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馬洪連 著

圖書標籤:

• 嵌入式係統
• 電路設計
• 電子工程
• 教程
• 嵌入式硬件
• 單片機
• 數字電路
• 實踐
• 原理圖
• 技術入門

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121209444

商品編碼：29487879811

包裝：平裝

齣版時間：2013-07-01

基本信息

書名：嵌入式電路設計教程

定價：39.00元

作者：馬洪連

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2013-07-01

ISBN：9787121209444

字數：370000

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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　　（1）應用性強，講求實用；（2）係統性好，內容全麵且重點突齣；（3）注重分析和設計，提高綜閤設計能力。

內容提要

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　　本書根據課堂教學和實踐操作的要求，以培養“會設計、能發展”具有創新精神和實踐能力的人纔、提高實際工程設計能力為目的，全麵、係統地對嵌入式電路設計技術及相關知識和應用實例作瞭介紹，使讀者通過本書的學習能夠初步瞭解和掌握嵌入式電路設計的基本內容及實用技術。全書共9章，主要內容包括嵌入式處理器和嵌入式係統簡介、基本電路設計與實現、信號檢測與信息獲取電路設計、人機交互接口電路設計、信息輸齣通道電路設計、通信接口電路設計及係統抗乾擾和低功耗電路設計，後還介紹瞭EDA與可編程邏輯器件的相關知識，以及電路原理圖與電路PCB的設計與實現過程。各章均配有相應的習題與思考題，可供教學選用。

目錄

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章 嵌入式處理器與嵌入式係統簡介
1.1 概述
1.2 嵌入式處理器
1.2.1 嵌入式微控製器
1.2.2 嵌入式微處理器
1.2.3 嵌入式DSP處理器
1.2.4 嵌入式片上係統
1.3 嵌入式係統簡介
1.3.1 嵌入式係統組織結構概述
1.3.2 嵌入式硬件係統
1.3.3 嵌入式軟件係統
1.4 嵌入式係統的開發模式
習題與思考題
第2章 基本電路的設計與實現
2.1 係統時鍾電路與復位電路的設計
2.1.1 嵌入式處理器時鍾電路的設計
2.1.2 係統復位電路的設計
2.2 嵌入式存儲係統的設計與實現
2.2.1 概述
2.2.2 存儲係統的構成及工作原理
2.2.3 存儲器係統的設計實例
2.3 係統電源部分的設計與實現
2.3.1 直流穩壓電源概述
2.3.2 串聯型直流穩壓電源
2.3.3 DC/DC變換電路
2.3.4 交流/電池供電切換電路
2.3.5 穩壓電源設計實例
習題與思考題
第3章 信號檢測與信息獲取電路設計
3.1 傳感器
3.1.1 概述
3.1.2 傳感器的選用原則
3.1.3 常用傳感器
3.2 自動識彆技術與接口電路設計
3.2.1 概述
3.2.2 條形碼接口電路設計
3.2.3 無綫射頻識彆技術與接口電路設計
3.3 模擬信號檢測電路設計
3.3.1 檢測係統結構組成
3.3.2 信號調理電路設計
3.3.3 模/數轉換器接口電路設計
3.4 數字信號與非電量參數的檢測技術
3.4.1 開關量信號的檢測
3.4.2 時間型信號的檢測
3.4.3 頻率及周期型信號的檢測
3.4.4 視頻、圖形與聲音信號的檢測技術
習題與思考題
第4章 人機交互接口電路設計
4.1 按鍵式接口電路設計
4.1.1 概述
4.1.2 鍵盤接口電路設計
4.2 顯示器接口電路設計
4.2.1 液晶顯示器接口設計
4.2.2 LED顯示器接口設計
4.3 觸摸屏接口電路設計
4.3.1 電阻式觸摸屏
4.3.2 電容式觸摸屏
4.3.3 觸摸屏接口電路設計實例
習題與思考題
第5章 信息輸齣通道電路設計
5.1 模擬信號輸齣通道
5.1.1 概述
5.1.2 DAC的結構組成與工作原理
5.1.3 DAC的主要技術指標
5.1.4 DAC與微控製器接口電路設計
5.1.5 模擬信號的功率放大
5.2 開關量輸齣與驅動電路設計
習題與思考題
第6章 通信接口電路設計
6.1 概述
6.2 有綫通信接口電路設計
6.2.1 通用異步收發器
6.2.2 RS-232C標準串行通信
6.2.3 通用串行總綫USB
6.2.4 內部集成電路串行通信
6.2.5 串行外圍設備接口
6.2.6 RS-485標準串行通信
6.3 無綫通信與定位係統接口電路設計
6.3.1 藍牙無綫通信
6.3.2 ZigBee無綫通信
6.3.3 GPRS、CDMA與3G通信技術
6.3.4 全球衛星定位係統
6.3.5 電力綫載波通信
習題與思考題
第7章 係統抗乾擾與低功耗電路設計
7.1 噪聲與乾擾
7.2 抗乾擾電路設計
7.2.1 硬件抗乾擾電路設計
7.2.2 軟件抗乾擾措施
7.3 係統低功耗電路設計
7.3.1 低功耗設計技術概述
7.3.2 硬件低功耗設計技術
7.3.3 軟件低功耗設計技術
習題與思考題
第8章 EDA與可編程邏輯器件
8.1 電子設計自動化技術
8.1.1 概述
8.1.2 常用的EDA工具
8.2 硬件描述語言
8.2.1 VHDL描述語言
8.2.2 Verilog 描述語言
8.2.3 Verilog HDL和VHDL的比較
8.3 可編程邏輯器件
8.3.1 CPLD和FPGA概述
8.3.2 CPLD和FPGA的結構特點和用途
8.4 主流的CPLD/FPGA開發工具
8.4.1 MAX Plus II
8.4.2 Quartus II
8.4.3 Synplify Pro
8.5 CPLD/FPGA的設計流程
習題與思考題
第9章 電路原理圖與電路PCB的設計與實現
9.1 Altium（Protel）電路設計軟件工具
9.2 硬件電路設計基本知識
9.2.1 電路原理圖設計要求
9.2.2 印製電路闆圖的基礎知識
9.3 硬件電路的原理圖繪製
9.3.1 硬件電路原理圖的設計流程
9.3.2 電路原理圖的設計注意事項
9.3.3 電路原理圖的應用設計舉例
9.4 硬件電路的PCB闆圖繪製
9.4.1 PCB闆圖設計的工作流程
9.4.2 PCB設計技巧與注意事項
9.4.3 PCB設計原則與抗乾擾措施
9.4.4 PCB闆圖的應用設計舉例
習題與思考題
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《數字電路基礎與應用》 內容簡介 本書是一本係統介紹數字電路基本原理、器件特性、設計方法以及實際應用的全方位教程。旨在為讀者打下堅實的數字電路理論基礎，掌握實用的設計技巧，並能將其應用於解決實際工程問題。本書內容涵蓋麵廣，深度適中，既適閤初學者入門，也對有一定基礎的讀者具有參考價值。 第一部分：數字電路基礎理論 數字電路是現代電子係統的基石，理解其基本概念和邏輯原理至關重要。本部分將從最基礎的數字信號和邏輯門開始，逐步深入。 第一章：數字信號與邏輯門 數字信號的本質： 深入探討數字信號與模擬信號的區彆，包括其離散性、高低電平的定義、噪聲容限等。講解二進製、八進製、十進製和十六進製之間的轉換，這是進行數字電路設計和分析的基礎。 邏輯代數基礎： 詳細介紹布爾代數的基本公理、定理和定律，如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等。通過實例演示如何運用這些定律簡化邏輯錶達式。 基本邏輯門： 詳盡介紹與門（AND）、或門（OR）、非門（NOT）這三種最基本的邏輯門的功能、符號、真值錶和邏輯錶達式。 通用邏輯門： 介紹與非門（NAND）、或非門（NOR）、異或門（XOR）、同或門（XNOR）等通用邏輯門。重點講解如何利用與非門和或非門實現其他所有邏輯功能，為後續的電路設計打下基礎。 邏輯門的集成： 講解IC（集成電路）的基本概念，以及TTL（晶體管-晶體管邏輯）和CMOS（互補金屬氧化物半導體）這兩種主流邏輯門集成技術的基本原理、特點、優缺點及適用範圍。 第二章：組閤邏輯電路設計 組閤邏輯電路是數字電路中最基本也最重要的一類電路，其輸齣僅取決於當前輸入。本章將係統介紹組閤邏輯電路的設計流程和常用電路。 組閤邏輯電路的定義與特性： 明確組閤邏輯電路的特點，即無記憶性，輸齣僅依賴於當前輸入。 組閤邏輯電路的設計步驟： 1. 需求分析與功能描述： 從實際需求齣發，清晰地定義電路的功能。 2. 真值錶的建立： 根據功能描述，列齣輸入與輸齣之間的所有可能組閤，建立精確的真值錶。 3. 邏輯錶達式的推導： 從真值錶中，利用卡諾圖（Karnaugh Map，K-Map）或布爾代數方法，推導齣最簡邏輯錶達式。詳細講解卡諾圖的繪製、化簡方法，包括圈1、圈0、相鄰性、循環利用等技巧。 4. 電路圖的繪製： 將化簡後的邏輯錶達式轉換為實際的邏輯門電路圖。 常用的組閤邏輯電路： 編碼器（Encoder）： 介紹優先級編碼器，如2-4綫優先級編碼器、8-3綫優先級編碼器，講解其工作原理和應用。 譯碼器（Decoder）： 介紹3-8綫譯碼器、BCD-7段譯碼器等，講解其功能和在顯示、控製等方麵的應用。 數據選擇器（Multiplexer，MUX）： 介紹2選1、4選1、8選1等數據選擇器的原理，重點講解其作為通用邏輯函數發生器的應用。 數據分配器（Demultiplexer，DEMUX）： 介紹1選2、1選4、1選8等數據分配器的原理，講解其在數據路由和輸齣控製方麵的作用。 加法器（Adder）： 詳細講解半加器、全加器、多位並行加法器（如超前進位加法器）的設計原理和實現，分析其進位傳播的影響。 減法器（Subtractor）： 介紹如何利用加法器和碼器實現減法功能（如采用二進製補碼）。 比較器（Comparator）： 介紹如何設計用於比較兩個二進製數大小的電路，如一位比較器、多位比較器。 奇偶校驗電路（Parity Checker/Generator）： 講解如何設計用於生成和檢測數據傳輸過程中奇偶校驗位的電路，確保數據的可靠性。 第三章：時序邏輯電路基礎 與組閤邏輯電路不同，時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前輸入，還依賴於電路的“記憶”狀態，即過去輸入序列的影響。本章將介紹時序邏輯電路的基本概念和構成單元。 時序邏輯電路的定義與特性： 闡述時序邏輯電路的“記憶”功能，即其輸齣與輸入信號的順序和時間有關。 觸發器（Flip-Flop）： 基本觸發器： 介紹SR（Set-Reset）觸發器、帶門控的SR觸發器，分析其狀態轉移和約束條件。 JK觸發器： 講解JK觸發器的工作原理，特彆是其“翻轉”狀態，以及如何將其變為T觸發器。 D觸發器（Delay Flip-Flop）： 介紹D觸發器的存儲功能，以及其在數據存儲和移位寄存器中的作用。 T觸發器（Toggle Flip-Flop）： 講解T觸發器在計數器設計中的應用。 觸發器的同步與異步： 區分同步觸發器（時鍾觸發）和異步觸發器（直接輸入觸發），以及時鍾信號在同步時序電路中的核心作用。 主從觸發器： 介紹主從JK觸發器和主從SR觸發器的結構和工作原理，解決數據鎖存問題。 寄存器（Register）： 介紹寄存器是由多個觸發器組成的存儲單元，用於存儲一組二進製數。講解並行輸入/並行輸齣（PIPO）、並行輸入/串行輸齣（PISO）、串行輸入/並行輸齣（SIPO）、串行輸入/串行輸齣（SISO）等不同類型的寄存器。 計數器（Counter）： 異步計數器（Ripple Counter）： 講解異步計數器的工作原理，分析其時鍾信號的傳播延遲問題。 同步計數器（Synchronous Counter）： 介紹同步計數器的設計方法，包括行波進位計數器和並行進位計數器，分析其速度優勢。 移位寄存器計數器： 講解利用移位寄存器實現特定序列的計數器。 可編程計數器： 介紹模數（Modulus）可變的計數器，如可預置值的計數器。 第二部分：數字係統設計與應用 本部分將基於基礎理論，介紹更復雜的數字係統設計方法，並結閤實際應用案例進行講解。 第四章：時序邏輯電路設計進階 在掌握瞭基本觸發器和寄存器的基礎上，本章將深入探討更復雜時序邏輯電路的設計。 有限狀態機（Finite State Machine，FSM）： 摩爾（Moore）型狀態機： 講解摩爾型狀態機的輸齣隻取決於當前狀態。 米利（Mealy）型狀態機： 講解米利型狀態機的輸齣取決於當前狀態和當前輸入。 狀態圖與狀態錶： 詳細講解如何繪製狀態圖和建立狀態錶來描述有限狀態機的行為。 狀態機的簡化與編碼： 介紹狀態機的狀態最小化算法，以及如何對狀態進行二進製編碼。 狀態機的硬件實現： 將狀態機設計轉化為具體的觸發器、邏輯門和編碼器組成的硬件電路。 移位寄存器的設計與應用： 詳細介紹各種移位寄存器的設計，如左移、右移、循環移位寄存器，並重點分析其在串/並轉換、數據延遲、僞隨機序列生成等方麵的應用。 移位寄存器序列發生器： 講解如何利用移位寄存器和反饋邏輯設計特定序列的發生器，如約翰遜（Johnson）序列發生器和綫性反饋移位寄存器（LFSR）。 脈衝發生器與時序控製： 介紹如何設計能夠産生特定寬度、頻率的脈衝信號的電路，以及這些脈衝在係統控製中的作用。 第五章：存儲器與半導體存儲器 存儲器是數字係統的關鍵組成部分，用於保存數據和程序。本章將介紹不同類型的存儲器。 存儲器的基本概念： 講解存儲單元、存儲容量、尋址方式、讀/寫操作等基本概念。 RAM（Random Access Memory，隨機存取存儲器）： SRAM（Static RAM，靜態隨機存取存儲器）： 介紹SRAM的工作原理，其速度快、功耗相對較高，常用於CPU緩存。 DRAM（Dynamic RAM，動態隨機存取存儲器）： 介紹DRAM的工作原理，其存儲單元由電容構成，需要刷新，密度高、成本低，是計算機主內存的主要形式。 RAM的讀寫時序： 詳細分析RAM的讀寫周期和時序控製。 ROM（Read-Only Memory，隻讀存儲器）： PROM（Programmable ROM，可編程隻讀存儲器）： 介紹PROM的特點和編程方式。 EPROM（Erasable PROM，可擦寫可編程隻讀存儲器）： 講解EPROM的擦除和重編程技術。 EEPROM（Electrically Erasable PROM，電可擦寫可編程隻讀存儲器）： 介紹EEPROM的電氣擦除能力，是當前應用最廣泛的ROM類型之一。 Flash存儲器： 講解Flash存儲器的結構、工作原理及其在固態硬盤、U盤等領域的廣泛應用。 存儲器的組織與尋址： 講解如何將多個存儲器芯片組閤成更大容量的存儲係統，以及地址綫和數據綫的分配。 第六章：半加器、全加器、流水綫加法器、硬件乘法器、除法器 半加器和全加器： 之前已經介紹，在此進行簡要迴顧，並強調其作為基礎模塊的重要性。 流水綫加法器： 講解流水綫加法器的設計原理，如何將加法過程分解為多個階段，提高處理速度，降低延遲。 硬件乘法器： 介紹幾種常見的硬件乘法器設計方法，如移位相加乘法器、陣列乘法器，並分析其優缺點。 硬件除法器： 講解硬件除法器的基本原理，如恢復餘數法、不恢復餘數法，並討論其設計的復雜性。 第七章：數字係統設計的綜閤與應用 本章將結閤前述內容，介紹數字係統設計的綜閤方法，並提供一些典型的應用案例。 數字係統設計的流程： 總結從需求分析到最終實現的全過程，包括邏輯設計、電路實現、測試與調試。 中規模集成電路（MSI）和大規模集成電路（LSI）： 介紹MSI（如譯碼器、多路選擇器）和LSI（如微處理器、FPGA）在數字係統設計中的作用。 FPGA（Field-Programmable Gate Array，現場可編程門陣列）： 介紹FPGA的基本結構和工作原理，它允許用戶在芯片上靈活地配置邏輯功能，是現代數字係統原型設計和實現的重要工具。 PLD（Programmable Logic Device，可編程邏輯器件）： 介紹CPLD（Complex PLD）和FPGA等可編程邏輯器件，強調其靈活性和快速開發能力。 實際應用案例分析： 交通信號燈控製器： 設計一個能夠根據預設邏輯控製交通信號燈的順序和時序的數字電路。 數字秒錶/計時器： 利用計數器和顯示驅動電路設計一個數字秒錶。 簡單的電子遊戲機邏輯： 探討如何利用數字電路實現簡單的遊戲邏輯，如得分、控製、碰撞檢測等。 數據采集與處理係統： 介紹如何將ADC（模數轉換器）與數字電路相結閤，實現對模擬信號的采集和初步處理。 串行通信接口： 講解UART（通用異步收發器）等串行通信接口的基本原理和實現。 第八章：數模混閤電路基礎（選講） 在一些應用中，數字電路和模擬電路需要協同工作。本章將簡要介紹數模混閤電路的基礎概念。 數模轉換（DAC）與模數轉換（ADC）： 介紹DAC和ADC的基本工作原理、分類（如逐次逼近型、Σ-Δ型ADC）和關鍵參數。 數模混閤係統的設計考量： 討論在設計數模混閤係統時需要考慮的噪聲、時序同步等問題。 附錄 常用數字電路符號大全 典型集成電路芯片數據手冊簡介 本書特點： 理論與實踐相結閤： 既有紮實的理論基礎講解，又提供瞭豐富的實例和應用分析，幫助讀者將理論知識轉化為實際技能。 循序漸進的學習路徑： 內容組織由淺入深，從基本邏輯門到復雜的時序邏輯係統，適閤不同層次的讀者。 強調設計思想： 不僅講解“怎麼做”，更注重“為什麼這麼做”，培養讀者的邏輯思維和工程設計能力。 突齣實際應用： 結閤多個實際工程案例，讓讀者瞭解數字電路在現實世界中的廣泛用途。 圖文並茂： 配以大量的電路圖、真值錶、狀態圖等，便於理解和學習。 通過學習本書，讀者將能夠深刻理解數字電路的工作原理，掌握數字邏輯設計的基本方法，並具備設計和實現各種數字係統的能力，為進一步學習微處理器、FPGA、嵌入式係統等高級課題奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

全書的參考資料和索引部分的完整性，也是這本書的一大亮點，體現瞭作者對學術規範的尊重和對讀者需求的深刻理解。每一個重要的概念、每一個關鍵的公式，都有明確的腳注或尾注，指引讀者去查閱原始的技術文檔或經典文獻。這對於希望進行更深入研究的讀者來說，無疑提供瞭極大的便利，避免瞭“知其然，而不知其所以然”的睏境。此外，書中附帶的資源鏈接，如推薦的仿真軟件試用版、開源硬件平颱的代碼示例庫的地址，都保持著最新的有效性，這在快速迭代的技術領域中尤為可貴。我個人嘗試著下載並運行瞭其中一個基於FPGA的數字濾波器驗證示例，整個過程非常順暢，代碼結構清晰，注釋詳盡，足以證明作者在提供配套資源方麵投入瞭巨大的心力，這本書無疑是一部可以長期珍藏和反復研讀的寶貴工具書。

評分☆☆☆☆☆

從語言風格來看，這本書展現齣一種罕見的、既嚴謹又不失人文關懷的特質。作者的文字功底深厚，用詞精準，很少齣現模棱兩可的錶達，這對於技術書籍至關重要。但在嚴肅的論述中間，時不時會穿插一些他對行業趨勢的獨到見解，或者對未來技術演進方嚮的預測。比如，他對低功耗設計在物聯網（IoT）領域的未來重要性進行瞭相當深入的分析，甚至對比瞭不同架構（如RISC-V與ARM Cortex-M係列）在能效比上的優劣。這種超越當前技術點的思考，使得這本書的價值不僅僅局限於解決眼前的設計難題，更像是為讀者開啓瞭一扇通往未來技術視野的窗戶。它激發瞭我對底層硬件優化和係統級功耗管理的興趣，讓我意識到，優秀的嵌入式設計，是藝術與科學的完美結閤。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示質量，簡直是業界標杆。我見過太多技術書籍，圖錶模糊不清，綫條擁擠不堪，但這本書完全沒有這個問題。每一個電路圖都繪製得極為精細，元件符號清晰可辨，標注的參數一目瞭然。更令人稱道的是，作者在介紹復雜係統架構時，采用瞭多層次的分解圖，從係統級框圖到模塊級功能劃分，再到最終的邏輯門級實現，層層遞進，邏輯性極強。我特彆喜歡它在講解信號完整性（SI）和電源完整性（PI）那一章的手法。通常這些內容都是枯燥的數學推導，但作者通過大量的眼圖、抖動分析圖以及PCB布局的實際案例對比，直觀地展示瞭設計不良帶來的後果和優化後的效果，這種視覺衝擊力遠勝於單純的理論闡述。讀完這一章，我立刻對如何避免EMC問題有瞭更直觀的認識，甚至迫不及待地想在自己的下一個項目中使用書中推薦的仿真工具和驗證方法。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實吸引人，那種深邃的藍色調配上簡潔的白色字體，讓人立刻聯想到精密和科技感。當我翻開第一頁時，就被作者對基礎概念的講解深度所摺服。他沒有采用那種乾巴巴的教科書式的羅列，而是用瞭很多生動的比喻和生活中的例子來解釋復雜的電子學原理，比如把電容比作蓄水池，把電阻比作管道的粗細，一下子就讓原本晦澀難懂的內容變得清晰起來。尤其是在講解晶體管的工作原理時，作者似乎深諳讀者的心理，從宏觀的電流控製概念入手，逐步深入到微觀的載流子行為，整個過程流暢自然，沒有絲毫的生硬感。對於初學者來說，這種循序漸進的引導至關重要，它為後續學習搭建瞭一個非常堅固的地基。此外，書中穿插的那些小小的“設計陷阱提醒”和“優化建議”欄目，更是體現瞭作者豐富的實戰經驗，這些細節往往是課堂上學不到的寶貴財富，讀起來讓人感覺像是有一位資深工程師在耳邊親自指導，受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

不得不提的是，作者在內容組織上的匠心獨運，它成功地平衡瞭理論的深度和實踐的廣度。很多教材要麼過於偏重純理論推導，讓人脫離實際工程；要麼就是一味地堆砌應用實例，基礎概念缺失。這本書卻巧妙地找到瞭那個黃金分割點。例如，在介紹微控製器（MCU）接口設計時，它沒有僅僅停留在寄存器配置的層麵，而是深入探討瞭時鍾樹的構建、看門狗（Watchdog）的有效使用策略，以及如何根據不同的外部設備（如高速ADC或大電流驅動器）來選擇閤適的I/O口策略。每一個章節的末尾，都附帶瞭一組精心設計的“上機實踐”環節，這些練習不僅是簡單的代碼輸入，更多的是要求讀者進行參數調整和故障排除，這種“做中學”的模式極大地提升瞭動手能力。我感覺自己不再是單純地在“看”書，而是在“做”設計，這種參與感和成就感是非常棒的。