理层面,比如电阻、电容、三极管的工作原理,以及如何使用万用表测量电路参数。但我意识到,这远远不足以支撑一个完整的嵌入式系统设计。我需要知道如何选择合适的微控制器,如何为其外围电路进行设计,如何处理电源管理、信号完整性等关键问题。我当时最希望的是,书中能够提供一套系统的、可操作的指南,让我了解从一个概念到最终成型的硬件原型之间所需的每一个步骤,包括原理图绘制、PCB布局布线、元器件选型、以及调试方法。这本书在这方面,确实为我打开了新世界的大门。它让我了解到,硬件设计不仅仅是连接几个元器件那么简单,更是一个需要深入理解系统需求、权衡各种技术指标、并具备扎实理论基础和实践经验的复杂工程。我特别惊喜于书中对于不同类型微控制器选型的详细分析,以及它们在功耗、性能、接口等方面各自的优缺点,这为我日后的项目选择提供了宝贵的参考。

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从我的角度来看,这本书为我理解嵌入式硬件设计的复杂性和系统性提供了重要的视角。在我最初的学习过程中,我更多地关注的是软件层面的实现,对于硬件设计,我的理解是比较片面的,甚至有些模糊。我只知道需要一个微控制器,然后需要给它供电,连接一些传感器和执行器。但对于具体的硬件电路设计,比如如何选择合适的电源管理芯片,如何设计高效的信号路径,如何处理高速信号的完整性等问题,我几乎一无所知。这本书的出现,就像为我打开了一扇新的大门。它系统地介绍了嵌入式硬件设计的各个环节,从芯片选型、原理图设计,到PCB布局布线、以及最后的硬件调试。我尤其欣赏书中对于不同类型电源的介绍,以及它们在嵌入式系统中的应用。此外,它对于如何处理各种接口信号,比如UART、SPI、I2C等,也给出了非常详细的指导。这本书不仅教授了“做什么”,更重要的是教授了“为什么这么做”,让我能够理解每一个设计决策背后的逻辑和考量。

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对我而言,这本书最大的价值在于它提供了一个清晰且可操作的硬件设计框架。在我初次接触嵌入式系统设计时,我最大的困惑是如何将抽象的系统需求转化为具体的硬件实现。我掌握了一些基础的电子元器件知识,也了解了一些微控制器的基本工作原理,但当我需要自己去绘制原理图、设计PCB时,却感到无从下手。我不知道如何权衡不同微控制器的性能、功耗和成本,也不知道如何为它们设计稳定可靠的电源和时钟系统。这本书的出现,为我指明了方向。它系统地介绍了嵌入式硬件设计的整个流程,从系统需求分析、元器件选型,到原理图绘制、PCB布局布线,再到硬件调试。我特别喜欢书中关于PCB布局布线章节的讲解,它详细介绍了如何处理信号走线、电源和地线,以及如何避免信号干扰,这些都是确保硬件稳定运行的关键。这本书真正让我理解了“工欲善其事,必先利其器”的道理。

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