电子系统设计基础

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页数:423
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出版时间:2008-9
价格:43.00元
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isbn号码:9787312024023
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  • 电子设计
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  • 电路分析
  • 模拟电子
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具体描述

《电子系统设计基础》是现代电子系统设计的基础教材,主要分为三篇内容。第一篇着重介绍了电子设计自动化(EDA)的基本原理和方法,包括“自上而下”的系统设计流程、硬件描述语言(HDL)设计方法以及可编程逻辑器件的基本原理等;第二篇详细介绍了VHDL语言的语法规范和编程方法,给出了大量的程序设计实例,并介绍了现场可编程门阵列(FPGA)开发系统的硬件结构和软件工具MAX+PLUSⅡ、QuartusⅡ的操作指南。第三篇以美国德州仪器公司(TI公司)的TMS320C54x系列DSP为例,对实现系统的另一种重要器件——数字信号处理器(DSP)进行了介绍,主要包括DSP的定点和浮点运算、TMS320C54x系列DSP的体系结构和指令系统,并给出了DSP开发软件CCS的操作指南。

电子系统设计基础:深入浅出的数字与模拟电路设计全景指南 本书旨在为读者构建一座坚实的电子系统设计基石,全面覆盖从基础理论到复杂应用的全景知识体系。我们聚焦于现代电子系统设计中最为核心且不可或缺的两大支柱:模拟电子技术与数字电子技术,并辅以系统级的信号处理与接口设计,确保读者能够真正掌握设计、分析和实现电子系统的能力。 第一部分:模拟电子电路的艺术与科学 本部分将带领读者深入理解连续时间信号的放大、滤波与调理,这是所有电子系统性能的“幕后英雄”。 第一章:半导体器件基础与基础放大电路 我们将从晶体管的物理结构和工作原理入手,重点剖析双极性结型晶体管(BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的特性曲线、等效模型及其在开关和放大中的应用。随后,我们将系统讲解放大电路的基本概念,包括增益、带宽、输入/输出阻抗。核心内容涵盖: 单级放大器设计:共源、共集、共基(及其对应的BJT结构)组态的详细分析,偏置电路的设计与稳定化技术。 多级放大器:阻抗匹配的考量、频率响应的特性分析,以及如何通过级联实现特定增益要求。 功率放大器:A类、B类、AB类和D类放大器的效率、失真特性及实际应用场景对比。 第二章:运算放大器(Op-Amp)的精妙应用 运算放大器作为通用模拟模块,其理解深度直接决定了模拟电路设计的上限。本章将详细解析理想运放模型到实际器件特性的演变,并专注于其在构建精密电路中的能力: 经典线性应用:反相、同相放大器、加法器、减法器、积分器和微分器的设计与稳定性分析。 有源滤波器设计:深入理解巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)等经典滤波器原型,掌握低通、高通、带通和带阻滤波器的设计步骤,并引入Sallen-Key等高阶滤波器的实现方法。 比较器与非线性应用:施密特触发器、窗口比较器的工作原理,以及如何利用运放实现电压控制振荡器(VCO)和乘法器。 第三章:反馈理论与系统稳定性 反馈是所有复杂电子系统稳定性的核心。本章将建立严谨的反馈理论框架: 反馈拓扑分析:串联、分流反馈的分析方法,反馈对增益、带宽和失真的影响。 频率补偿与稳定性判据:波特图(Bode Plot)的绘制与解读,相位裕度和增益裕度的概念,以及如何通过补偿技术确保系统稳定工作。 第二部分:数字系统的逻辑与架构 本部分将引导读者穿越离散化的世界,掌握二进制信息的表示、逻辑运算的实现以及复杂时序电路的构建。 第四章:布尔代数与组合逻辑电路 数字系统的基石——逻辑门和布尔代数是本章的重点: 逻辑代数基础:布尔表达式的化简,德摩根定律的应用。 组合逻辑元件:分析基本门(AND, OR, NOT, XOR)以及它们构成的多路选择器(MUX)、译码器、编码器和全加器。 可编程逻辑器件(PLD)基础:介绍可编程只读存储器(PROM)、现场可编程逻辑阵列(FPLA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)的基本结构和编程思想。 第五章:时序逻辑电路与存储单元 系统状态的记忆与同步是数字系统的灵魂: 基本存储单元:深入分析锁存器(Latch)和触发器(Flip-Flop,包括SR, JK, D, T型)的特性、边沿触发机制和时序要求。 寄存器与移位寄存器:数据并行与串行传输的设计与应用。 时序电路设计:有限状态机(FSM)的设计方法论,包括米利(Mealy)型和穆尔(Moore)型的状态图绘制、状态化简与驱动逻辑的实现。 第六章:半导体存储器与数据表示 理解现代计算系统所需的数据存储和转换机制: 存储器技术:SRAM、DRAM的工作原理、读写时序和组织结构。闪存(Flash Memory)的基本原理。 数/模与模/数转换器(DAC/ADC):详细讲解不同ADC架构(如逐次逼近式SAR、双积分式)的优缺点,以及选择合适的转换速度和分辨率的原则。 第三部分:系统集成与接口设计 电子系统并非孤立的模块,本部分关注如何将模拟前端与数字核心高效、可靠地连接起来。 第七章:时钟、同步与时序分析 在高速数字系统中,时序控制是成败关键: 时钟源与分配:晶体振荡器、锁相环(PLL)在频率合成和时钟抖动控制中的作用。 时序约束分析:建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)的计算,理解时钟域交叉(CDC)带来的挑战及基本解决方案。 第八章:总线通信与接口协议 系统间高效可靠地交换信息是现代设计的要求: 串行通信协议:UART、SPI和I2C的电气特性、帧结构和仲裁机制。 并行接口基础:理解异步和同步并行总线的握手协议。 系统级噪声与电磁兼容性(EMC):探讨信号完整性(SI)的基础概念,包括反射、串扰以及PCB布局对高频信号的影响,介绍基本的屏蔽与接地技术,确保系统在复杂电磁环境中稳定运行。 通过对以上八个核心章节的系统学习,读者将不仅掌握电子系统中的基本单元模块,更能建立起从底层器件到复杂系统集成的完整设计思维链条,为进入更高级的嵌入式系统、专用集成电路(ASIC)或系统级芯片(SoC)设计打下坚实的基础。本书强调理论推导与实际应用相结合,力求使每一位学习者都能清晰地描绘出电子系统的“蓝图”。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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不得不说,这本书的深度和广度都超出了我的预期。它不仅仅涵盖了电子系统设计的核心内容,还在一些前沿领域有所涉猎。例如,在关于射频电路设计的部分,作者虽然没有深入到具体的微波工程层面,但却清晰地讲解了阻抗匹配、S参数等基础概念,以及它们在射频系统中的重要性。这让我对那些看起来神秘莫测的射频应用有了一个初步的了解。此外,书中还简要介绍了FPGA(现场可编程门阵列)在现代电子设计中的应用,以及如何利用它来实现高度并行的数字信号处理。这让我看到了未来电子技术发展的趋势。作者在讲解过程中,始终保持着一种鼓励探索的精神,他会在适当的地方引导读者去进一步学习更深入的资料,而不是仅仅满足于提供有限的信息。我尤其喜欢他在讲解传感器接口部分的细致分析。他介绍了不同类型传感器的输出特性,以及如何设计相应的信号调理电路来匹配ADC的要求。这对于我在设计物联网设备时,处理各种传感器数据非常有帮助。

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这本书的封面设计朴实无华,没有太多花哨的插画或浮夸的字体,这反而让我觉得它更专注于内容本身。拿到手里,它的厚度适中,不会过于沉重,很适合放在书桌上随时翻阅。我原本是抱着一种“姑且试试”的心态开始阅读的,因为我之前在电子设计领域涉猎不多,主要是一些零散的知识点,缺乏系统性的梳理。然而,从第一章开始,我就被作者严谨的逻辑和清晰的讲解所吸引。他并没有上来就抛出艰涩的概念,而是循序渐进地介绍了电子系统的基本构成,从最基础的元器件,比如电阻、电容、电感,到半导体器件如二极管和三极管,再到更复杂的集成电路。每一个概念的引入都伴随着形象的比喻和贴切的实例,让我这个初学者也能很快理解。更让我印象深刻的是,作者在讲解理论知识的同时,非常注重实践的应用。书中穿插了大量实际电路的分析,并且在每一章节的末尾都提供了相关的实验设计思路和调试技巧。我记得有一次,我尝试着按照书中的一个简单放大电路的原理图去搭建,遇到了不少问题,调试了很久都不得要领。偶然翻到书中关于这个电路的“疑难解答”部分,作者详细列举了可能出错的地方,并给出了相应的解决方法,这对我帮助太大了。这种将理论与实践紧密结合的编写方式,极大地提升了我的学习效率和兴趣。我感觉自己不再是孤立地记忆一个个孤立的公式或原理,而是能够真正地“看到”电子信号在电路中是如何流动的,是如何实现各种功能的。这本书就像一位经验丰富的老师,耐心地引导我一步步走进电子设计的奇妙世界。

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初次接触这本书,我最大的感受就是其内容的扎实与深度。它不像市面上很多快餐式的教程,仅仅罗列一些皮毛知识,而是真正地在“打地基”。作者在开篇就花了相当大的篇幅来阐述电子系统的基本概念和设计流程,这部分内容看似枯燥,但却是理解后续章节的基石。他深入浅出地讲解了信号的本质,无论是模拟信号还是数字信号,以及它们在电路中的传播和处理方式。特别是在分析模拟信号路径时,他对噪声、失真、带宽等关键参数的讨论,让我对信号完整性有了更深刻的认识。很多时候,我们在设计电路时,都会忽略这些看似微小的因素,但正是这些因素,往往决定了整个系统的成败。书中通过大量的图示和公式推导,将这些复杂的概念变得直观易懂。我尤其喜欢作者在讲解运算放大器章节时,他不仅仅是介绍了各种典型的应用电路,还深入剖析了运算放大器本身的内部结构和工作原理,这使得我对它的性能限制和最佳使用方法有了更清晰的把握。当读到数字逻辑部分时,作者从最基本的逻辑门开始,逐步构建出复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。他对于状态机的设计与分析的讲解,让我感觉豁然开朗。之前对于一些同步与异步时序问题的困惑,在阅读了这部分内容后得到了很好的解答。这本书的价值在于,它不仅仅提供“怎么做”,更重要的是解释“为什么这么做”,这种深度的挖掘,让我受益匪浅。

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这本书的语言风格非常接地气,虽然内容涉及很多专业术语,但作者总是能够用通俗易懂的方式来解释它们。他避免了过于晦涩的学术语言,而是更倾向于使用读者能够理解的日常语言。这对于我这样的非专业背景读者来说,极大地降低了学习门槛。例如,在讲解数模混合电路的功耗优化时,他会用“电老虎”来形容那些消耗大量能量的模块,然后循序渐进地分析如何“驯服”这些“电老虎”。这种生动形象的比喻,让我对抽象的功耗概念有了更直观的感受。此外,作者在讲解过程中,还穿插了一些自己在实际工作中遇到的趣闻轶事,这让整个阅读过程变得更加轻松有趣,也让我感觉作者是一位非常真诚和有经验的工程师。我记得在关于电磁兼容性(EMC)的章节,他分享了自己曾经因为忽略了某个简单的接地细节,导致产品无法通过EMC测试的经历,并详细分析了其中的原因和教训。这种坦诚的分享,让我觉得非常受用,也为我节省了很多可能走过的弯路。

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这本书为我打开了一扇新的视野,让我看到了电子设计并非是简单的电路连接,而是一门融合了物理、数学、计算机科学等多学科的综合性工程艺术。作者在讲解过程中,非常注重理论与实践的结合,他会通过大量的实例来阐述抽象的理论概念。我印象最深刻的是,他在分析高频噪声抑制技术时,不仅仅是给出了几个笼统的建议,而是详细地讲解了不同类型的噪声(如共模噪声、差模噪声)的产生机制,以及相应的滤波和屏蔽方法。他甚至还会讨论到PCB布局对噪声耦合的影响。这种深入的分析,让我能够真正地理解为什么某些设计方法是有效的,而不仅仅是死记硬背。在讲解时序分析部分,作者用清晰的图示和表格,生动地展示了时钟抖动、建立时间、保持时间等关键参数对数字电路稳定性的影响。这让我对数字逻辑的时序要求有了更深刻的认识,避免了之前经常遇到的时序问题。总而言之,这本书给我带来的不仅仅是知识,更是一种解决问题的思路和方法。

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这本书带给我的最大惊喜,是它在讲解过程中所展现出的严谨性和科学性。作者在每一处知识点的阐述上都力求精确,并引用了大量的权威文献和研究成果作为支撑。这对于我这样一个习惯于探究事物本质的读者来说,无疑是一场精神盛宴。他并没有满足于给出“标准答案”,而是鼓励读者去思考问题的根源,去理解现象背后的科学原理。在讲解功率电子部分时,我特别被他对半导体器件开关特性的深入分析所打动。他详细阐述了MOSFET和IGBT等功率器件在不同工作状态下的损耗机制,以及如何通过优化驱动电路和散热设计来提高效率和可靠性。这些内容对于我理解和设计高效率的电源系统至关重要。我记得在书中关于滤波器的章节,作者不仅介绍了各种滤波器类型(如巴特沃斯、切比雪夫等)的数学模型和设计公式,还深入讨论了滤波器在实际应用中可能遇到的非理想因素,例如寄生参数、温度漂移等,以及相应的补偿方法。这种细致入微的讲解,让我感觉作者是一位经验非常丰富的工程师,他将自己在实践中遇到的各种挑战和解决方案都毫无保留地分享了出来。读这本书,就像是在与一位智慧的长者交流,他不仅传授知识,更传递着一种严谨求实的治学态度和工程实践的智慧。

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我必须说,这本书的价值远不止于它所包含的知识本身,更在于它所传递的思维方式。作者在讲解过程中,始终强调“理解”比“记忆”更重要。他鼓励读者去质疑,去探究,去寻找事物背后的本质。我特别喜欢他在讲解故障排除技巧时,所提出的“从简到繁,从易到难”的原则。他详细阐述了如何通过观察波形、测量参数来定位问题,并提供了大量实用的调试技巧。这让我感觉,即便是面对复杂的电子系统故障,我也能够有条不紊地去分析和解决。在书中关于电源完整性的章节,作者不仅仅介绍了去耦电容的作用,还深入分析了不同类型电容的频率响应特性,以及如何根据PCB布局和电源噪声特性来选择合适的电容组合。这让我对“看似简单”的去耦电容有了全新的认识。我感觉这本书不仅仅是一本技术手册,更是一本培养工程师思维的训练营。它教会了我如何用一种系统性的、科学的方法去面对和解决电子设计中的各种挑战。

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从阅读体验上来说,这本书的结构安排非常合理,逻辑清晰,过渡自然。作者似乎非常了解读者的认知曲线,他循序渐进地引导读者深入理解电子系统的设计。即便是一些相对复杂的概念,在经过前面基础知识的铺垫后,也变得相对容易接受。我尤其欣赏他在介绍混合信号电路时,将模拟和数字部分的讲解有机地结合起来。他详细阐述了ADC和DAC的工作原理,以及它们在实际系统中如何与数字控制器进行交互。在讲解过程中,他会穿插一些实际的案例分析,比如某个音频处理系统中ADC和DAC的选择与配置,这让我能够更直观地理解理论知识的应用。此外,书中还包含了很多关于PCB布局与布线原则的指导,这对于我这样一个经常被信号完整性问题困扰的初学者来说,简直是福音。作者从电源去耦、信号接地,到高频信号的走线方式,都给出了非常具体和实用的建议。我按照书中的指导优化了自己之前设计的一个小项目,确实显著改善了信号质量。这本书并非仅仅停留在理论层面,而是提供了一套完整的、可操作的设计指南。

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这本书带给我的最深刻的感受是,它让我看到了电子设计的美妙之处。作者以其严谨的逻辑和富有洞察力的分析,将原本可能枯燥的技术知识,演绎得充满艺术感。他能够将复杂的概念分解成易于理解的部分,并巧妙地将它们串联起来,形成一个完整的知识体系。在讲解射频干扰(RFI)的抑制时,我被他对电磁屏蔽原理的深入阐述所打动。他详细分析了不同屏蔽材料的衰减特性,以及如何通过合理的结构设计来提高屏蔽效果。这让我对那些看起来简单的金属外壳,为何能在电子产品中起到至关重要的作用有了全新的认识。此外,在讲解模拟信号处理时,我对作者对滤波器设计中“折衷”的理解印象深刻。他并不回避设计中的各种权衡,而是清晰地解释了在不同的应用场景下,应该如何进行取舍,以达到最佳的综合效果。这本书让我感觉到,电子设计并非是机械的规则套用,而是一门需要创造力、洞察力和经验的艺术。它让我对这个领域产生了更浓厚的兴趣,并激发了我不断探索和学习的动力。

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这本书最大的特点,我认为是它对“系统”这个概念的深刻理解和讲解。作者并没有将电子设计视为一个个孤立的元器件或电路模块的堆砌,而是从一个整体的角度来审视整个电子系统的设计。他深入分析了不同子系统之间的相互影响,以及如何通过整体优化来达到最佳性能。在讲解嵌入式系统部分时,我被他对硬件与软件协同设计的思路所吸引。他不仅介绍了微控制器的基本架构和外设接口,还重点阐述了如何进行软件驱动的开发,以及如何通过软件来管理和控制硬件资源。书中提供的代码示例,虽然简洁,但却能够清晰地展现出软硬件结合的逻辑。我记得在关于电源管理的设计部分,作者详细分析了不同电源转换拓扑(如 Buck, Boost, Buck-Boost)的工作模式和效率,以及如何根据具体应用需求来选择合适的拓扑,并对关键参数进行计算和优化。他还强调了功率损耗的分析和热管理的重要性,这对于设计可靠的电子产品至关重要。这种全局性的视角,让我意识到一个完整的电子系统设计,远比想象的要复杂和精妙。

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