单片机原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:曹巧媛

出品人:

页数:93

译者:

出版时间:1999-7

价格:9.00元

装帧:

isbn号码:9787505354142

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 原理与应用
• 电子技术
• 微控制器
• C51
• 汇编语言
• 硬件设计
• 实践教程
• 电子工程

深入解析现代集成电路设计与优化 图书名称：集成电路设计与优化实践指南 内容简介 本书聚焦于现代集成电路（IC）设计的复杂性、前沿技术以及面向实际应用的优化策略。在信息技术飞速发展的今天，集成电路已成为支撑所有电子系统的核心基石，从智能手机的移动处理器到高性能计算集群的定制加速器，其设计质量直接决定了最终产品的性能、功耗和可靠性。本书旨在为电子工程、微电子学领域的专业人士、高级学生以及致力于芯片研发的工程师提供一本兼具理论深度和工程实践指导的参考手册。 全书结构清晰，内容涵盖了从系统级架构定义到晶体管级精细调优的完整设计流程，并特别强调了在当前先进工艺节点下面临的挑战与应对之道。 第一部分：集成电路设计基础与前沿工艺分析 本部分奠定了理解现代IC设计所需的基础知识，并深入剖析了当前半导体制造工艺的演进趋势。 第一章：CMOS器件物理与工艺演进 详细阐述了MOSFET器件的工作原理、亚阈值效应、短沟道效应及其对电路性能的影响。随后，系统地介绍了从平面CMOS到FinFET（鳍式场效应晶体管）乃至Gate-All-Around（GAA）晶体管的技术演进路径。重点分析了先进工艺节点（如7nm、5nm及以下）带来的设计约束，如互连延迟增加、静电噪声敏感度提升以及工艺变异性（PVT Variation）的加剧。 第二章：设计流程概览与设计方法学 概述了数字IC设计的标准流程（ASIC/SoC设计流程），包括规格定义、架构设计、前端设计（RTL编码、逻辑综合）和后端设计（布局布线、物理验证）。深入探讨了设计方法学的转变，特别是从传统的时序驱动设计（SDC）向基于功耗、面积和时序综合考虑（PPA-driven design）的综合方法论的过渡。 第三章：低功耗设计核心技术 功耗已成为制约移动设备和数据中心性能提升的关键瓶颈。本章详细介绍了各种低功耗设计策略： 动态功耗控制： 频率/电压调节（DVFS/AVFS）机制、时钟树综合（CTS）中的低功耗技术、多电压域设计（Multi-Voltage Domains）。 静态功耗控制： 电压岛（Power Gating）技术、保持电路（Retention Circuits）的设计与实现、高阈值电压（High-Vt）库的应用。 自适应技术： 探讨了通过片上传感器和反馈环路实现功耗动态管理的前沿技术。 第二部分：高性能数字电路设计与验证 本部分聚焦于实现高速、高可靠性数字功能所需的电路结构、时序分析和验证方法。 第四章：时序分析与收敛策略 系统性讲解了时序分析的基础理论，包括建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）、时钟偏差（Skew）和时钟抖动（Jitter）的精确计算。本书详细阐述了静态时序分析（STA）工具的使用技巧，并提供了解决时序违例（Timing Violations）的实用方法，如缓冲器插入、逻辑重映射和输入/输出路径的延迟调整。 第五章：高性能算术与数据通路设计 关注核心计算单元的优化。详细分析了加法器（如先行进位加法器CLA、组内进位选择加法器CSLA）、乘法器（如Booth编码、阵列乘法器、Wallace树）以及除法器的结构优化，旨在最小化延迟和面积。还涵盖了流水线（Pipelining）技术的应用，如何通过合理划分阶段来提升吞吐量。 第六章：存储器设计与优化 存储器（SRAM、寄存器堆）在芯片面积和功耗中占据重要比例。本章探讨了不同类型的存储器单元的位单元（Bitcell）设计，如10T/8T SRAM单元的优劣比较。重点讲解了数据访问延迟的优化、读写稳定性分析（Setup/Hold Margin Analysis）以及低功耗待机模式下的数据保持策略。 第七章：形式化验证与功能覆盖 随着电路复杂度的增加，功能验证的难度呈指数级增长。本书深入介绍形式化验证（Formal Verification）技术，包括等价性检查（Equivalence Checking, EC）和属性规范验证（Property Specification Verification, PSV）。同时，强调了基于覆盖率驱动的验证方法，如何有效衡量测试向量对设计的覆盖程度，以确保设计的正确性。 第三部分：后端物理实现与信号完整性 本部分转向物理实现层面，关注如何将逻辑网表高效、可靠地映射到硅片上，并解决物理层面的信号完整性问题。 第八章：布局规划与时钟网络设计 详细阐述了从芯片尺寸确定到宏单元放置的整个布局规划过程。特别深入探讨了时钟树综合（CTS），这是决定芯片时序性能的关键步骤。内容包括：时钟脉冲的最小化技术、低偏斜（Low Skew）时钟网络的构建方法、时钟门控（Clock Gating）的应用及其对时序的影响。 第九章：互连延迟与信号完整性 在深亚微米工艺下，互连延迟和串扰效应成为主导因素。本章讲解了RC延迟模型的应用，并引入了先进的布线技术。重点讨论了串扰（Crosstalk）的识别与缓解，包括：布线间距规则的调整、屏蔽线的应用以及基于延迟建模的布线优化。同时，分析了电源网络（Power Delivery Network, PDN）的设计，包括IR降（IR Drop）和Ldi/dt噪声的仿真与优化，以确保电源的稳定性。 第十章：物理验证与签核流程 物理验证是确保设计满足流片要求的最后一道防线。本章详述了关键的签核（Sign-off）流程： 设计规则检查（DRC）： 确保布局符合代工厂的制造约束。 版图与原理图检查（LVS）： 验证物理版图与逻辑原理图的一致性。 静态时序验证（STA）（回顾与深入应用）：在全后仿真环境下进行最终确认。 功耗和热分析： 结合布局后的寄生参数，进行精确的功耗密度和热点预测，为封装设计提供输入。 结论：面向未来的IC设计趋势 本书最后总结了面向未来芯片设计的主要趋势，如Chiplet架构、异构集成、以及如何将AI/ML技术融入到设计自动化（EDA）工具链中，以应对不断增长的设计复杂性。本书不仅提供了“如何做”的技术指南，更强调了“为什么这样设计”的底层原理，培养读者解决下一代芯片挑战的能力。

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从内容编排来看，这本书的逻辑层次构建得极其严谨，简直是教科书级别的范本。它并没有一股脑地把所有外设功能都堆砌在一起，而是巧妙地将基础架构（如时钟系统、复位电路）和核心计算单元放在最前面，建立起坚实的理论基础后，才逐步展开到定时器、ADC、通信接口等外围模块。最让我印象深刻的是对“系统级设计”这一块的处理。作者没有孤立地讲解每个外设的功能，而是用一整章的篇幅来探讨如何根据实际应用需求（比如功耗、实时性要求）来选择合适的时钟源和中断优先级配置。这种宏观的视角，培养了读者从系统层面思考问题的习惯，而不是仅仅停留在“点对点”的模块功能查询上。这种系统化的知识整合能力，对于未来从事更复杂的嵌入式项目开发至关重要，体现了作者深厚的行业经验。

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我最欣赏的是作者在讲解复杂概念时所展现出的那种由浅入深、循序渐进的叙述方式。他似乎特别懂得如何站在一个完全没有基础的读者的角度去思考问题。比如，初次接触寄存器操作时，那种二进制和十六进制混用的情况，往往让新手望而却步。然而，这本书里，作者会先用非常生活化的比喻来解释位操作的意义，然后再逐步引入硬件层面的描述，最后才给出具体的汇编代码示例。这种“三段论”式的讲解，极大地降低了入门的门槛。更妙的是，书里并没有止步于“是什么”，而是深入探讨了“为什么是这样”，比如在谈到中断向量表重定位时，作者详细剖析了不同初始化场景下的内存访问优先级，这种对底层逻辑的追根溯源，让人感觉自己不仅仅是在学习一个现成的应用手册，而是在真正理解微控制器的“思维方式”。读完一个章节，总有一种茅塞顿开的感觉，知识点之间的联系也变得异常清晰。

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这本书的配套资源和实战演练部分，简直是物超所值。很多技术书籍只停留在理论层面，读者学完后只能对着书本空想，真正上手时两眼一抹黑。但这本书很不一样，它明确标注了每章对应可以在哪种开发板上进行验证，并且给出了详细的实验步骤。我尝试着搭建了书中的一个小型数据采集系统，按照步骤操作下来，整个过程异常顺畅，几乎没有遇到需要查阅其他资料才能解决的难题。代码示例的选择也很有眼光，不像有些教材那样堆砌那些不切实际的“大而全”的复杂程序，而是选择了最能体现该技术核心思想的、精炼而实用的案例。而且，书中对调试过程中的常见陷阱和错误提示也做了详尽的标注，比如如何通过示波器观察I/O口电平变化，如何利用仿真软件追踪程序执行流程，这些“野路子”的经验分享，比官方文档要实用得多。

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这本书的包装和排版设计真是一绝，拿在手里沉甸甸的，一看就知道是下了功夫的。扉页和目录的设计都很直观，让人对这本书的整体脉络一目了然。特别是章节之间的过渡，处理得非常自然流畅，不像有些技术书籍那样生硬割裂。印刷质量也是顶呱呱的，字迹清晰锐利，即便是那些复杂的电路图和时序波形图，也能分辨得清清楚楚，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。装帧上选用了那种略带磨砂质感的封面材料，触感非常舒适，即便是在图书馆里翻阅，也显得很有档次。书中的插图和图示，颜色搭配和布局都经过精心考量，色彩饱和度适中，既能起到引导视线的作用，又不会显得花哨。很多例子的示意图，连细微的元器件标识都能看清楚，这对于初学者来说简直是福音，能大大减少因看不清图样而产生的挫败感。可以说，光是这本“物料”本身，就已经体现了作者和出版社对知识传播的尊重与专业态度，为接下来的深度学习打下了坚实的基础。

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这本书的语言风格非常沉稳且富有洞察力，读起来有一种被一位经验丰富的工程师耐心指导的感觉。它很少使用那种过度渲染或夸张的词汇，而是用精确、严谨的术语来描述技术细节。但这种严谨丝毫不影响阅读的连贯性，因为作者总能在关键的技术难点处，用一两句精辟的总结来点明本质。比如在讨论看门狗定时器的工作原理时，它不仅仅是描述了“溢出复位”这个动作，而是深入分析了为什么这种机制在嵌入式系统中具有不可替代的地位，探讨了它与软件自检机制之间的互补关系。这种对技术哲学层面的探讨，让这本书超越了一般的教材范畴，更像是一本关于“如何做可靠嵌入式设计”的工具书。读完后，不仅学会了如何配置某个寄存器，更重要的是，养成了在设计之初就要考虑系统稳定性和容错性的良好习惯。

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