SoC单片机实验、实践与应用设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:万光毅

出品人:

页数:431

译者:

出版时间:2006-5

价格:39.50元

装帧:

isbn号码:9787810778480

丛书系列:

图书标签:

• SoC单片机
• 嵌入式系统
• 实验设计
• 实践教学
• 应用开发
• 单片机原理
• 硬件设计
• 软件编程
• ARM
• STM32

《嵌入式系统硬件开发与调试技法》 本书旨在为广大嵌入式系统硬件工程师、电子设计爱好者以及相关专业的学生提供一本全面、实用的硬件开发与调试指南。内容涵盖了嵌入式系统硬件设计的各个关键环节，从原理图绘制、PCB布局布线，到电源设计、信号完整性分析，再到各类常用接口的实现与调试，以及最终的系统集成与测试。 核心内容概览： 第一部分：嵌入式系统硬件设计基础 嵌入式系统概述与硬件选型： 深入剖析嵌入式系统的定义、架构、关键组成要素（CPU、存储器、外设等），并详细介绍如何根据项目需求进行高性能、低功耗、高集成度的微处理器或微控制器（MCU）的选型。我们将讨论不同处理器架构（如ARM Cortex-M, RISC-V等）的优缺点，以及存储器类型（SRAM, DRAM, Flash）的选择策略。 原理图设计与库管理： 掌握现代EDA（Electronic Design Automation）工具的使用，学习如何绘制清晰、规范、易于理解的原理图。重点讲解元器件符号的绘制与库的建立，包括原理图层次化设计，提高设计效率和可维护性。 PCB布局布线艺术与技巧： 深入讲解PCB（Printed Circuit Board）设计的基本原则，包括元器件的物理布局、信号线的布线策略（单层、多层板）、电源和地线的处理、高频信号的处理、阻抗匹配等。介绍如何利用PCB设计软件进行优化布线，以确保信号的可靠传输和系统的稳定性。 高可靠性电源设计： 详细阐述嵌入式系统中电源设计的重要性，包括线性稳压器（LDO）、开关稳压器（DC-DC）的选型与应用，以及低压差线性稳压器的设计。强调电源去耦、滤波、EMI（Electromagnetic Interference）抑制等关键技术，确保为敏感电路提供干净、稳定的电源。 第二部分：关键硬件模块设计与实现 存储器接口设计与优化： 讲解SDRAM、DDR SDRAM、NAND Flash、NOR Flash等主流存储器与主控芯片的接口设计。重点分析存储器时序、数据总线宽度、速率等参数对系统性能的影响，并提供优化存储器访问效率的实用技巧。 通信接口设计与应用： UART/USART： 详细讲解串行通信协议，包括波特率、校验位、停止位等参数的设置。演示如何设计和调试UART接口，用于与PC、传感器、其他MCU的通信。 SPI/I2C： 深入剖析SPI（Serial Peripheral Interface）和I2C（Inter-Integrated Circuit）总线的通信机制，包括主从模式、数据传输方向、时钟同步等。提供实际应用案例，如驱动LCD显示屏、连接外部ADC/DAC、EEPROM等。 USB接口设计与实现： 讲解USB协议的基本框架，包括枚举过程、设备类（如HID, CDC, MSC）的应用。重点介绍USB Host和USB Device的设计，以及如何利用USB接口进行数据传输和设备连接。 以太网接口设计： 讲解以太网物理层（PHY）与MAC（Media Access Control）层的接口设计。讨论如何实现TCP/IP协议栈在嵌入式设备上的应用，实现网络通信功能。 CAN总线接口设计： 深入分析CAN（Controller Area Network）协议的帧格式、仲裁机制，以及在汽车电子、工业自动化等领域的应用。演示CAN接口的硬件实现与调试。 传感器接口与数据采集： 介绍各类常用传感器（如温度、湿度、光照、加速度、陀螺仪、GPS等）的工作原理及其接口类型。讲解如何设计数据采集电路，并将传感器数据通过ADC（Analog-to-Digital Converter）或数字接口转换为可用的数字信号。 人机交互接口设计： 按键与LED： 讲解按键输入消抖技术，LED驱动电路设计，包括PWM（Pulse Width Modulation）调光等。 LCD/OLED显示驱动： 介绍点阵LCD和OLED显示屏的驱动原理，详细讲解驱动IC的接口协议和控制方法，实现图形和文本的显示。 触摸屏接口： 讲解电阻式和电容式触摸屏的原理，以及其与MCU的接口设计。 第三部分：系统调试与故障排除 调试工具与方法： 详细介绍各类嵌入式系统硬件调试工具，如逻辑分析仪、示波器、信号发生器、JTAG/SWD调试器等。讲解如何利用这些工具进行信号捕获、协议分析、时序测量，以及故障定位。 信号完整性分析与EMC/EMI设计： 深入讲解信号完整性（SI）的概念，包括反射、串扰、损耗等问题，以及如何通过PCB设计和元器件选择来改善信号质量。介绍EMC（Electromagnetic Compatibility）和EMI的基本原理，并提供实用的EMC/EMI设计指南，以减少电路对外部的电磁干扰和抵抗外部干扰的能力。 硬件故障排除策略： 提供一套系统性的硬件故障排除流程，从现象分析、初步判断到深入排查。讲解常见的硬件故障类型（如短路、开路、元器件损坏、时序错误、电源异常等）及其诊断方法。 系统集成与性能优化： 讲解如何将各个硬件模块有效地集成起来，形成完整的嵌入式系统。讨论系统性能的优化方法，包括时钟频率调整、总线带宽利用、功耗管理等。 可靠性与生命周期管理： 探讨嵌入式系统硬件设计的可靠性原则，包括元器件的选型、热设计、防静电（ESD）保护等。简要介绍嵌入式硬件的设计文档管理和生命周期考量。 本书通过大量的图例、实例和实操建议，旨在帮助读者掌握嵌入式系统硬件设计的全流程，提升硬件调试与故障排除能力，为开发出高性能、高可靠性的嵌入式产品奠定坚实的基础。无论您是初学者还是有经验的工程师，都能从中获益。

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这本书的阅读体验，对于心浮气躁的初学者来说，或许有些“劝退”，但对于那些已经有一定基础，渴望突破瓶颈的进阶人士，则简直是醍醐灌顶。它最大的价值在于其“底层视角”的构建能力。在讲解通信协议栈（比如CAN总线或SPI接口）时，它不是简单地讲解协议帧的格式，而是从电平信号的时序图出发，逐步向上构建到数据包的封装与解封装过程，让你清晰地看到电信号是如何转化为高层逻辑数据的。这种自底向上的构建过程，使得读者在面对硬件故障或通信异常时，能够迅速定位问题所在，而不是像无头苍蝇一样在软件栈中盲目调试。这本书真正培养的是一种“硬件思维驱动的软件设计”能力，这在当前高度抽象化的开发环境中，显得尤为珍贵和稀缺。

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从排版和配图的角度来看，这本书显然更注重内容的密度而非视觉的愉悦。图表往往是黑白的，结构清晰，但缺乏现代教材中那种鲜艳的色彩引导。然而，正是这种朴素，反而让读者可以将全部注意力集中在逻辑推演之上。我印象最深的是其中关于实时操作系统（RTOS）调度的那一部分内容，作者通过一系列精心构造的时序图，清晰地展示了多任务竞争资源时的上下文切换过程，以及如何通过优先级反转机制来避免灾难性的系统死锁。这不是通过引用某个著名RTOS的API文档来敷衍了事，而是基于原理的模拟和分析，这对于理解操作系统内核级别的调度机制至关重要。这本书没有教你如何使用某个特定厂商的RTOS库，而是让你学会如何“构建”一个类似的调度器，这种思维层次的提升，是任何速成指南都无法比拟的。

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这本书的封面设计相当朴实，那种老式的科技书籍质感扑面而来，让人一眼就能感受到它深厚的理论底蕴。我翻开目录时，内心涌起一股久违的学习冲动。那些章节标题，诸如“中断向量的高效管理”或“模拟信号链的优化设计”，无不指向工程实践的核心。我尤其欣赏它对底层硬件交互的细致描述，不同于市面上很多流于表面的教程，这本书似乎真的愿意带着读者深入到寄存器的世界里去搏斗一番。它没有过多渲染时髦的技术术语，而是专注于讲解那些经过时间沉淀、真正能解决问题的硬核知识。初读下来，感觉作者是一位经验丰富的老工程师，他不是在向你推销最新的概念，而是在传授如何建造一座稳固大厦的砖瓦与灰浆。对于那些渴望摆脱“代码搬运工”身份，真正想理解芯片“呼吸”的读者来说，这本书无疑是打开新世界的一把钥匙，它要求你投入时间与精力，但回报将是扎实的系统认知能力。

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这本书的语言风格，怎么说呢，有一种不动声色的严谨性，读起来就像是上世纪八九十年代的经典教材，每一个句子都经过了精密的锤炼，不容许丝毫歧义。它仿佛拒绝迎合快餐式的学习节奏，如果你指望在半小时内掌握一个复杂的定时器配置，那很可能会让你感到挫败。我特别关注了其中关于电源管理和低功耗设计的那几个章节，作者的处理方式非常到位，他没有仅仅停留在软件层面的睡眠模式调用，而是深入剖析了不同工作状态下芯片内部功耗的消耗机制，甚至涉及到了晶振的精确选型对整体能效的影响。这种由宏观到微观，再由微观回溯到系统级的论述结构，构建了一个非常完整的知识闭环。读完后，你会发现自己对“省电”这个概念的理解，已经从一个简单的“关机”提升到了对能量流动的精细控制层面，这对于任何从事嵌入式系统开发的专业人士来说，都是极具价值的财富。

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这本书的案例选择带着一种浓厚的“工程实用主义”色彩，完全避开了那些华而不实的炫技项目，转而聚焦于工业控制、数据采集等对稳定性和可靠性要求极高的领域。例如，在介绍模数转换器（ADC）的应用时，作者详细探讨了如何在高噪声环境下通过软件滤波技术来提高测量精度，并对比了不同滤波器（如卡尔曼滤波的简化版与滑动平均）在计算负载与收敛速度上的权衡。这种详尽的对比分析，体现了作者在实际工程中摸爬滚打的经验。它不会告诉你“这个滤波算法是最好的”，而是会教你“在你的具体约束条件下，如何选择一个最合适的算法”。这种务实到近乎苛刻的态度，使得这本书更像是一位资深项目经理在传授“避坑指南”，而不是一个理论教授的学术报告。

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