单片机项目设计教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:孙惠芹

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:2009-6

价格:23.00元

装帧:

isbn号码:9787121089756

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 项目设计
• C语言
• 硬件开发
• 电子工程
• 实践教程
• STC
• 51单片机
• 嵌入式开发

图书名称：嵌入式系统硬件设计与实践 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的嵌入式系统硬件设计与实践指南。它不仅涵盖了从基础理论到前沿技术的完整知识体系，更侧重于工程实践中的核心技能和解决问题的能力培养。本书的定位是成为电子工程师、硬件设计师、系统架构师以及对嵌入式底层开发有浓厚兴趣的工程师和高级学生案头的必备参考书和实战手册。 全书结构紧凑，逻辑清晰，通过理论阐述与大量实际案例相结合的方式，引导读者逐步构建起对复杂嵌入式硬件系统的深刻理解和驾驭能力。 --- 第一部分：嵌入式硬件基础与核心元器件解析 (The Bedrock) 本部分是整个嵌入式硬件设计知识体系的基石，重点在于对构成现代嵌入式系统的基本单元进行详尽的剖析。 第一章：嵌入式系统硬件概述与架构选择 本章首先界定了嵌入式系统的概念、发展历程及其在不同行业中的应用范畴，例如工业控制、物联网（IoT）、消费电子和医疗设备。随后，深入讨论了主流嵌入式处理器架构的选择标准，包括CISC（复杂指令集）与RISC（精简指令集）的对比，重点分析了ARM Cortex-M系列（用于实时控制）和Cortex-A系列（用于高性能计算）的内部结构、流水线机制及其功耗/性能平衡点。此外，还对FPGA/CPLD在嵌入式加速和定制化I/O中的作用进行了初步介绍。 第二章：存储器系统设计与管理 高效的存储器管理是嵌入式系统性能的关键。本章详细阐述了各类存储器的特性、接口标准与应用场景。内容包括： 1. 易失性存储器 (RAM)： SRAM与DRAM的内部原理、时序图分析，以及SDRAM、LPDDR等高速接口的信号完整性要求。重点讲解了如何根据系统吞吐量需求选择合适的内存类型和容量。 2. 非易失性存储器 (ROM/Flash)： NOR Flash、NAND Flash（SLC/MLC/TLC/QLC）的存储机制、读写寿命、ECC（错误校验码）原理。详细介绍了eMMC、UFS等面向应用处理器的存储方案的硬件接口协议。 3. 存储器层次结构： 缓存（Cache）的工作原理（直写、回写策略），以及如何通过合理配置存储器映射（Memory Mapping）优化系统启动和数据访问速度。 第三章：高速接口与总线通信协议 现代嵌入式系统需要与外部世界以及内部模块进行高速、可靠的数据交换。本章聚焦于关键的片上总线和外部高速接口的硬件实现细节。 1. 片上总线系统： 深入剖析AMBA AXI、AHB、APB总线的仲裁机制、突发传输（Burst Transfer）和地址解码逻辑。重点分析了跨时钟域（CDC）数据传输的握手和异步FIFO设计。 2. 外部高速接口： PCI Express (PCIe) 的物理层（PHY）结构、差分信号设计规范以及基本的链路训练过程。USB 3.0/Type-C的物理层要求和电源管理协议。 3. 低速/中速协议： SPI、I2C、UART的硬件电气特性、噪声容忍度以及多主/从配置下的冲突避免策略。 --- 第二部分：电源、时钟与系统级可靠性设计 (Power & Signal Integrity) 本部分是区分“能跑起来”和“能稳定运行”的关键所在，强调的是系统级的鲁棒性设计。 第四章：电源管理单元 (PMIC) 与供电网络设计 电源质量直接决定了系统的稳定性。本章提供了全面的电源系统设计方法论。 1. DC-DC转换器拓扑： 降压（Buck）、升压（Boost）、降/升压（Buck-Boost）的原理、效率优化、电感选型和环路补偿技术。 2. 低压差线性稳压器 (LDO)： 噪声特性、PSRR（电源抑制比）分析及其在敏感模拟电路供电中的应用。 3. 系统级供电策略： 多路电压轨道的排序（Power Sequencing）、欠压锁定（UVLO）的硬件实现。详细讲解了如何设计低噪声、高瞬态响应的PCB电源平面。 第五章：时钟树生成与信号完整性 (SI) 时钟信号是系统的脉搏，其质量至关重要。 1. 时钟源与抖动分析： 晶振选型（石英晶振、MEMS振荡器）的参数要求，以及PLL/DLL（锁相环/延迟锁定环）的原理与输出时钟的抖动（Jitter）测量与抑制技术。 2. PCB 信号完整性基础： 阻抗匹配、串扰（Crosstalk）分析、端接（Termination）技术（串联、并联、戴维南）。高速信号的过冲与下冲控制。 3. 电源完整性 (PI)： 去耦电容的选型、布局（数量、容量、分布）、地弹（Ground Bounce）的成因与对策。 第六章：电磁兼容性 (EMC) 与热设计 确保产品在实际环境中合规运行是硬件设计的最后一道防线。 1. EMC 设计规范： 辐射发射（RE）和传导发射（CE）的硬件设计源头控制，包括屏蔽层设计、滤波器的选择（共模/差模扼流圈、EMI吸收材料）。 2. 抗扰度设计： ESD（静电放电）防护电路（TVS管、共模抑制器）的选型与布局位置。闩锁效应（Latch-up）的预防。 3. 散热管理： 芯片功耗估算、热阻计算。PCB导热层设计（过孔热桥、铜皮散热）与外壳散热方案的结合应用。 --- 第三部分：系统级I/O、传感器接口与调试技术 (Integration & Verification) 本部分将理论应用于实际的系统集成，重点介绍如何连接和驱动外部世界，以及如何对设计进行验证。 第七章：模拟前端与传感器接口电路 嵌入式系统常与物理世界交互，这依赖于精确的模拟信号调理。 1. 模数/数模转换器 (ADC/DAC)： 不同架构（SAR、Pipeline、Sigma-Delta）的精度、速度权衡。数据采集系统的噪声抑制技术。 2. 接口电路设计： 传感器信号的线性化、放大与滤波（有源滤波器设计）。隔离技术（光耦、数字隔离器）在工业现场的应用。 3. 精密基准源： 介绍高精度电压基准源（Voltage Reference）的噪声特性及其对ADC/DAC性能的影响。 第八章：高速调试、测试与可制造性设计 (DFM) 硬件设计完成后，验证和可制造性是产品成功的保障。 1. 调试工具与技术： 逻辑分析仪、示波器（探头选择与校准）、JTAG/SWD调试接口在硬件级故障定位中的应用。 2. 嵌入式系统调试协议： 介绍芯片厂商提供的底层调试接口（如ARM CoreSight）如何与硬件调试器配合工作。 3. DFM与DFT (可测试性设计)： 元器件选型对自动贴片（SMT）工艺的影响。边界扫描（Boundary Scan）在PCB测试中的应用。回流焊的温度曲线控制对BGA器件的影响分析。 附录 A：关键器件数据手册阅读与参数提取指南 附录 B：PCB设计工具链与布局约束设置实例 本书的编写风格注重工程严谨性，避免了冗余的数学推导，转而聚焦于“为什么这样设计”和“在实际中如何操作”。每一个章节都配有复杂的电路模块的框图、关键波形示例和实际PCB布局的注意事项，确保读者能将书中所学知识直接转化为可投入生产的稳定硬件设计。

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如果要用一个词来概括我对这本《单片机项目设计教程》的整体感受，那一定是“实用主义的典范”。它非常务实，不追求故作高深的理论包装，而是专注于如何让读者真正掌握设计和实现复杂系统的能力。我特别欣赏书中对软件工程理念在单片机项目中的应用探讨。例如，如何使用模块化编程来管理大型项目，如何进行版本控制，以及如何编写健壮的异常处理代码，这些内容在很多入门教程中是被严重忽视的。这本书的层次感非常好，如果你只是想快速了解单片机入门，前几章的内容足够让你上手；如果你希望深入研究通信协议（如SPI、I2C或UART）的底层实现细节，后面的高级章节提供了足够的深度和实例来支撑你的探索。它就像一个多功能工具箱，不同水平的读者都能从中找到最适合自己的那把“利器”。总而言之，对于任何想以单片机为起点，迈入物联网或嵌入式开发领域的学习者来说，这本书无疑是一份不可或缺的“入场券”和“进阶指南”。

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这本书的编排结构，可以说得上是别具匠心，它成功地平衡了深度与广度。我过去阅读过一些同类型的书籍，要么过于侧重理论的艰深，导致实操部分成了点缀；要么就是过于追求花哨的项目，使得基础知识点一带而过。然而，《单片机项目设计教程》在这方面做得非常到位。它的章节划分不是简单地按照单片机的功能模块来组织，而是以“解决一个实际问题”为导向来构建知识体系。比如，它会先提出一个需求——“设计一个定时器报警系统”，然后自然而然地引出定时器中断、按键输入、LCD显示等一系列相关的知识点。这种项目驱动式的学习方法，极大地增强了学习的代入感和成就感。每完成一个项目，读者都会有一种“我真的做出来一个东西”的真实体验，这种正反馈是激励持续学习的关键动力。此外，书中对一些常见错误和调试陷阱的总结非常到位，很多地方简直是“过来人”的经验之谈，避免了我们走不必要的弯路。对于需要参加电子设计竞赛的同学来说，这本书提供的项目原型和优化思路，无疑是一笔宝贵的财富。

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这本书的语言风格和排版设计也值得称赞。它避开了传统技术文档那种晦涩难懂的学术腔调，采用了更加平易近人且充满热情的叙事方式。阅读起来感觉就像是一位经验丰富的工程师在手把手地指导你工作，而不是冷冰冰地向你灌输概念。图文的配合达到了教科书级别的标准，电路图清晰明了，关键信号的波形图也标注得非常准确，这对于理解时序关系至关重要。我在阅读到涉及中断服务程序（ISR）的章节时，深切体会到了这一点。作者不仅展示了代码，还结合时序图解释了中断的优先级和嵌套机制，使得那些在初学者看来如同魔术般的操作，变得合乎逻辑、可以预测。此外，书中的代码规范性很高，变量命名清晰，注释详尽，这对于后续的项目维护和团队协作都是一个极大的便利。这种对细节的关注，反映出作者在编写此书时所付出的巨大心血，使得我们这些读者在学习过程中能够少走许多因理解偏差而导致的弯路。

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这本书的标题《单片机项目设计教程》本身就充满了吸引力，对于我们这些想从理论走向实践的电子爱好者来说，这简直就是一份期盼已久的路线图。我拿到手后，首先被它的内容广度所折服。它不仅仅是停留在枯燥的寄存器操作和汇编语言的讲解上，而是实实在在地将单片机这个“小脑瓜”嵌入到实际的应用场景中去。书中的案例设计得非常巧妙，从简单的流水灯控制，到稍微复杂一点的温湿度监测系统，再到模拟信号处理，每一个项目都像是一个独立的关卡，循序渐进地提升读者的能力。最让我感到惊喜的是，作者在描述每一个项目时，不仅提供了完整的电路原理图和PCB布局建议，更重要的是，他对代码的逻辑梳理得非常清晰，即便是初学者也能大致跟上思路，明白“为什么这么写”远比“照着抄”重要得多。这种注重底层逻辑和系统思维培养的设计理念，使得这本书的价值远超一本普通的“教程”，更像是一本实战手册，指导我们如何将一个想法落地为可运行的产品。书中对开发环境的搭建和调试技巧的介绍也极其详尽，避免了新手在入门阶段最容易遇到的那些令人抓狂的环境配置问题。

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作为一名在电子设计领域摸爬滚打了几年的人，我深知理论知识与工程实践之间存在的巨大鸿沟。很多教科书上的知识点，一到实际操作中就变得千疮百孔。而这本书的突出贡献就在于，它非常坦诚地展示了“工业级”思维是如何将理论转化为可靠产品的。作者在描述硬件选型和元器件兼容性时，并没有回避不同器件之间的差异和潜在的干扰问题。比如，在涉及ADC采样的章节，它详细阐述了如何通过软件滤波和硬件去耦来保证数据测量的准确性，这远比教科书上简单描述“连接ADC引脚”要深刻得多。更难能可贵的是，书中对于不同版本单片机（例如8051系列、AVR系列和ARM系列）的共性和特性差异进行了对比分析，这使得读者在面对实际工作中的多样化需求时，能够做出更明智的技术选型决策。这本书的价值，不在于教你死记硬背某一个芯片的规格书，而在于培养一种通用的嵌入式系统设计思维，这种思维的迁移能力，才是衡量一本技术书籍优秀与否的核心标准。

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