基于单片机的嵌入式系统开发 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:经济管理

作者:佟国香

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2007-8

价格:36.00元

装帧:

isbn号码:9787802079700

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• C语言
• 开发
• 实践
• 硬件
• 软件
• 电子工程
• STC
• 51单片机

深入浅出：现代电子设计中的信号处理与控制理论实践 内容概述： 本书旨在为电子工程、自动化控制及相关领域的工程师和高级学生提供一个全面而深入的视角，聚焦于现代电子设备设计中至关重要的信号处理基础与经典控制理论的实际应用。全书结构严谨，从底层数学原理出发，逐步过渡到复杂的系统设计与实现。它并非侧重于特定微控制器（如单片机）的编程或外设操作，而是强调系统级别、算法层面的理解与工程化能力。 第一部分：连续与离散信号的数学基础 本部分首先为读者奠定坚实的数学基础，这是理解任何高级信号处理和控制系统的基石。 第一章：傅里叶分析与频谱视角 本章详细阐述了连续时间信号的傅里叶级数与傅里叶变换。重点讲解了周期性、非周期性信号在频域中的表示，包括如何计算频谱、理解相频与幅频特性。随后，深入探讨了离散时间信号分析的必要性，引出离散傅里叶变换（DFT）及其高效实现——快速傅里叶变换（FFT）算法。我们将分析FFT在实际工程中的应用限制，如栅栏效应、混叠现象及其规避措施，并提供实例展示如何利用MATLAB或Python等工具进行频谱分析。 第二章：经典变换工具：拉普拉斯与Z变换 拉普拉斯变换作为分析连续时间线性时不变（LTI）系统的核心工具，在本章中得到详尽的讲解。内容涵盖了正反变换对、性质推导及其在求解微分方程中的应用。重点在于系统函数的建立及其在s域中的稳定性判据（如根轨迹法的基础）。紧接着，我们将Z变换引入，作为分析离散时间系统的对偶工具。详细讨论了Z变换的收敛域（ROC）概念、共轭对性质，以及如何利用Z变换求解差分方程，并演示了如何从连续系统的时域模型推导出对应的离散化模型。 第二部分：数字信号处理（DSP）核心技术 本部分转向数字域，探讨信号采样的理论基础和主要的数字滤波设计方法。 第三章：采样理论与量化误差分析 本章深入探讨了奈奎斯特-香农采样定理的物理意义和数学推导。详细分析了采样过程中引入的各种非理想因素，如混叠（Aliasing）、孔径效应和量化噪声。内容覆盖了抗混叠滤波器的设计要求、数据采集系统的精度与速率选择的权衡。同时，引入了过采样（Oversampling）和欠采样（Undersampling）技术在特定应用中的优势与挑战。 第四章：数字滤波器设计 I：FIR 滤波器 有限冲击响应（FIR）滤波器因其线性相位特性，在对相位失真敏感的应用中至关重要。本章详细介绍了FIR滤波器的基本结构与设计原理。重点讲解了窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗）的设计过程、频谱泄露与旁瓣衰减之间的关系。随后，深入剖析了频率采样法和Parks-McClellan (MP) 算法，旨在指导读者设计出具有特定幅频响应的最佳幅值FIR滤波器。 第五章：数字滤波器设计 II：IIR 滤波器 无限冲击响应（IIR）滤波器以其更低的阶数和更陡峭的过渡带特性受到青睐。本章首先回顾了模拟滤波器（巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）的经典设计。然后，重点介绍了连续时间系统向离散时间系统转化的主要方法，包括脉冲不变法和双线性变换法（Bilinear Transform）。特别强调双线性变换引入的频率压缩现象及其在设计中的校正处理。本章将指导读者在工程实践中权衡FIR与IIR滤波器的优劣。 第六章：自适应滤波与谱估计基础 本章引入了更高级的信号处理概念。介绍了最小均方误差（LME）准则，并详述了LMS（最小均方）算法的迭代过程及其收敛性分析，应用于噪声消除和回声消除场景。此外，本章还涉及了非参数谱估计方法，如周期图法，并对比了更高级的参数化方法如自回归（AR）模型在窄带信号分析中的应用。 第三部分：经典控制系统理论实践 本部分侧重于分析和设计反馈控制系统，理解系统的动态行为和稳定性。 第七章：系统时域分析与校正 本章从传递函数和状态空间模型的角度重新审视LTI系统。重点讲解了单位阶跃响应、脉冲响应的物理意义，以及系统极点和零点对瞬态响应（超调、调节时间、峰值时间）的影响。随后，系统地介绍了经典的时域校正技术，包括比例（P）、积分（I）、微分（D）控制器的设计原则及其对系统性能指标（如稳态误差）的影响。 第八章：根轨迹法与频率响应分析 根轨迹法作为分析反馈系统闭环极点随开环增益变化的强大工具，在本章中被深入探讨。详细解析了绘制根轨迹的基本法则和关键点。随后，转向频率域分析，全面介绍波德图（Bode Plot）和奈奎斯特图（Nyquist Plot）的绘制与判据。重点讲解如何利用波德图快速评估系统的稳定裕度（相位裕度和增益裕度），并指导读者设计超前/滞后补偿器以满足特定的频率响应要求。 第九章：系统稳定性与补偿网络设计 本章系统化地总结了线性系统的各种稳定性判据，包括Routh-Hurwitz判据和奈奎斯特判据的严格应用。在补偿器设计方面，本章详细阐述了如何通过设计串联或并联补偿器来修改系统的频率响应特性，以达到所需的控制性能。内容包括PID控制器的参数整定（如Ziegler-Nichols方法）的局限性，以及如何利用根轨迹或波德图精确设计PD/PI/PID控制器，确保系统既快速又稳定。 第十章：状态空间法与现代控制基础 本章将视角提升至现代控制理论，介绍状态空间表示法，这是分析多输入多输出（MIMO）系统的核心。内容涵盖了状态方程的建立、解法，以及系统的能控性和能观测性分析。最后，简要介绍基于极点配置（Pole Placement）的状态反馈设计原理，展示如何利用现代方法实现对系统更精细的控制与设计。 总结： 本书的特色在于其强大的理论深度与工程实践的紧密结合，内容聚焦于信号分析、数字滤波以及经典控制理论，为读者构建了一个完整的、不依赖于特定硬件平台的嵌入式系统级算法与系统设计思维框架。书中的所有理论推导均基于严谨的数学模型，并通过大量工程实例（而非具体的微控制器代码实现）来验证算法的有效性。

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说实话，我之前尝试过几本号称是“嵌入式开发入门”的书籍，但很多都停留在理论的介绍或者对某个特定芯片的简单应用演示，缺乏系统性和深度。但这本书在涉及到具体模块的驱动开发时，展现出了教科书级别的严谨性。比如，关于定时器和中断处理的部分，它不仅讲解了如何配置寄存器，还深入探讨了中断服务程序的编写规范、优先级设置对实时性的影响，甚至还涉及了竞态条件和互斥锁等并发控制的基础概念。这对我理解操作系统中任务调度的底层逻辑非常有帮助。我印象特别深刻的是，书中对GPIO、ADC等基础外设的讲解，作者似乎在刻意地引导读者去思考“为什么”要这样设计，而不是简单地告知“如何”使用。这种追根溯源的教学方法，让我在阅读完后，面对一个新的、从未接触过的外设时，也能快速地找到切入点，自行推导出配置思路。这种能力，远比死记硬背某个例程要宝贵得多。它构建的是一种解决问题的思维模式，而不是一套现成的答案。

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技术书籍的生命力很大程度上取决于其对前沿技术的覆盖广度和跟进速度。这本书在这方面表现得相当出色。虽然是基于某个特定平台的开发，但作者并没有故步自封。书中专门开辟了一个章节来讨论实时操作系统（RTOS）的选型与应用，并以一个主流的轻量级RTOS为例，详细演示了任务创建、信号量机制、消息队列通信等核心概念的实现。更难能可贵的是，作者在介绍这些概念时，并未局限于理论描述，而是紧密结合到前面的硬件驱动上来，展示了如何在带操作系统的环境下组织一个大型嵌入式软件的架构。这为我后续转向更复杂的物联网（IoT）项目奠定了坚实的基础。我可以看到，作者对整个技术栈的理解是贯通的，从最底层的寄存器操作，到上层的应用逻辑和中间层的操作系统抽象，都处理得游刃有余，这种广博的视野是很多专业书籍所欠缺的。

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这本书的封面设计实在是很吸引人，那种深蓝色的背景搭配着醒目的橙色字体，一下子就能抓住眼球。拿到手里感觉分量十足，拿到手上才知道内容是多么的厚实。我本是硬件电子专业出身，对单片机有所了解，但对嵌入式系统的整体架构和软件开发流程却是一头雾水。这本书的导论部分就花了大量的篇幅来搭建宏观的知识框架，从嵌入式系统的定义、发展历程到硬件选型、软件开发环境的搭建，都介绍得非常详尽。尤其是对各种主流微控制器架构的对比分析，比如ARM Cortex-M系列和一些经典的8051系列，作者都没有敷衍了事，而是从性能、功耗、生态支持等多个维度进行了深入剖析。对于我们这些初学者来说，这种由浅入深的讲解方式，建立起坚实的理论基础至关重要。它不是那种只罗列代码片段的枯燥手册，而是真正将理论与实践紧密结合起来的引导者。我特别喜欢它在介绍开发工具链时，那种循序渐进的风格，对于配置交叉编译环境、调试器使用等让人头疼的环节，作者都给出了清晰的步骤和注意事项，让人在第一次尝试时就能顺利跑起来，极大地增强了学习的信心。

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从排版和阅读体验来看，这本书的质量也属上乘。很多技术书籍的图表晦涩难懂，公式推导更是让人望而生畏，但这本书在这方面的处理非常人性化。电路图清晰明了，层次分明，关键的信号流向和连接关系一目了然。更重要的是，代码的排版采用了非常舒适的字体和适当的行距，即便是面对上百行的代码块，也不会产生视觉疲劳。对于像我这样需要长时间阅读技术文档的人来说，这是一个非常重要的加分项。作者在讲述复杂概念时，善于运用类比和形象化的描述，使得原本抽象的技术名词变得具体可感。比如，他在解释存储器映射和总线仲裁机制时，所用的比喻非常贴切，让我很快就把握住了核心原理。总而言之，这是一本在内容深度、实践指导和阅读体验上都达到了极高水准的专业书籍，绝对是值得拥有的参考资料。

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这本书在项目实践部分的安排着实称得上是匠心独运。它并没有采用那种“小打小闹”的LED闪烁或者串口通信的简单案例，而是直接切入了几个贴近实际工业应用场景的综合性项目。我重点关注了其中关于数据采集与处理的章节，作者构建了一个基于嵌入式平台的环境监测系统。从传感器信号的预处理、模数转换，到数据的滤波算法实现，再到最终通过网络协议栈上传到云端，整个流程被拆解得井井有条。让我尤其欣赏的是，作者在代码注释和设计文档方面做得非常到位，几乎每一段关键代码都有清晰的解释，而且还穿插了许多“作者手记”，分享了他们在实际开发中遇到的陷阱和优化技巧。这些经验之谈，对于我们这些缺乏实战经验的爱好者来说，简直是无价之宝。它让我明白了，真正的嵌入式开发不仅仅是把硬件点亮，更在于如何用高效、可靠的方式处理真实世界中的不确定性数据。

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