Intelligent Sensor Design Using the Microchip dsPIC pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Huddleston, Creed

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2006-12

价格:519.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780750677554

丛书系列:

图书标签:

dsPIC
传感器设计
智能传感器
微控制器
嵌入式系统
信号处理
数字电路
Microchip
传感器网络
控制系统

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具体描述

Intelligent seonsors are revolutionizing the world of system design in everything from sports cars to assembly lines. These new sensors have abilities that leave their predecessors in the dust! They not only measure parameters efficiently and precisely, but they also have the ability to enhance and interupt those measurements, thereby transformng raw data into truly useful information.

Unlike many embedded systems books that confine themselves strictly to firmware and software, this book also delves into the supporting electronic hardware, providing the reader with a complete understanding of the issues involved when interfacing to specific types of sensor and offering insight into the real-world problems designers will face. Meaningful software examples are implemented in both C and assembly language, and the source code is included on the accompanying CD. The examples provide a complete, easily extensible code framework for sensor-based applications as well as basic support routines that are often ignored or treated superficially. The goal throughout is to make readers truly productive as quickly as possible while providing the thorough understanding necessary to design robust systems.

Readers will gain in-depth, real-world design information that will help them be more productive and get up to speed on sensor design skills more quickly. The book provides designers and students a leg up in a relatively new design area, imparting knowledge about a new microcontroller that offers some of the functionality of a DSP chip.

Â· Quickly teaches the reader to design the new wave in sensor technology, "intelligent" sensors

Â· In-depth design techniques, real-world examples, detailed figures and usable code

Â· Application chapters thoroughly exploring temperature, pressure and load, and flow sensors

Â· A FREE CD that provides a toolkit of software models in both C and assembly language

智能系统设计与嵌入式控制实践：基于现代微控制器的深度探索本书旨在为电子工程、自动化、计算机科学及相关领域的工程师、研究人员和高级学生提供一个全面且深入的指南，专注于利用现代高性能微控制器平台进行复杂的智能系统设计、高级传感器数据采集、实时控制算法实现与系统集成。本书将摒弃对基础电路理论的赘述，直接聚焦于将前沿的数字信号处理（DSP）能力与嵌入式系统紧密结合，以应对当前工业物联网（IIoT）、机器人技术、先进过程控制以及高精度测量领域对系统性能的严苛要求。我们选择的参考平台是新一代具备强大处理核心、丰富片上资源与成熟生态系统的微控制器系列，这些平台是构建下一代智能设备的核心驱动力。第一部分：高性能嵌入式系统架构与开发环境本部分将首先建立现代嵌入式系统开发所需的坚实基础。我们将深入剖析高性能32位微控制器的内部结构，着重讲解其流水线执行单元、多核或协处理器架构（如硬件加速单元）以及内存管理单元（MMU/MPU）在实时操作系统（RTOS）环境下的关键作用。现代微控制器核心深度解析：详细对比Cortex-M系列、RISC-V架构等主流高性能核心的指令集效率、中断响应机制（如嵌套向量中断控制器NVIC的精细配置）与功耗优化策略。实时操作系统（RTOS）的精进应用：探讨FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS在资源受限环境下的任务调度策略（优先级继承、死锁避免）、内存池管理以及低延迟的进程间通信（IPC）机制。重点分析如何通过RTOS实现多任务并发控制，以满足复杂系统对并行处理的需求。高效固件开发流程与调试技术：涵盖从硬件抽象层（HAL）到应用层代码的结构化设计范式。介绍使用高级调试工具（如JTAG/SWD接口配合硬件断点、逻辑分析仪）对系统级性能瓶颈进行定位与优化的专业方法。第二部分：高级传感器接口、数据预处理与融合智能系统的核心在于准确、可靠地感知环境。本部分将超越简单的数字I/O操作，深入探讨如何高效地从各种物理传感器中提取高质量数据，并进行初步的智能处理。高速数据采集与DMA（直接内存存取）：详细讲解如何利用微控制器内置的高速模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）的同步模式，结合DMA控制器实现零CPU干预下的连续、高吞吐量数据流传输。涵盖过采样技术、数字滤波器的硬件加速实现。多速率传感器数据同步与时间戳：针对涉及多个异构传感器（如惯性测量单元IMU、光学传感器、环境监测阵列）的系统，介绍如何利用硬件定时器和精确时间协议（PTP/gPTP的简化实现）确保数据的一致性和时间同步性。传感器数据预处理与特征提取：深入探讨数字滤波器的设计与实现，包括自适应滤波器（如LMS算法）在噪声抑制中的应用。重点介绍傅里叶变换（FFT）在嵌入式DSP单元上的硬件加速实现，用于频谱分析和特征提取。贝叶斯滤波器与卡尔曼滤波（KF/EKF/UKF）的嵌入式实现：详细阐述如何将经典的状态估计算法移植到资源受限的微控制器上。讨论定点运算的精度控制、算法的迭代优化以及如何平衡计算复杂性与估计精度。第三部分：嵌入式控制算法与运动控制本部分专注于将采集和处理过的数据转化为精确的物理动作，涵盖从基础反馈控制到高级运动轨迹规划的实现。经典 PID 控制的精细调优与抗饱和设计：不仅介绍PID的离散化公式，更侧重于在实际系统中如何处理控制器的饱和、积分泄漏以及抗微分延迟等非线性问题。探讨增量式PID与绝对式PID的选择与应用场景。先进控制策略的嵌入式实现：引入先进控制理论在嵌入式平台上的实践，包括基于模型的预测控制（MPC）的简化实现框架、滑模控制（SMC）的鲁棒性设计，以及在小型系统上应用神经网络的初步探索。电机驱动与精确运动控制：详细讲解直流无刷电机（BLDC）和步进电机的矢量控制（FOC）算法的原理与嵌入式实现。重点介绍如何使用硬件定时器的高级输出模式（如互补PWM、死区控制）实现高效、低谐波的电机驱动。第四部分：系统集成、通信与现场部署智能系统必须能够与外部世界高效通信并可靠运行。本部分关注系统级集成、网络协议栈以及现场可靠性。现场总线与工业通信协议栈：深入解析工业级通信协议（如CAN FD、EtherCAT的轻量级从站实现）的硬件驱动与软件栈的集成。讨论如何构建可靠的数据链路层，处理报文优先级与错误恢复。面向边缘计算的通信：讲解MQTT、CoAP等轻量级物联网协议的嵌入式实现。侧重于低功耗广域网（LPWAN）接口（如LoRa/NB-IoT模块）的驱动与数据安全传输机制的建立。系统级功耗管理与可靠性设计：探讨如何利用微控制器的多级休眠模式、时钟门控技术以及外设电源管理，实现延长电池寿命的应用。讨论关键系统故障检测（看门狗、电压监测）与安全重启机制的设计。 OTA（空中下载）固件更新与安全启动：介绍在不中断系统核心功能的前提下，实现安全、原子性的固件升级机制。包括双备份存储区的管理、加密签名验证以及回滚机制的实现，确保系统在远程部署后的可维护性与安全性。本书的特色在于其极强的实践导向性，每一个理论概念都辅以详尽的代码示例和硬件配置说明，旨在让读者能够迅速地将先进的算法和控制理论转化为能够在高性能微控制器上稳定运行的智能产品原型。读者在完成本书内容后，将具备从概念设计到最终产品实现的完整能力，能够独立承担复杂嵌入式智能控制系统的开发任务。