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出版者:高等教育出版社

作者:吴建强 编

出品人:

页数:225

译者:

出版时间:2004-1

价格:18.80元

装帧:

isbn号码:9787040130386

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业自动化
• 电气控制
• 单片机
• 传感器
• 执行器
• 编程技术
• 控制系统
• 嵌入式系统

现代通信系统中的信号处理与编码技术 图书简介 本书深入探讨了现代通信系统中至关重要的信号处理和编码技术。在信息爆炸的时代，如何高效、可靠地传输海量数据，是通信工程领域的核心挑战。本书聚焦于解决这些挑战所需的基础理论、关键算法及其在实际系统中的应用。 第一部分：数字信号处理基础与高级算法 本部分奠定了理解现代通信系统的数学和信号处理基础，并逐步深入到复杂系统的设计。 第1章：离散时间信号与系统分析 本章系统回顾了连续时间信号向离散时间信号的转化过程，重点剖析了采样理论（如奈奎斯特-香农采样定理）及其在实际系统中的限制与应用。我们详细介绍了离散时间系统的基本特性（线性、时不变性、因果性、稳定性），并引入了Z变换作为分析离散时间系统的强大工具。Z变换不仅用于求解差分方程，还为理解滤波器特性提供了深刻的代数视角。本章特别强调了周期延拓和频谱泄漏等实际采样问题，并提供了数字域中信号重构的初步方法。 第2章：有限脉冲响应（FIR）与无限脉冲响应（IIR）滤波器设计 滤波器是信号处理的基石，用于选择性地通过或抑制特定频率范围的信号。本章全面比较了FIR和IIR滤波器的结构、优缺点及设计方法。 FIR 滤波器设计： 重点介绍窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、凯泽窗）在设计线性相位滤波器中的应用，并详细阐述了频率采样法和Parks-McClellan算法（最小二乘法）在实现最优幅度响应方面的优势。 IIR 滤波器设计： 详细讲解了从模拟原型滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）到数字滤波器（通过双线性变换、脉冲不变法）的设计流程。讨论了IIR滤波器在实现高选择性时的计算效率，同时也深入分析了其可能引入的非线性相位失真问题。 第3章：快速傅里叶变换（FFT）及其在频谱分析中的应用 傅里叶分析是理解信号频率特性的关键。本章深入剖析了离散傅里叶变换（DFT）的计算复杂性，并详细介绍了快速傅里叶变换（FFT）算法（如库利-图基算法）的原理和不同实现结构。我们将展示FFT如何应用于： 1. 实时频谱分析： 通过滑动窗口技术实现连续信号的瞬时频率监测。 2. 卷积与相关运算的高效实现： 利用傅里叶域的乘法特性加速大型数据块的处理。 3. 功率谱密度（PSD）估计： 探讨周期图法、Welch平均法等在降低噪声方差和提高谱分辨率中的应用。 第4章：自适应滤波理论与应用 现代通信环境是动态变化的，信道特性、干扰源和噪声水平不断变化。本章引入自适应滤波的概念，即滤波器参数能够根据输入信号自动调整。 最小均方误差（LMS）算法： 详细推导了LMS算法的收敛性、步长选择对稳定性和跟踪速度的影响，并分析了其在噪声环境下的性能。 递归最小二乘（RLS）算法： 介绍了RLS算法相较于LMS在收敛速度上的优势，以及其计算复杂度增加带来的权衡。 实际应用案例： 重点讨论自适应滤波器在回声消除（AEC）、线路均衡（Line Equalization）和干扰抑制中的工作原理和实现细节。 第二部分：现代数字通信中的信道编码与调制技术 本部分聚焦于如何通过编码和调制技术，确保信息在存在噪声和干扰的信道中可靠传输。 第5章：信道编码原理与线性分组码 信道编码是抵抗随机错误的根本手段。本章从信息论的视角引入信道容量与纠错能力的理论极限。 代数基础： 复习伽罗瓦域（有限域 $mathrm{GF}(2^m)$）的运算规则，这是所有现代代数编码的基础。 线性分组码： 详细介绍了系统码、生成矩阵 $G$ 和校验矩阵 $H$ 的构建与解码过程。重点分析了汉明码（Hamming Codes）的自准确定位错误能力，并探讨了循环码（Cyclic Codes），如BCH码的结构和描述子（Generator Polynomial）。 第6章：卷积码与维特比译码 与分组码不同，卷积码具有“记忆性”，其编码器的输出不仅取决于当前输入，还取决于过去的输入。 卷积编码器： 分析卷积码的码率、约束长度，并使用树状图（Trellis Diagram）直观展示编码过程。 维特比译码器（Viterbi Decoder）： 这是最大似然序列估计（MLSE）的最佳译码器。本章详细阐述了度量计算、回溯路径的选择以及实现中的状态管理，并分析了其在不同信噪比下的误码率性能。 第7章：先进信道编码：Turbo码与LDPC码 随着香农极限的逼近，Turbo码和低密度奇偶校验码（LDPC）成为3G/4G/5G通信系统的核心技术。 Turbo 码： 讲解了其由两个或多个并行的卷积编码器、穿插器（Interleaver）和迭代译码机制（Max-Log-MAP 算法）构成的精妙结构。分析了迭代次数对译码性能的显著提升。 LDPC 码： 介绍LDPC码基于稀疏校验矩阵的特性，通过Tanner图进行概率译码（如置信度传播 BP 译码）。强调了LDPC码在高速率、高吞吐量系统中的优势及其在现代标准中的地位。 第8章：数字调制技术与性能分析 调制是将数字信息映射到模拟信号波形的过程，是实现频带传输的关键。 基本调制方案： 深入分析了幅度键控（ASK）、频率键控（FSK）和相移键控（PSK）的原理、星座图表示及其抗噪性能。 正交幅度调制（QAM）： 重点讨论了M-PSK和M-QAM的功率效率与带宽效率的权衡。详细分析了理想加性高斯白噪声（AWGN）信道下，各种调制方案的误比特率（BER）公式推导。 非理想因素影响： 探讨了载波相位误差（Coherent Detection）和定时误差（Timing Error）对接收性能的退化，并引出同步技术的必要性。 第9章：多载波传输与正交频分复用（OFDM） OFDM是4G LTE、Wi-Fi（802.11a/g/n/ac/ax）等宽带通信系统的核心技术，它将高速串行数据流分解为多路低速并行数据流，有效地对抗信道的多径效应。 OFDM基本原理： 解释了如何利用IFFT/FFT实现正交性，以及符号间干扰（ISI）和载波间干扰（ICI）的抑制机制。 循环前缀（CP）： 详细阐述了循环前缀的作用——将其作为保护间隔，将信道脉冲响应转化为循环卷积，从而将ISI转化为星座点间的旋转。 OFDM系统中的关键挑战： 分析了OFDM系统面临的峰均功率比（PAPR）问题及其抑制技术（如PTS、Clipping-Filtering），以及对频率同步和相位噪声的敏感性。 本书旨在为通信工程师、电子信息专业的研究生和高级技术人员提供一个全面而深入的知识体系，使读者不仅理解这些技术的“是什么”，更掌握其“为什么”和“如何实现”，从而能够胜任现代通信系统从底层算法设计到系统集成的各项工作。

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这本书实在是太令我惊喜了！一直以来，我都对自动化和控制系统领域充满了好奇，但又觉得这些知识门槛很高，仿佛是工程师们的专属领域。直到我偶然发现了《可编程控制器原理及其应用》，才真正点燃了我深入学习的火焰。这本书的开篇就以一种非常友好的方式，将原本抽象的“可编程控制器”（PLC）概念具象化，通过生动的生活实例，比如工厂里的生产线是如何协同工作的，交通信号灯是如何智能切换的，甚至是家用电器内部的精妙控制逻辑，都让我觉得PLC并非遥不可及，而是与我们的生活息息相关。作者在讲解PLC的硬件组成时，并没有一味地罗列各种技术参数，而是从“为什么需要这个模块”、“这个模块主要负责什么功能”的角度出发，让我能够清晰地理解CPU单元、输入模块、输出模块以及通信模块各自承担的角色和重要性。特别是在介绍输入输出模块时，书中详细解释了不同类型信号（如开关量、模拟量）的采集和输出方式，以及如何通过隔离技术保证系统的稳定性和安全性，这些细节的讲解让我对PLC的实际应用有了更深刻的认识，不再是模糊的概念。而且，书中并没有止步于硬件的介绍，而是紧接着深入探讨了PLC的编程语言。对我这样一个初学者来说，梯形图（Ladder Diagram）的讲解是最大的福音。作者用大量的图示和清晰的步骤，一步步地教我如何绘制逻辑电路，如何理解触点、线圈、定时器、计数器等基本指令的含义和使用方法。我甚至可以根据书中的例子，在脑海中模拟PLC的执行过程，那种“豁然开朗”的感觉真是太美妙了！更让我赞叹的是，书中还穿插了一些经典的PLC应用案例，从简单的水泵控制，到复杂的装配流水线协同，都提供了详细的原理分析和程序设计思路，这让我能够看到理论知识是如何转化为实际生产力的，极大地激发了我学习的动力。这本书就像一位循循善诱的老师，一步步引导我走进了PLC的世界，让我对自动化控制产生了浓厚的兴趣，并且坚信我能够掌握这项强大的技能。

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《可编程控制器原理及其应用》这本书最大的亮点在于其对 PLC 发展趋势和未来应用的前瞻性探讨。在阅读的过程中，我不仅仅学习了 PLC 的现有技术，更对它在未来工业自动化和智能化浪潮中的角色有了更深的理解。书中深入分析了工业 4.0、物联网（IoT）以及云计算等新兴技术如何与 PLC 相融合，共同构建更智能、更柔性的自动化系统。例如，书中探讨了如何利用 PLC 与 IIoT 平台进行数据交互，实现设备状态的远程监控、预测性维护以及生产过程的优化。它还介绍了如何通过 PLC 实现边缘计算，在本地对数据进行预处理和分析，从而提高响应速度和降低网络负载。我尤其被书中关于“数字孪生”的概念所吸引，它描述了如何利用 PLC 采集的实时数据，在虚拟环境中构建一个与物理世界高度同步的数字模型，从而实现对生产过程的模拟、优化和预测。这种将 PLC 的硬件能力与软件的智能化相结合的思路，让我对自动化技术的未来发展充满了期待。书中还对 PLC 的安全性问题进行了深入的讨论，包括如何防止未经授权的访问、如何保证通信的加密和完整性，以及如何在网络攻击面前保护 PLC 系统的稳定运行。这让我认识到，在构建智能化系统的同时，安全性是不可忽视的重要一环。这本书让我看到了 PLC 作为连接物理世界与数字世界的关键节点，在推动工业智能化进程中的重要作用，也为我探索更前沿的自动化技术提供了方向。

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坦白说，在翻阅《可编程控制器原理及其应用》之前，我对 PLC 的认知仅限于“工业界的自动化设备”。然而，这本书彻底颠覆了我的刻板印象，它以一种非常系统且极具洞察力的方式，展现了 PLC 在现代制造业中的核心地位以及其背后深刻的工程原理。书中有相当一部分篇幅详细讲解了 PLC 的通信协议和网络技术，这一点让我印象尤为深刻。我了解到，现代的 PLC 并非是孤立工作的，而是需要与其他设备、甚至是其他 PLC 进行高效、可靠的通信。书中对 RS-232、RS-485、以太网/IP、PROFINET 等主流通信协议的原理进行了深入浅出的介绍，分析了它们各自的优缺点以及适用场景。更重要的是，它还探讨了如何通过这些通信方式构建复杂的分布式控制系统，实现数据的共享和协同工作。例如，在介绍以太网/IP 时，书中通过一个汽车制造流水线的案例，详细说明了不同工位上的 PLC 如何通过以太网进行通信，实时传递产品信息、工位状态、设备故障等数据，从而实现整个生产线的无缝对接和智能化调度。这不仅仅是简单的数据传输，还涉及到对通信数据的格式化、错误校验以及优先级管理，确保了信息在复杂网络环境下的准确性和及时性。此外，书中还讨论了 PLC 在信息集成方面的作用，比如如何将 PLC 的生产数据上传到 SCADA 系统或 MES 系统，实现生产过程的可视化和追溯。这让我看到了 PLC 作为制造业数字化转型的关键节点，其在连接“设备层”与“管理层”之间的桥梁作用。这本书让我对工业自动化有了更深层次的理解，也认识到掌握 PLC 的通信技术是实现更高级别智能制造的关键。

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在阅读《可编程控制器原理及其应用》的过程中，我被书中严谨的逻辑性和丰富的实践案例深深吸引。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一本引导读者深入思考和探索的“武功秘籍”。书中关于 PLC 程序设计原则的讲解，让我对如何编写高效、可靠、易于维护的 PLC 程序有了全新的认识。作者强调了模块化编程、结构化编程的思想，并详细介绍了如何利用子程序、功能块等方式来组织和管理复杂的 PLC 程序。这对于我理解大型自动化系统的开发至关重要，它让我看到，即使是再复杂的控制任务，也可以通过合理的程序结构来分解和实现。书中提供的多个工业应用案例，涵盖了机械制造、食品加工、环保工程等多个领域，每个案例都详细分析了 PLC 在其中的具体应用，包括如何根据工艺要求选择合适的 PLC 型号，如何设计输入输出信号，如何编写控制程序，以及如何进行系统调试和优化。这些案例的分析非常深入，不仅仅是简单地给出解决方案，而是详细解释了设计思路、技术难点以及最终的实现效果，让我能够从真实的生产环境中学习 PLC 的应用经验。我特别喜欢书中关于故障诊断和排除的章节，它系统地总结了 PLC 在实际运行中可能遇到的各种故障，并提供了详细的诊断方法和排除步骤。这让我明白，在自动化系统的应用中，故障的快速诊断和有效排除是保证系统稳定运行的关键。这本书为我提供了一个完整的 PLC 应用知识体系，也为我未来从事自动化项目开发积累了宝贵的经验。

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作为一名对嵌入式系统和物联网领域充满热情的技术爱好者，我一直都在寻找能够连接硬件与软件、实现智能控制的桥梁。《可编程控制器原理及其应用》这本书恰好填补了我在这方面的知识空白。书中对 PLC 的编程逻辑和数据处理方式的讲解，让我看到了其与传统单片机编程的异同，以及 PLC 在实时性、可靠性和易用性方面的独特优势。特别是在讲解 PLC 的数据类型和数据处理指令时，书中详细介绍了各种数据类型（如位、字节、字、双字、浮点数）的存储方式和运算规则，以及如何利用这些数据进行复杂的逻辑判断和算术运算。这对于我理解 PLC 如何处理传感器采集到的模拟量信号，或者如何根据复杂的算法进行控制决策至关重要。书中还深入分析了 PLC 的扫描周期和扫描方式，解释了 PLC 是如何周期性地读取输入、执行程序、刷新输出的，以及如何通过中断和定时任务来处理突发事件或实现高精度的定时控制。这种对 PLC 工作机制的细致讲解，让我能够更好地理解 PLC 程序的可预测性和稳定性。更让我惊喜的是，书中还探讨了 PLC 与其他硬件设备的接口技术，例如如何通过模拟量输入/输出模块连接各种传感器和执行器，如何利用脉冲输出模块实现步进电机或伺服电机的精准控制。这些内容都为我将 PLC 应用于更广泛的物联网场景提供了宝贵的指导。这本书让我看到了 PLC 在构建分布式智能系统方面的巨大潜力，也为我学习更高级的嵌入式控制技术打下了坚实的基础。

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这本书的深度和广度都超出了我的预期，尤其是在 PLC 的应用层面，它提供了一个非常全面的视角。我原本以为 PLC 只是用于工业自动化，但通过阅读这本书，我才意识到它的应用范围远比我想象的要广泛得多。书中详细介绍了 PLC 在楼宇自动化中的应用，比如如何控制空调系统、照明系统以及安防系统，这让我对智能建筑有了全新的认识。它不仅解释了如何通过 PLC 实现这些系统的自动化，还分析了不同传感器（如温度传感器、光照传感器、人体感应传感器）与 PLC 的连接方式，以及如何编写程序来根据环境变化进行响应。例如，书中关于照明控制的章节，详细阐述了如何利用光照传感器和定时器，在白天光线充足时自动关闭灯光，在傍晚或阴天时自动开启，并且可以通过编程实现不同区域的独立控制，甚至是根据预设的时间表进行开关。这不仅仅是简单的开关控制，还涉及到更复杂的逻辑判断和参数设置，让我深刻体会到 PLC 的灵活性和强大之处。此外，书中对 PLC 在交通控制领域的应用也进行了深入的剖析，从简单的十字路口信号灯控制，到复杂的立交桥匝道流量控制，都提供了详实的案例和分析。我特别被书中关于智能交通信号灯控制的章节所吸引，它讲解了如何通过车辆检测器（如感应线圈或视频检测器）获取车流量信息，然后由 PLC 根据实时数据动态调整信号灯的配时方案，从而优化交通流量，减少拥堵。这不仅仅是时间的简单累加，而是涉及到了对交通流的实时分析和预测，以及复杂的算法应用。这本书让我看到了 PLC 在提升社会运行效率、改善生活品质方面的重要作用，也为我未来可能的职业发展方向提供了新的思考。

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《可编程控制器原理及其应用》这本书的结构设计非常合理，层次分明，循序渐进，让我在学习过程中感到非常顺畅。从最基础的 PLC 概念介绍，到复杂的应用案例分析，每一个环节都衔接得非常自然，没有让人感到突兀或难以理解的地方。作者在讲解 PLC 的基本概念时，并没有使用过于专业的术语，而是通过类比和形象化的语言，将抽象的原理变得通俗易懂。例如，在介绍 PLC 的扫描周期时，作者将其比作一个“不知疲倦的工作者”，不断地重复着“看一看（输入）、做一做（处理）、报一报（输出）”的循环，这种生动的比喻让我立刻就抓住了 PLC 的核心工作模式。随着内容的深入，书中逐渐引入了更专业的术语和技术概念，但每一个新的概念都会有详细的解释和例证，让我能够逐步消化和理解。我尤其欣赏书中在讲解 PLC 的不同编程语言时，对每一种语言的特点、适用场景以及编程语法进行了详细的阐述。无论是梯形图、指令表，还是结构化文本，我都能够通过书中的讲解，对其有一个清晰的认识。而且，书中并没有仅仅停留在理论讲解，而是通过大量的图表、流程图和代码片段，将抽象的知识具体化，让我能够更直观地理解 PLC 的工作原理和编程方法。这种图文并茂的讲解方式，大大提升了我的学习效率和兴趣。这本书的编排设计，充分考虑到了不同水平的学习者的需求，既适合初学者入门，也能够为有一定基础的读者提供更深入的理解和参考。

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这本书不仅是理论知识的宝库，更是实践操作的绝佳指南。在阅读《可编程控制器原理及其应用》的过程中，我深刻体会到了理论与实践相结合的重要性。书中针对每一个 PLC 的基本指令，都提供了详尽的解释和实际的应用示例，让我能够清晰地理解指令的功能和使用场景。例如，在讲解定时器指令时，书中不仅介绍了不同类型的定时器（如延时定时器、脉冲定时器），还详细说明了它们的参数设置和工作原理，并通过具体的例子展示了如何利用定时器实现周期性任务或延时控制。我尝试着根据书中的例子，在脑海中模拟 PLC 执行这些指令的过程，并想象着如何在真实的硬件上实现这些功能。更重要的是，书中还鼓励读者进行实际的练习，甚至提供了一些简单的硬件搭建建议，让我们可以亲手体验 PLC 的编程和调试过程。虽然我目前还没有机会接触到真实的 PLC 硬件，但通过书中提供的流程图和伪代码，我已经在脑海中进行了大量的模拟实践，这极大地增强了我对 PLC 编程的信心。我尤其欣赏书中关于程序调试的章节，它系统地介绍了 PLC 调试过程中可能遇到的常见问题，以及如何利用 PLC 的监控和在线调试功能来排查和解决这些问题。这让我意识到，在实际应用中，调试往往比编写程序本身更具挑战性，而这本书为我提供了宝贵的调试经验和方法。这本书不仅传授了知识，更培养了我解决实际问题的能力，让我对未来将 PLC 应用于实际项目充满期待。

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这本书的语言风格非常独特，既有严谨的技术分析，又不失幽默和启发性。我很少能在一本技术类书籍中找到如此令人愉悦的阅读体验。作者在解释复杂的 PLC 指令和概念时，常常会使用一些生动形象的比喻，或者引用一些有趣的行业轶事，这使得原本枯燥的技术知识变得鲜活起来。例如，在讲解 PLC 的错误处理机制时，作者将其比作一个“经验丰富的医生”，能够及时发现并处理系统中的“病症”，确保系统的正常运行。这种拟人化的表达方式，让我能够更轻松地理解 PLC 的内在逻辑和工作机制。而且，书中还穿插了一些作者在实际项目中的亲身经历和心得体会，这些真实的案例分享，让我感受到了技术背后的思考和探索过程，也从中学习到了很多宝贵的实践经验。我尤其欣赏书中关于“少即是多”的设计哲学，它倡导在 PLC 程序设计中，力求简洁、高效，避免不必要的复杂性，这让我认识到，好的程序不仅要能够实现功能，更要易于理解和维护。这本书的语言风格，就像一位经验丰富、风趣幽默的老师，用一种非常轻松愉快的方式，将深奥的技术知识传递给我。这种学习体验，不仅仅是知识的获取，更是一种思维的启迪和视野的拓展。

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《可编程控制器原理及其应用》这本书为我打开了一扇通往自动化世界的大门。在阅读这本书之前，我对 PLC 的认识非常有限，甚至有些望而却步。然而，通过这本书，我逐渐理解了 PLC 的核心原理，掌握了基本的编程技巧，并且对它在各个领域的广泛应用有了深刻的认识。这本书不仅传授了知识，更重要的是点燃了我对自动化技术的热情，让我看到了一个充满无限可能的领域。书中对 PLC 的硬件结构、指令系统、编程语言、通信协议以及应用案例的全面讲解，构成了一个完整的 PLC 知识体系。我能够清晰地理解 PLC 是如何工作的，如何通过编程来实现各种自动化控制功能，以及如何将 PLC 应用于实际的生产和生活中。我特别喜欢书中关于“学以致用”的理念，它鼓励读者将所学的知识运用到实际项目中，并通过大量的案例分析，展示了 PLC 在解决实际问题中的巨大价值。这本书就像一个“启蒙者”，引导我走进了 PLC 的世界，让我对自动化技术产生了浓厚的兴趣，并且激发了我深入学习和探索的动力。我相信，这本书将成为我未来在自动化领域深造的宝贵财富。

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