電子技術實驗教程/高等學校電子信息係列 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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禹永植 著

圖書標籤:

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齣版社： 哈爾濱工程大學齣版社

ISBN：9787566107770

商品編碼：29728925504

包裝：平裝

齣版時間：2014-03-01

基本信息

書名：電子技術實驗教程/高等學校電子信息係列

定價：19.80元

作者：禹永植

齣版社：哈爾濱工程大學齣版社

齣版日期：2014-03-01

ISBN：9787566107770

字數：

頁碼：150

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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內容提要

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《電子技術實驗教程/高等學校電子信息係列》為瞭適應近年來電子技術的飛速發展，滿足當前教學改革的需要。在以往的實驗教材基礎上，結閤多年的教學成果和教學經驗編寫而成。全書共7章分為兩部分，部分為1～4章，介紹電子技術實驗的基礎知識、常用儀器的操作、Multisim仿真軟件以及QuartusⅡ仿真軟件的使用；第二部分為5～7章，包含瞭電子技術基礎、綜閤及創新性的實驗內容。
　　《電子技術實驗教程/高等學校電子信息係列》與理論教學緊密結閤，實驗內容包含電子技術的主要理論知識，提供瞭大量基礎實驗、綜閤及創新性實驗，不僅使學生易於學習、掌握理論知識，而且能夠更快地提高學生對電子電路設計及操作能力。基礎實驗以驗證性實驗為主，方便學生自主學習研究；綜閤性實驗幫助學生拓展設計思路。創新性實驗激發學生的學習熱情，提高工程實踐能力。《電子技術實驗教程/高等學校電子信息係列》藉助Multisim及QuanusⅡ仿真軟件進行實驗設計，為學生今後的學習、適應技術發展和社會的需要打下良好的基礎。
　　《電子技術實驗教程/高等學校電子信息係列》可作為高等學校通信、電子信息等專業課程的實驗教材，也可供教師及工程技術人員參考。

目錄

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章 電子技術實驗基本理論
1.1 電子技術實驗的目的與要求
1.2 測量誤差基本知識
1.3 測量數據的處理

第2章 常用電子儀器及使用
2.1 DSll02E數字示波器
2.2 TFG3150L DDS函數信號發生器
2.3 HYl71-3S直流穩壓電源
2.4 SM2030數字交流毫伏錶
2.5萬用錶

第3章 Multisim 10基本功能及操作
3.1 Multisim 10基本界麵
3.2 Multisim 10電路創建及分析
3.3 Multisim 10常用虛擬儀器

第4章 QuartusⅡ基本功能及操作
4.1 Quartus Ⅱ基本界麵
4.2 Quartus Ⅱ基本操作

第5章 電子技術基礎實驗
5.1 共發射級單管放大電路
5.2 多級放大電路與負反饋
5.3 功率放大電路
5.4 集成運算放大器的綫性運算
5.5 門電路與組閤邏輯 電路
5.6 編碼器和譯碼器
5.7 觸發器
5.8 計數器
5.9 555集成定時器及應用
5.10 模數轉換

第6章 電子技術綜閤性實驗
6.1 單管交流放大電路的設計與實現
6.2 集成直流穩壓電源的設計與實現
6.3 集成運算放大器的非綫性應用
6.4 有源濾波器的設計與實現
6.5 正弦波振蕩電路的設計與實現
6.6 組閤、時序邏輯 電路的設計與實現
6.7 紅外報警器電路
6.8 定時報警電路的設計與實現
6.9 AD轉換與溫度傳感器

第7章 電子技術設計性實驗
7.1 心電信號放大器
7.2 函數信號發生器
7.3 8路智力競賽搶答器
7.4 多功能數字鍾
7.5 實用的傢用電器定時插座
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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“電子技術實驗教程/高等學校電子信息係列”之外的圖書簡介 第一章 集成電路基礎 本章旨在為讀者打下堅實的集成電路（IC）基礎，深入探討集成電路的起源、發展、分類以及其在現代電子係統中的關鍵作用。我們將從半導體材料的特性入手，逐步揭示PN結的形成和工作原理，這是理解所有半導體器件的基石。接著，我們將聚焦於兩種最基本的集成電路單元——二極管和三極管，詳細介紹它們的結構、工作特性、主要參數以及在不同電路中的應用。 1.1 半導體材料與PN結 矽與鍺： 重點介紹矽作為最常用半導體材料的優越性，包括其豐富的地殼儲量、良好的熱穩定性以及成熟的製造工藝。簡要提及鍺曾經的應用及其局限性。 雜質半導體： 闡述N型半導體和P型半導體的形成機製，解釋摻雜過程中載流子（電子和空穴）濃度的變化及其對材料導電特性的影響。 PN結的形成： 詳細講解PN結的形成過程，包括載流子擴散、建生內建電場、耗盡層以及電勢壘的形成。 PN結的電學特性： 深入分析PN結在外加電壓作用下的正嚮導通和反嚮截止特性。繪製並解釋PN結的伏安特性麯綫，強調其單嚮導電性。 PN結的應用： 簡要提及PN結在整流、穩壓、發光等方麵的基本應用，為後續學習奠定基礎。 1.2 二極管 二極管的結構與符號： 介紹各種常見二極管（如整流二極管、穩壓二極管、肖特基二極管、發光二極管）的內部結構、封裝形式以及電路符號。 二極管的主要參數： 詳細講解正嚮壓降、反嚮擊穿電壓、最大正嚮電流、漏電流等關鍵參數的意義和測試方法。 二極管的特性麯綫： 繪製和分析不同類型二極管的特性麯綫，突齣它們的差異化應用。 二極管在電路中的應用： 整流電路： 講解半波整流、全波整流（橋式整流、中心抽頭整流）的原理、電路結構及輸齣波形。 濾波電路： 介紹電容濾波和電感濾波的基本原理，以及它們如何與整流電路結閤以獲得更平滑的直流輸齣。 穩壓電路： 詳細闡述穩壓二極管（齊納二極管）的工作原理，以及如何利用它構建簡單的穩壓電路。 限幅與鉗位電路： 解釋二極管如何用於限製信號的幅值或將信號的某個電平固定到特定值。 1.3 三極管 三極管的類型： 重點介紹雙極型晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）兩大類。 雙極型晶體管（BJT）： 結構與符號： 介紹NPN型和PNP型三極管的結構、基區、發射區、集電區，以及它們的電路符號。 工作原理： 詳細闡述BJT作為放大器和開關的工作原理，解釋基極電流、集電極電流和發射極電流之間的關係（電流放大係數β）。 三種基本放大組態： 分析共發射極、共集電極（射極輸齣器）、共基極三種放大組態的輸入輸齣特性、電壓增益、電流增益、輸入輸齣阻抗等。 BJT的直流和交流模型： 介紹BJT的混閤π模型和T模型，用於小信號放大電路的分析。 BJT的開關特性： 闡述BJT在截止區和飽和區作為開關的應用，分析其開關速度和功耗。 場效應晶體管（FET）： 結構與符號： 介紹JFET（結型場效應晶體管）和MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）的結構，包括柵極、漏極、源極，以及它們的電路符號。 工作原理： 解釋FET如何通過控製柵極電壓來改變溝道導電性，從而控製漏極電流。 N溝道和P溝道： 介紹不同類型的FET及其工作特性。 MOSFET的增強型和結型： 區分不同類型的MOSFET，重點講解MOSFET作為開關和放大器的應用。 FET的優勢： 強調FET的高輸入阻抗、低功耗等優點。 三極管在電路中的應用： 放大電路： 介紹單級放大電路的設計和分析，包括偏置電路的設計（固定偏置、分壓偏置、發射極反饋偏置）。 多級放大電路： 簡要介紹耦閤方式（RC耦閤、變壓器耦閤、直接耦閤）及其特點。 射極跟隨器： 闡述射極跟隨器的阻抗匹配特性及其應用。 達林頓電路： 介紹達林頓管的結構和高增益特性。 開關電路： 演示三極管作為簡單電子開關的應用，例如在繼電器驅動、LED驅動中的應用。 第二章 運算放大器及其應用 本章將深入探討運算放大器（Op-Amp）這一通用電子模塊。我們將從運算放大器的基本結構、理想參數入手，理解其強大的信號處理能力。隨後，我們將聚焦於其在各種模擬電路中的經典應用，包括放大、積分、微分、濾波等，為讀者提供構建復雜模擬係統的理論基礎和實踐指導。 2.1 運算放大器概述 理想運算放大器的模型： 講解理想運放的四個基本特性：無限開環增益、無限輸入阻抗、零輸齣阻抗、無限帶寬。 實際運算放大器的參數： 介紹實際運放的關鍵參數，如有限的開環增益、輸入失調電壓、輸入偏置電流、輸入失調電流、共模抑製比（CMRR）、電源抑製比（PSRR）、轉換速率（Slew Rate）等，並解釋這些參數對電路性能的影響。 基本功能模塊： 介紹運放的同相輸入端和反相輸入端，以及虛短和虛斷的概念，這是分析虛短虛斷應用電路的關鍵。 2.2 運算放大器經典應用電路 反相比例器： 電路分析： 推導反相比例器的電壓增益公式，討論輸入電阻、反饋電阻對增益的影響。 應用： 講解其作為信號衰減器、信號反相器的作用。 同相比例器： 電路分析： 推導同相比例器的電壓增益公式，討論反饋電阻和輸入電阻與總電阻的比例關係。 應用： 講解其作為信號放大器，且輸齣信號與輸入信號同相。 電壓跟隨器（緩衝器）： 電路分析： 推導電壓跟隨器的增益為1，輸入阻抗無限大，輸齣阻抗無限小。 應用： 強調其作為緩衝器的作用，用於阻抗匹配，避免後級電路對前級電路産生負載效應。 加法器（求和電路）： 電路分析： 講解多路輸入信號如何通過反相或同相輸入端疊加，並根據反饋電阻的比值實現加權求和。 應用： 適用於信號混閤、數字模擬轉換中的部分功能。 減法器（差分放大器）： 電路分析： 推導差分放大器的輸齣電壓與兩路輸入電壓之差的關係，討論其共模抑製能力。 應用： 用於信號的差分放大、噪聲抑製。 積分電路： 電路分析： 講解利用電容作為反饋元件，實現對輸入信號的積分運算，輸齣電壓與輸入信號的積分成正比。 實際考慮： 討論實際積分電路中存在的漂移問題，以及如何通過增加電阻來緩解。 應用： 在信號處理、波形生成中具有重要作用。 微分電路： 電路分析： 講解利用電感或電容作為輸入元件，實現對輸入信號的微分運算，輸齣電壓與輸入信號的微分成正比。 實際考慮： 討論實際微分電路中存在的噪聲放大問題，以及如何通過串聯電阻來抑製。 應用： 在信號處理、邊緣檢測中具有作用。 濾波器電路： 低通濾波器： 講解RC低通濾波器的原理，以及如何利用運放構建有源低通濾波器，提高濾波效果。 高通濾波器： 講解RC高通濾波器的原理，以及如何利用運放構建有源高通濾波器。 帶通濾波器： 介紹簡單的多級RC濾波組閤，或更復雜的有源濾波器設計。 帶阻濾波器（陷波器）： 介紹如何抑製特定頻率的信號。 比較器電路： 基本原理： 介紹運放作為比較器，用於比較兩路輸入信號的大小，輸齣高電平或低電平。 滯迴比較器（施密特觸發器）： 講解滯迴比較器的原理，如何引入正反饋以消除噪聲乾擾，産生穩定的輸齣。 應用： 在信號整形、閾值檢測、振蕩器等電路中廣泛應用。 2.3 運算放大器的特殊應用 振蕩器電路： RC振蕩器： 介紹弛豫振蕩器、相移振蕩器等基本RC振蕩電路的工作原理。 LC振蕩器： 簡要介紹LC振蕩器（如哈特萊振蕩器、科爾皮茲振蕩器）的工作原理。 多諧振蕩器： 介紹利用運放或555定時器構建的多諧振蕩器。 直流穩壓電源： 講解如何利用運放、三極管和穩壓二極管構建閉環穩壓電路，提高穩壓精度和負載調整率。 信號發生器： 介紹如何利用上述基本電路模塊組閤成能夠産生正弦波、方波、三角波等信號的信號發生器。 第三章 數字邏輯電路基礎 本章將引領讀者進入數字邏輯的世界，從最基本的邏輯門開始，逐步構建復雜的組閤邏輯和時序邏輯電路。我們將深入理解二進製數製、邏輯運算的本質，並學習如何利用邏輯門電路實現各種邏輯功能，為後續的數字係統設計打下堅實基礎。 3.1 二進製數製與邏輯代數 二進製數製： 概念： 介紹二進製數的錶示方法（0和1），以及其在數字電路中的基本地位。 數製轉換： 詳細講解二進製、十進製、十六進製之間的相互轉換方法。 二進製運算： 介紹二進製的加法、減法、乘法、除法運算。 布爾代數（邏輯代數）： 基本邏輯運算： 講解與（AND）、或（OR）、非（NOT）三種基本邏輯運算的定義、真值錶和符號。 基本邏輯門： 介紹AND門、OR門、NOT門（反相器）的電路符號、邏輯功能和真值錶。 組閤邏輯門： 講解NAND門（與非門）、NOR門（或非門）、XOR門（異或門）、XNOR門（同或門）的邏輯功能、真值錶和電路符號。 邏輯代數的基本定律與定理： 介紹交換律、結閤律、分配律、重疊律、吸收律、德摩根定理等，並解釋其在邏輯化簡中的應用。 邏輯函數的錶示方法： 介紹真值錶、邏輯圖、邏輯錶達式（標準積之和、標準和之積）等錶示方法。 3.2 組閤邏輯電路 組閤邏輯電路的特點： 強調組閤邏輯電路的輸齣僅取決於當前的輸入，沒有記憶功能。 邏輯函數的化簡： 卡諾圖（Karnaugh Map）： 詳細介紹卡諾圖的繪製方法和化簡規則，講解如何利用卡諾圖對邏輯函數進行最簡化。 奎恩-麥剋拉斯基（Quine-McCluskey）方法： 簡要介紹這種係統化的邏輯化簡方法。 基本組閤邏輯模塊： 譯碼器（Decoder）： 功能： 介紹譯碼器將二進製輸入信號轉換為唯一的輸齣信號。 類型： 講解1-2譯碼器、3-8譯碼器、BCD-7段譯碼器等。 應用： 在地址選擇、數據顯示等領域。 編碼器（Encoder）： 功能： 介紹編碼器將多個輸入信號轉換為二進製輸齣信號。 類型： 講解普通編碼器、優先編碼器（Priority Encoder）。 應用： 在鍵盤輸入、數據傳輸等領域。 數據選擇器（Multiplexer, MUX）： 功能： 介紹數據選擇器根據選擇信號從多路輸入中選擇一路輸齣。 應用： 在信號路由、數據分配、邏輯函數實現等領域。 數據分配器（Demultiplexer, DEMUX）： 功能： 介紹數據分配器將一路輸入信號根據選擇信號分配到多路輸齣中的某一路。 應用： 在數據分發、多通道輸齣等領域。 加法器（Adder）： 半加器（Half Adder）： 介紹半加器實現兩位二進製數的加法，輸齣和與進位。 全加器（Full Adder）： 介紹全加器實現三位二進製數的加法（兩輸入位加一位進位），輸齣和與進位。 串行加法器和並行加法器： 介紹不同實現的加法器。 減法器（Subtractor）： 介紹基於加法器實現的減法器。 比較器（Comparator）： 介紹比較器如何比較兩個二進製數的大小，並輸齣相應的比較結果（大於、小於、等於）。 3.3 時序邏輯電路 時序邏輯電路的特點： 強調時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於電路過去的狀態（即具有記憶功能）。 觸發器（Flip-Flop）： 基本概念： 介紹觸發器是時序邏輯電路的最基本存儲單元，能夠存儲一位二進製信息。 SR觸發器： 講解基本SR觸發器（置位、復位）的構成和工作原理，分析其約束狀態。 Gated SR觸發器： 引入時鍾信號，實現對SR觸發器的控製。 D觸發器（數據觸發器）： 講解D觸發器的工作原理，輸入數據D在時鍾信號作用下被存儲。 JK觸發器： 講解JK觸發器的工作原理，J和K作為控製輸入，能夠實現多種翻轉功能。 T觸發器（觸發器）： 講解T觸發器的工作原理，輸入T為1時翻轉，為0時保持。 上升沿/下降沿觸發： 介紹電平觸發和邊沿觸發的區彆，以及邊沿觸發的優勢。 寄存器（Register）： 功能： 介紹寄存器是由若乾個觸發器組成，用於存儲多位二進製信息。 移位寄存器： 講解移位寄存器（SISO, SIPO, PISO, PIPO）的工作原理，以及其在數據移動、串並轉換、數模轉換等方麵的應用。 計數器（Counter）： 功能： 介紹計數器能夠對輸入脈衝進行計數，並輸齣相應的計數值。 異步計數器（行波進位計數器）： 講解異步計數器的級聯方式和工作原理，分析其速度限製。 同步計數器： 講解同步計數器的工作原理，所有觸發器同時接收時鍾信號，提高瞭計數速度。 加計數器和減計數器： 介紹計數器的增減功能。 可預置計數器： 介紹如何對計數器的初始值進行預設。 應用： 在頻率測量、數字時鍾、程序計數器等領域。 有限狀態機（Finite State Machine, FSM）： 概念： 介紹有限狀態機模型，包括狀態、輸入、輸齣和狀態轉移。 摩爾型（Mealy Model）和米利型（Moore Model）有限狀態機： 區分兩種模型。 設計流程： 簡要介紹有限狀態機的設計流程，包括狀態圖、狀態錶、化簡、邏輯實現。 應用： 在控製係統、通信協議、序列檢測等領域。 第四章 傳感器技術與信號調理 本章將聚焦於現代電子係統中不可或缺的“感知”部分——傳感器技術。我們將深入瞭解各類傳感器的基本原理、工作特性，以及如何將原始的物理量轉化為可處理的電信號。同時，我們將詳細介紹信號調理電路的設計，包括放大、濾波、隔離等關鍵環節，以確保傳感器信號的準確性和可靠性，為後續的數據采集與處理奠定基礎。 4.1 傳感器基礎 傳感器的定義與分類： 介紹傳感器的基本概念，及其按照被測物理量、工作原理、能量轉換方式等不同維度的分類。 傳感器的基本特性參數： 靈敏度： 講解靈敏度（Sensitivity）的定義，即輸齣量變化與輸入量變化的比例。 綫性度： 描述傳感器輸齣與輸入之間綫性關係的程度。 遲滯： 解釋傳感器在同輸入下，上升過程和下降過程中輸齣不同的現象。 分辨率： 傳感器能夠檢測到的最小輸入量變化。 響應時間： 傳感器對輸入量變化作齣反應所需的時間。 動態範圍： 傳感器能夠有效測量的輸入量範圍。 穩定性： 傳感器在長期工作或環境變化下性能保持一緻的程度。 常見傳感器原理與應用： 電阻式傳感器： 應變片（Strain Gauge）： 介紹應變片的電橋原理，用於測量力、壓力、位移等。 熱敏電阻（Thermistor）： 講解NTC（負溫度係數）和PTC（正溫度係數）熱敏電阻的溫度-電阻特性，用於溫度測量。 電位器（Potentiometer）： 介紹其作為位移傳感器的應用。 電容式傳感器： 基本原理： 講解電容值隨距離、介電常數等變化的原理。 應用： 用於位移、濕度、液位等測量。 電感式傳感器： 電感變化式： 介紹利用磁芯移動改變電感值的原理。 電磁感應式： 介紹利用導綫切割磁感綫産生感應電壓的原理，如LVDT（綫性可變差動變壓器）用於位移測量。 渦流傳感器： 用於金屬檢測、位移測量。 壓電式傳感器： 壓電效應： 講解晶體在受力時産生電荷的現象。 應用： 用於壓力、加速度、聲波測量。 光學傳感器： 光敏電阻（Photoresistor）： 講解其光照強度與電阻值之間的關係。 光電二極管（Photodiode）： 介紹其光電導效應和光生伏打效應，用於光強測量、信號檢測。 光電三極管（Phototransistor）： 介紹其放大作用，靈敏度更高。 紅外傳感器： 用於距離測量、物體檢測。 圖像傳感器（CCD/CMOS）： 簡要介紹其成像原理。 霍爾效應傳感器： 霍爾效應： 講解載流子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉，産生霍爾電壓的現象。 應用： 用於磁場測量、位置檢測、速度測量、電流檢測。 氣體傳感器： 介紹半導體氣體傳感器、電化學氣體傳感器等。 生物傳感器： 簡要介紹其原理和應用。 4.2 信號調理電路 信號調理的目的： 解釋為什麼需要信號調理，包括提高信號質量、匹配後續電路、保護測量設備等。 信號放大： 為什麼需要放大： 傳感器輸齣信號往往很微弱，需要放大以提高信噪比。 直流放大電路： 講解運放作為直流放大器的應用，需要考慮零點漂移問題。 交流放大電路： 講解耦閤電容的使用，以及為何交流放大器不適用於直流信號。 儀器放大器（Instrumentation Amplifier）： 介紹儀器放大器的高輸入阻抗、高共模抑製比、高增益等特性，特彆適閤測量微弱信號。 信號濾波： 濾波器的作用： 濾除信號中的噪聲和乾擾，保留有用信號。 低通濾波器： 抑製高頻噪聲，平滑信號。 高通濾波器： 濾除直流分量或低頻乾擾。 帶通濾波器： 僅允許特定頻段的信號通過。 陷波器： 濾除特定頻率的乾擾（如工頻乾擾）。 有源濾波器與無源濾波器： 介紹兩者的區彆與應用。 信號隔離： 隔離的目的： 防止傳感器與測量設備之間産生地綫迴路，保護設備，提高安全性。 光電耦閤器（Optocoupler）： 介紹其利用光信號進行隔離的原理。 隔離變壓器： 用於電源和信號的隔離。 電容隔離： 利用電容的隔直特性。 信號綫性化： 非綫性傳感器的處理： 介紹如何通過軟件或硬件電路對非綫性傳感器輸齣進行補償，使其輸齣與被測量呈綫性關係。 阻抗匹配： 電壓匹配與功率匹配： 講解阻抗匹配的重要性，避免信號能量的損失。 電壓跟隨器的應用： 介紹電壓跟隨器在提高輸入阻抗、降低輸齣阻抗方麵的作用。 電橋電路（Bridge Circuit）： 惠斯通電橋： 詳細介紹惠斯通電橋的原理，以及如何利用其測量電阻的變化，常用於電阻式傳感器的信號獲取。 電橋的平衡與不平衡： 解釋電橋的工作狀態。 差動電橋： 介紹一種更靈敏的電橋配置。 第五章 電源技術與電磁兼容 本章將深入探討電子係統的“血液”——電源技術，以及保障電子係統穩定可靠運行的關鍵——電磁兼容（EMC）。我們將學習各種電源拓撲的原理與設計，理解穩壓、濾波等關鍵環節，並掌握如何設計電路和係統以減少電磁乾擾（EMI）和提高抗乾擾能力，確保電子設備在復雜電磁環境中正常工作。 5.1 開關電源技術 綫性電源與開關電源的比較： 闡述兩者在效率、體積、成本、發熱等方麵的差異，以及開關電源的優勢。 開關電源基本工作原理： 介紹開關電源通過高頻開關元件（如MOSFET）的導通與關斷，改變電壓和電流的參數，實現高效變換。 主要開關電源拓撲： Buck（降壓）變換器： 基本電路： 講解Buck變換器的主要構成元件（開關管、續流二極管、電感、電容）及其工作原理。 工作模式： 介紹連續導通模式（CCM）和斷續導通模式（DCM）。 占空比控製： 解釋輸齣電壓與占空比的關係。 Boost（升壓）變換器： 基本電路： 講解Boost變換器的構成元件及工作原理。 輸齣電壓特性： 解釋輸齣電壓高於輸入電壓的原理。 Buck-Boost（升降壓）變換器： 基本電路： 講解Buck-Boost變換器的構成元件及工作原理。 輸齣電壓特性： 解釋輸齣電壓與輸入電壓極性相反，且可升可降。 SEPIC（單端初級電感變換器）和Cuk變換器： 簡要介紹其特點和應用。 隔離型開關電源： 介紹利用變壓器實現輸入輸齣隔離，提高安全性和抗乾擾能力，如正激、反激、半橋、全橋拓撲。 開關電源的控製技術： 脈衝寬度調製（PWM）控製： 介紹PWM控製是最常用的控製方式，通過改變開關管的占空比來調節輸齣電壓。 電壓反饋環路： 講解如何通過采樣輸齣電壓，與基準電壓進行比較，産生控製信號來調整占空比。 電流模式控製： 介紹電流模式控製的優點，如更好的動態響應和過流保護。 開關電源的濾波器設計： 輸齣濾波器： 講解LC濾波器的作用，抑製輸齣紋波。 輸入濾波器： 講解EMI濾波器，抑製輸入端的電磁乾擾，並減少電源本身對電網的乾擾。 功率器件選擇： 介紹MOSFET、IGBT、二極管等功率器件的選擇原則。 5.2 綫性穩壓電源 穩壓原理： 介紹綫性穩壓器利用串聯或並聯調整元件，通過反饋控製來穩定輸齣電壓。 串聯型穩壓器： 基本結構： 講解以三極管或MOSFET作為串聯調整元件，運放作為誤差放大器，穩壓二極管作為基準電壓源的典型結構。 缺點： 討論其效率較低，發熱較大的問題。 並聯型穩壓器： 介紹以穩壓二極管為基礎的簡單穩壓電路。 集成穩壓器（Linear Voltage Regulators）： 三端固定穩壓器（如78xx係列，79xx係列）： 介紹其易用性，隻需少量外圍元件即可工作。 可調穩壓器（如LM317，LM337）： 介紹其靈活性，可以通過外圍電阻調整輸齣電壓。 低壓差（LDO）穩壓器： 講解其壓差要求低，適閤電池供電的場閤。 5.3 電磁兼容（EMC）基礎 EMC的定義： 解釋電磁兼容性是指電子設備在電磁環境中能正常工作，且不對該環境中的其他設備産生過量電磁乾擾的能力。 電磁乾擾（EMI）的産生與傳播途徑： 輻射乾擾： 通過電磁波嚮空間輻射。 傳導乾擾： 通過電源綫、信號綫等導體傳播。 耦閤乾擾： 通過電場耦閤、磁場耦閤、公共阻抗耦閤等方式傳播。 EMC設計原則： 源頭控製： 減小乾擾源的産生。 傳播抑製： 阻止乾擾的傳播。 敏感性降低： 提高設備對外部乾擾的抗乾擾能力。 EMI的産生源： 開關電源： 高頻開關動作産生的高次諧波。 高速數字電路： 信號邊沿快速變化産生輻射。 電機、繼電器等： 産生電火花和電磁衝擊。 電纜和連接器： 形成天綫效應。 EMC設計技術： PCB布局布綫： 接地： 采用星形接地、單點接地、多點接地等策略，強調良好的接地是EMC設計的關鍵。 濾波： 在電源綫、信號綫上使用濾波元件（電容、電感、磁珠）抑製傳導乾擾。 屏蔽： 使用屏蔽罩、屏蔽電纜來隔離電磁輻射。 走綫原則： 減少信號綫之間的耦閤，保持信號綫與參考平麵的緊密連接，避免走綫過長。 差分走綫： 對於高速差分信號，采用緊密耦閤的差分走綫以抵消輻射。 元器件選擇： 選擇具有良好EMC性能的元器件。 電源濾波： 使用EMI濾波器、旁路電容等。 電纜屏蔽： 對易受乾擾的電纜進行屏蔽處理。 防護設計： 考慮靜電放電（ESD）的防護。 EMC測試與標準： 簡要介紹EMC測試的項目（輻射發射、傳導發射、抗輻射騷擾、抗傳導騷擾等）以及相關的國際和行業標準（如CISPR、FCC、GB標準）。 第六章 嵌入式係統基礎與開發 本章將帶領讀者進入嵌入式係統的世界，從嵌入式係統的基本概念、組成結構入手，深入理解微控製器（MCU）的核心原理和工作方式。我們將學習如何進行嵌入式軟件開發，包括程序設計、調試，以及與硬件的交互，為構建智能、實用的嵌入式應用打下堅實基礎。 6.1 嵌入式係統概述 嵌入式係統的定義： 介紹嵌入式係統是針對特定應用而設計，集成在較大係統中的專用計算機係統。 嵌入式係統的特點： 專用性： 為特定功能而設計。 實時性： 對時間有嚴格要求。 可靠性： 要求係統穩定運行。 功耗低： 尤其是在移動設備和電池供電設備中。 體積小、成本低： 追求小型化和經濟性。 嵌入式係統的組成： 硬件部分： 微控製器（MCU）/微處理器（MPU）： 嵌入式係統的核心。 存儲器： ROM/Flash（存儲程序）、RAM（存儲數據）。 輸入/輸齣（I/O）接口： GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC等。 外圍設備： 顯示器、鍵盤、傳感器、執行器等。 軟件部分： 嵌入式操作係統（RTOS）： 如FreeRTOS、RT-Thread、VxWorks等。 應用程序： 實現具體功能的軟件。 驅動程序： 控製硬件的軟件模塊。 中間件： 提供常用功能的軟件層。 6.2 微控製器（MCU） MCU的構成： 介紹MCU通常集成瞭CPU、存儲器（Flash、RAM）、定時器、ADC、DAC、通信接口（UART、SPI、I2C）、GPIO等外設。 CPU核心： 簡單介紹常見的CPU架構，如ARM Cortex-M係列。 存儲器： Flash存儲器： 用於存儲程序代碼，斷電後數據不丟失。 RAM（SRAM）： 用於存儲運行時數據，斷電後數據丟失。 GPIO（通用輸入/輸齣）： 配置： 講解如何配置GPIO口為輸入或輸齣模式。 讀寫： 介紹如何讀取GPIO輸入狀態和控製GPIO輸齣電平。 應用： 控製LED、讀取按鍵、驅動繼電器等。 定時器/計數器： 功能： 産生延時、定時、脈衝輸齣、PWM信號等。 工作模式： 講解不同定時器的工作模式。 應用： 實現延時任務、精確計時、控製電機轉速等。 ADC（模數轉換器）： 原理： 講解ADC如何將模擬信號轉換為數字信號。 參數： 分辨率、采樣率、參考電壓。 應用： 讀取傳感器模擬輸齣，如溫度傳感器、光敏傳感器。 DAC（數模轉換器）： 原理： 講解DAC如何將數字信號轉換為模擬信號。 應用： 輸齣模擬控製信號，驅動音頻設備等。 通信接口： UART（通用異步收發傳輸器）： 原理： 串行通信協議，常用於MCU與PC、其他MCU之間的通信。 參數： 波特率、數據位、停止位、校驗位。 SPI（串行外設接口）： 原理： 同步串行通信協議，速度較快，多用於MCU與外圍芯片（如傳感器、存儲器）通信。 I2C（集成電路互聯總綫）： 原理： 主從通信協議，隻需兩根綫（SDA、SCL），支持多主多從。 應用： 連接傳感器、EEPROM等。 中斷係統： 中斷原理： 講解中斷如何響應外部事件，提高係統效率。 中斷服務程序（ISR）： 編寫中斷處理函數。 中斷優先級： 設置不同中斷的優先級。 應用： 響應按鍵按下、定時器溢齣、通信接收等事件。 6.3 嵌入式軟件開發 開發環境： 集成開發環境（IDE）： 如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE等。 交叉編譯工具鏈： 將PC上的代碼編譯成目標MCU能運行的機器碼。 程序設計語言： C語言： 是嵌入式開發最常用的語言，提供瞭對硬件的直接控製能力。 C++語言： 在麵嚮對象和代碼復用方麵有優勢。 匯編語言： 用於底層硬件控製和性能優化。 嵌入式程序開發流程： 需求分析： 明確功能需求。 硬件選型： 選擇閤適的MCU及外圍器件。 程序設計： 編寫代碼。 編譯與鏈接： 生成可執行文件。 下載與調試： 將程序下載到MCU，並使用調試器查找和修復錯誤。 測試與優化： 進行功能測試和性能優化。 調試技術： 仿真器/調試器： 如JTAG/SWD接口，配閤IDE進行斷點設置、單步執行、變量查看、內存查看等。 串口打印： 利用UART接口嚮PC發送調試信息。 LED閃爍： 通過LED的閃爍狀態來指示程序運行情況。 嵌入式操作係統（RTOS）簡介： RTOS的作用： 提供任務管理、時間管理、中斷管理、內存管理、設備驅動等功能，簡化復雜係統的開發。 多任務並發： 講解RTOS如何實現多個任務的並發執行。 任務間通信與同步： 介紹信號量、互斥鎖、消息隊列等機製。 常用RTOS： FreeRTOS、RT-Thread、uCOS等。 6.4 嵌入式係統應用實例 智能傢居控製： 如智能燈光、溫控器。 物聯網（IoT）設備： 如傳感器節點、智能穿戴設備。 工業自動化： 如PLC（可編程邏輯控製器）、傳感器接口。 汽車電子： 如發動機控製單元（ECU）、車載娛樂係統。 醫療電子： 如便攜式診斷設備、生命體徵監測儀。 消費電子： 如智能手機、數碼相機（內部嵌入式係統）。 第七章 可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）與硬件描述語言（HDL） 本章將深入介紹可編程邏輯器件（PLD）——FPGA（現場可編程門陣列）和CPLD（復雜可編程邏輯器件）的強大能力。我們將學習硬件描述語言（HDL），如Verilog或VHDL，如何用來描述硬件電路的設計，並將其“燒錄”到FPGA/CPLD中實現定製化的數字邏輯功能。這為實現高速、並行、定製化的硬件邏輯提供瞭強大的工具。 7.1 可編程邏輯器件（PLD）概述 PLD的概念： 介紹PLD是一種可以在生産後進行邏輯功能配置的集成電路。 PLD的分類： PLA（可編程邏輯陣列）： 具有可編程的“與”陣列和“或”陣列。 PAL（可編程陣列邏輯）： 具有固定“或”陣列和可編程“與”陣列。 GAL（通用陣列邏輯）： 是PAL的改進型，具有宏單元結構，可編程輸入/輸齣。 CPLD（復雜可編程邏輯器件）： 結構： 由多個邏輯塊（Macrocell）通過可編程互連綫連接而成。 特點： 邏輯密度較高，屬於“與-或”結構，具有確定的延時，適閤實現時序邏輯。 FPGA（現場可編程門陣列）： 結構： 由大量的可編程邏輯單元（CLB/LE）、可編程輸入/輸齣塊（IOB）、以及可編程的布綫資源（Interconnect）構成。 特點： 邏輯密度非常高，靈活性極強，布綫資源豐富，適閤實現復雜的組閤邏輯和時序邏輯。 PLD的優勢： 靈活性： 邏輯功能可修改。 並行性： 實現硬件並行處理。 高性能： 能夠實現高速邏輯。 快速原型開發： 快速驗證設計。 集成度高： 可將大量邏輯集成到單個器件中。 FPGA與ASIC（專用集成電路）的比較： 闡述兩者的區彆，FPGA用於原型開發和中低批量生産，ASIC用於大規模、高性能、低成本的量産。 7.2 硬件描述語言（HDL） HDL的作用： 介紹HDL是用於描述數字電路結構和行為的語言，並非傳統的軟件編程語言。 Verilog HDL： 語言特點： 語法類似於C語言，易於學習和上手。 基本概念： 模塊（module）： 描述一個獨立的硬件單元。 端口（port）： 模塊的輸入/輸齣接口。 數據類型： `reg`（寄存器）、`wire`（綫網）。 賦值語句： 阻塞賦值（`=`）和非阻塞賦值（`<=`）。 行為級建模： 使用`always`塊、`if-else`、`case`語句來描述電路行為。 數據流級建模： 使用`assign`語句直接描述組閤邏輯。 結構級建模： 通過實例化其他模塊來構建電路。 常用結構： 組閤邏輯： 使用`assign`語句或`always @()`塊。 時序邏輯： 使用`always @(posedge clk or posedge rst)`塊，結閤非阻塞賦值。 有限狀態機（FSM）建模： 描述狀態、轉移和輸齣。 VHDL（VHSIC Hardware Description Language）： 語言特點： 語法嚴謹，具有較強的類型檢查，更像是一種工程設計語言。 基本概念： 實體（entity）： 定義模塊的接口。 架構（architecture）： 描述模塊的內部邏輯。 端口（port）： 實體中的輸入/輸齣。 信號（signal）： 類似於Verilog的`wire`。 變量（variable）： 類似於Verilog的`reg`（在進程內）。 進程（process）： 描述電路的行為。 並發語句： 描述電路的並行性。 HDL綜閤（Synthesis）： 綜閤過程： 將HDL代碼轉換為網錶（Netlist），即邏輯門和連接的描述。 綜閤工具： 如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime。 可綜閤的代碼： 編寫能夠被綜閤工具正確理解和轉換的代碼。 HDL仿真（Simulation）： 仿真工具： 如ModelSim, VCS。 測試激勵（Testbench）： 編寫HDL代碼來模擬輸入信號，測試設計的功能正確性。 波形查看： 分析仿真結果。 7.3 FPGA/CPLD設計流程 需求分析： 明確需要實現的功能。 邏輯設計： 使用HDL語言描述設計。 功能仿真： 使用仿真工具驗證設計邏輯的正確性。 綜閤： 將HDL代碼轉換為門級網錶。 映射與布局布綫（Place & Route）： 將邏輯門映射到FPGA/CPLD的物理資源上，並規劃布綫。 時序分析（Timing Analysis）： 檢查設計是否滿足時序要求。 生成比特流（Bitstream）： 生成可下載到FPGA/CPLD的配置文件。 下載與硬件測試： 將比特流下載到FPGA/CPLD，並在實際硬件上進行測試。 調試： 使用片上邏輯分析儀（ILA）等工具進行硬件調試。 7.4 FPGA/CPLD典型應用 數字信號處理（DSP）： 高速的濾波器、FFT等算法實現。 通信係統： 協議處理、數據編碼/解碼、基帶處理。 圖像與視頻處理： 圖像增強、邊緣檢測、視頻編解碼。 高速接口設計： USB、PCIe、HDMI等接口的實現。 嵌入式係統加速： 實現ASIC級彆的並行處理單元，加速嵌入式係統的運算。 邏輯原型驗證： 在ASIC設計前，用FPGA實現邏輯進行原型驗證。 教育與研究： 用於學習數字邏輯設計和係統級設計。 定製化邏輯控製： 滿足特定工業控製和自動化需求。 第八章 微處理器與嵌入式係統硬件設計 本章將深入探討微處理器（MPU）的工作原理及其在復雜嵌入式係統中的硬件設計。與微控製器（MCU）相比，微處理器通常不集成大量外設，而是通過總綫接口連接外部存儲器和各種I/O芯片，從而提供瞭更高的靈活性和處理能力，適用於更復雜的應用場景。我們將學習CPU的核心概念、存儲器接口、I/O擴展以及總綫技術，為構建功能強大的嵌入式硬件平颱奠定基礎。 8.1 微處理器（MPU）工作原理 CPU的核心結構： 算術邏輯單元（ALU）： 執行算術和邏輯運算。 控製單元（CU）： 控製指令的讀取、譯碼和執行。 寄存器組： 存儲CPU內部的數據和指令地址，如通用寄存器、程序計數器（PC）、指令寄存器（IR）、狀態寄存器（SR）等。 指令周期： 取指令（Fetch）： CPU從存儲器中讀取指令。 指令譯碼（Decode）： CPU分析指令的功能和操作數。 執行指令（Execute）： CPU根據指令執行相應的操作。 寫迴（Write-back）： 將運算結果寫迴寄存器或存儲器。 流水綫（Pipelining）： 介紹流水綫技術如何通過重疊指令的各個階段，提高CPU的指令吞吐量。 緩存（Cache）： 解釋CPU內部緩存（L1, L2, L3）的作用，用於存儲最近使用的指令和數據，減少訪問主存儲器的時間。 指令集架構（ISA）： RISC（精簡指令集計算）： 如ARM、MIPS，指令數量少，格式規整，執行速度快。 CISC（復雜指令集計算）： 如x86，指令數量多，功能強大，但指令周期可能較長。 8.2 存儲器接口與管理 主存儲器（RAM）和輔助存儲器（ROM/Flash）： RAM（隨機存取存儲器）： 用於存儲程序運行時的數據。 ROM（隻讀存儲器）： 用於存儲固件（如BIOS、引導加載程序），現在多用Flash替代。 Flash存儲器： 可擦寫，斷電數據不丟失，常用於存儲操作係統、應用程序和用戶數據。 存儲器總綫（Memory Bus）： 地址總綫（Address Bus）： CPU通過地址總綫嚮存儲器發齣訪問地址。 數據總綫（Data Bus）： CPU通過數據總綫與存儲器之間進行數據傳輸。 控製總綫（Control Bus）： 傳輸讀/寫信號、時鍾信號、就緒信號等控製信息。 存儲器映射（Memory Mapping）： 物理地址空間： CPU能夠訪問的全部地址範圍。 內存映射I/O（Memory-Mapped I/O, MMIO）： 將I/O設備映射到地址空間中，CPU通過讀寫特定地址來訪問I/O設備。 虛擬內存（Virtual Memory）與內存管理單元（MMU）： 虛擬地址： 應用程序使用的地址。 物理地址： 實際存儲器中的地址。 MMU的作用： 將虛擬地址轉換為物理地址，實現內存保護、內存共享、程序獨立性等功能。 DDR SDRAM： 介紹現代嵌入式係統中常用的高性能動態隨機存取存儲器。 8.3 輸入/輸齣（I/O）擴展與接口技術 I/O接口的重要性： 嵌入式係統需要與外部世界進行信息交換，I/O接口是關鍵。 並行接口（Parallel Interface）： GPIO： 通用輸入/輸齣端口，用於連接簡單的開關、LED等。 並行總綫： 如ISA、PCI總綫（在PC架構中），一次傳輸多位數據。 串行接口（Serial Interface）： UART/USART： 用於與PC、調製解調器、其他MCU通信。 SPI： 高速同步串行接口，用於連接傳感器、Flash、SD卡等。 I2C： 低速雙綫串行接口，用於連接傳感器、EEPROM等。 USB（通用串行總綫）： 高速、熱插拔接口，廣泛應用於數據傳輸和設備連接。 Ethernet（以太網）： 用於網絡通信，實現設備聯網。 總綫技術： 片內總綫： CPU內部連接各個功能模塊的總綫。 片間總綫： 連接CPU與外部存儲器、I/O芯片的總綫。 總綫仲裁： 當多個設備爭用總綫時，需要仲裁機製來決定哪個設備獲得總綫控製權。 DMA（直接內存訪問）： 介紹DMA控製器如何繞過CPU直接在存儲器和外設之間傳輸數據，提高數據傳輸效率。 顯示接口： LCD控製器： 用於驅動液晶顯示器。 HDMI/DisplayPort： 用於連接高清顯示設備。 音頻接口： I2S（Inter-IC Sound）： 用於數字音頻信號傳輸。 8.4 係統總綫架構與通信協議 總綫結構： 統一總綫： 地址、數據、控製信號共享同一組總綫。 分離總綫： 地址總綫、數據總綫、控製總綫分開。 AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）： ARM公司提齣的片上總綫標準，包括： AHB（Advanced High-performance Bus）： 用於高性能、高帶寬的通信，如CPU與內存之間。 APB（Advanced Peripheral Bus）： 用於連接低帶寬、低功耗的外設，如GPIO、UART。 AXI（Advanced eXtensible Interface）： AMBA的高級版本，提供更強的靈活性和性能，支持亂序事務和突發傳輸。 PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）： 高速串行總綫，廣泛用於連接顯卡、網卡等高性能外設。 其他總綫協議： CAN（控製器局域網，用於汽車電子）、LIN（局域網，用於汽車電子）、RS-485等。 8.5 嵌入式係統硬件設計流程 需求分析： 確定係統功能、性能、功耗、成本等要求。 係統架構設計： 選擇閤適的MPU/MCU，確定存儲器類型和容量，選擇關鍵外設和接口。 原理圖設計： 使用EDA工具繪製電路原理圖。 PCB布局布綫： 設計PCB闆，閤理安排元器件布局和走綫，考慮信號完整性、電源完整性、EMC等。 元器件選型： 根據性能、成本、供貨情況選擇閤適的元器件。 原型製作與測試： 製作PCB樣闆，焊接元器件，並進行硬件功能測試。 硬件調試： 使用示波器、邏輯分析儀等工具進行硬件問題的排查和解決。 與軟件協同設計： 確保硬件設計能夠滿足軟件運行的需求。 第九章 高級電子設計技術與前沿展望 本章將進一步拓展讀者的視野，探討一些更高級的電子設計技術，並展望電子技術未來的發展趨勢。我們將觸及信號完整性、電源完整性、射頻電路設計等關鍵領域，並關注新興技術在電子設計中的應用，幫助讀者理解現代電子係統為何能達到如此高的復雜度和性能。 9.1 信號完整性（Signal Integrity, SI） 信號完整性的概念： 強調信號在傳輸過程中能夠保持其原始波形和信息，不受失真、噪聲等影響。 信號失真産生的原因： 反射： 傳輸綫末端阻抗不匹配導緻信號反射。 串擾（Crosstalk）： 相鄰信號綫之間的電容和電感耦閤導緻乾擾。 損耗（Attenuation）： 信號在傳輸介質中的衰減。 振鈴（Ringing）： 信號在反射和疊加後産生的振蕩。 過衝（Overshoot）和下衝（Undershoot）： 信號幅度超過目標電平或低於目標電平。 時序抖動（Jitter）： 信號時鍾邊沿的時間偏差。 SI的改善技術： 阻抗匹配： 在傳輸綫的始端和末端使用匹配電阻。 傳輸綫設計： 控製PCB走綫的寬度、厚度、介電常數，使其具有特定的特徵阻抗。 信號隔離： 增加信號綫之間的間距，減少串擾。 端接技術： 串聯端接、並聯端接、戴維南端接等。 差分信號設計： 使用差分對信號，通過共模抑製來減少噪聲。 緩存（Buffer）的使用： 在長距離傳輸中插入緩衝器。 PCB疊層設計： 閤理安排PCB的層數和各層之間的疊層關係，使用參考平麵。 9.2 電源完整性（Power Integrity, PI） 電源完整性的概念： 確保為電子器件提供穩定、清潔的電源，滿足其工作需求。 電源噪聲産生的原因： 器件的動態功耗變化： 開關器件（如CPU、FPGA）在不同工作狀態下對電流的需求急劇變化。 電源分配網絡（PDN）的阻抗： PDN的電感和電容特性會影響電源的響應速度。 濾波電容的有效性： 濾波電容的ESR（等效串聯電阻）和ESL（等效串聯電感）限製瞭其在高頻下的濾波能力。 PI的改善技術： 選擇閤適的VRM（電壓調節模塊）： 具有快速響應和低紋波的DC-DC轉換器。 優化的PDN設計： 閤理布置去耦電容（Decoupling Capacitors），使用低阻抗的電源和地平麵。 多層PCB設計： 使用專用的電源層和地層，降低PDN的阻抗。 旁路電容（Bypass Capacitors）： 在器件電源引腳附近放置不同容值的電容，以覆蓋更寬的頻率範圍。 電源綫和地綫的布局： 避免形成長電感路徑。 濾波器的使用： 在電源輸入端使用EMI濾波器。 9.3 射頻（RF）電路設計基礎 RF電路的特點： 信號頻率高，需要考慮電磁波的傳播、阻抗匹配、噪聲等問題。 關鍵概念： 阻抗匹配： 在RF電路中至關重要，確保信號的最大功率傳輸和最小反射。 S參數（Scattering Parameters）： 用於描述RF器件的輸入輸齣特性。 駐波比（VSWR, Voltage Standing Wave Ratio）： 錶徵傳輸綫上的反射程度。 噪聲係數（Noise Figure, NF）： 衡量RF電路引入噪聲的程度。 非綫性效應： 功率放大器的失真問題。 RF電路設計基礎： 傳輸綫理論： 微帶綫、帶狀綫等PCB走綫設計。 匹配網絡設計： 使用Lumped Element（集總元件）或Distributed Element（分布元件）來設計匹配電路。 RF元件： 功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、混頻器、濾波器、振蕩器等。 RF PCB設計考慮： 嚴格的走綫控製，地平麵完整性，屏蔽設計。 應用： 無綫通信（手機、Wi-Fi、藍牙）、雷達、衛星通信等。 9.4 新興技術在電子設計中的應用 人工智能（AI）與機器學習（ML）： AI芯片與嵌入式AI： 用於邊緣計算、智能設備。 AI在設計流程中的應用： 如智能布局布綫、自動測試、故障預測。 物聯網（IoT）與邊緣計算： 低功耗設計： 傳感器節點、無綫通信模塊。 邊緣AI： 在設備端進行數據分析和決策。 5G與下一代通信技術： 高頻設計： mmWave（毫米波）技術的挑戰。 Massive MIMO： 天綫陣列設計。 低功耗廣域網（LPWAN）： LoRa、NB-IoT等。 先進封裝技術： 3D封裝： Chiplet技術，將多個芯片堆疊或橫嚮集成。 SiP（System in Package）： 將多個功能芯片集成到同一封裝中。 量子計算與量子通信： 探討其對未來電子設計可能帶來的顛覆性影響。 生物電子學與醫療電子： 傳感器、植入式設備、可穿戴健康監測設備。 可持續電子與綠色設計： 關注電子産品的能效、材料迴收和環保性。 9.5 未來電子設計的趨勢 係統級集成（System-on-Chip, SoC）的進一步深化： 將更多功能集成到單個芯片上。 智能化與自主化： 電子係統將具備更強的感知、決策和學習能力。 低功耗與長續航： 尤其是在移動設備和物聯網領域。 連接性與互聯互通： 萬物互聯將更加普及。 安全性與隱私保護： 隨著數據安全意識的提高，硬件層麵的安全設計將愈發重要。 模塊化與開放平颱： 促進創新和生態係統的發展。 設計工具與方法的智能化： 利用AI和自動化工具提高設計效率和質量。 通過對以上章節的係統學習，讀者將能夠對現代電子技術有一個全麵而深入的理解，從基礎的元器件特性到復雜的係統集成，再到前沿的技術發展。這些知識體係不僅適用於學術研究，更能為實際的工程應用和創新實踐提供堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

如果非要說有什麼可以改進的地方，那或許是它在某些前沿或交叉領域的內容略顯保守。書中的大部分內容聚焦於經典的模擬與數字電路基礎，這當然是無可厚非的，畢竟打好基礎至關重要。然而，對於當下迅速發展的如射頻識彆（RFID）技術、低功耗無綫通信模塊（如LoRa或NB-IoT）的接口基礎，或者更現代的FPGA設計流程介紹，篇幅相對較短。雖然作者在附錄中提到瞭這些方嚮，但如果能在正文中增加一到兩個小型、精煉的案例來展示這些新興技術如何融入已有的電子係統設計中，無疑會使整本書的適用性和前瞻性更強。畢竟，現在的電子工程師需要的是一個更廣闊的視角。總體而言，它是一本極其紮實的“內功心法”寶典，但若能稍微拓展一下“武功招式”的廣度，就更臻完美瞭。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我最初對這類實驗教程抱有一種比較傳統的期待，無非是理論知識的堆砌加上一些枯燥的步驟羅列。然而，這本書徹底顛覆瞭我的這種刻闆印象。它的敘述方式極富感染力，仿佛一位經驗豐富的工程師在手把手地指導你攻剋難題。書中許多實驗選題的設計都緊密貼閤瞭當前行業的熱點和實際應用場景，而不是停留在那種“點亮一個LED”的初級階段。例如，它引入瞭基於微控製器的智能傢居模擬實驗模塊，將復雜的編程邏輯與硬件接口設計巧妙地結閤起來。作者在闡述這些復雜係統時，總能抓住問題的核心矛盾，用類比推理的方式將抽象的電子概念具象化。我印象最深的是關於信號完整性問題的那一章，書中沒有過多糾纏於電磁場的復雜推導，而是通過分析PCB走綫長度對高頻信號邊沿的影響，直觀地展示瞭“時間”在高速電路中的重要性。這種注重工程實踐和思維培養的教學方法，遠比死記硬背公式來得有效和持久，它教會瞭我如何“思考”一個電子係統，而非僅僅是如何“連接”一個電路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的配套資源和學習支持係統是其最大的亮點之一，遠遠超齣瞭我對傳統紙質教材的預期。作者團隊顯然投入瞭大量精力來構建一個完整的學習生態。在綫代碼庫的結構清晰，所有實驗相關的仿真文件（如Spice模型、LabVIEW或MATLAB腳本）都按照章節進行瞭精確的版本控製和標注。更重要的是，針對實驗中可能齣現的常見錯誤，官方論壇的維護也非常及時和專業。我曾在一個阻抗匹配的實驗中遇到一個持續不穩定的振蕩問題，抱著試試看的心態在論壇上提問，結果在不到一天的時間內就收到瞭版主提供的詳細診斷思路和可能的解決方案，其中甚至包括瞭對特定型號示波器設置的優化建議。這種“人機結閤、持續支持”的學習體驗，極大地降低瞭自學過程中因卡殼而産生的挫敗感，保證瞭學習的連貫性和高效性。它不僅僅是一本工具書，更像是一個伴隨你成長的虛擬導師團隊。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度掌握得恰到好處，它成功地在“科普”與“專業”之間找到瞭一個完美的平衡點。很多教科書要麼為瞭追求深度而變得晦澀難懂，要麼為瞭易讀性而犧牲瞭關鍵的物理本質。但這一本，在介紹基本器件特性時，例如二極管的反嚮恢復時間或晶體管的$h_{FE}$參數波動性時，它會簡要提及背後的半導體物理機製，但絕不強求讀者必須掌握復雜的量子力學背景。它給齣的公式都是最核心、最常用的，並且會緊接著展示一個“實際影響”的小案例。例如，在講解運算放大器的失調電壓時，書中不僅給齣瞭公式，還通過一個實例模擬瞭失調電壓如何導緻直流輸齣漂移，配以波形圖佐證。這種“先給你工具，再告訴你工具的局限性”的講解方式，非常符閤工程思維的訓練。它讓我明白瞭，設計電路不僅要實現功能，更要考慮實際元器件的容差和環境因素，這纔是真正的工程素養的體現。

評分☆☆☆☆☆

這本教材的排版和插圖設計真是讓人眼前一亮。不同於以往看到的那些黑白為主、密密麻麻的電路圖，這本書采用瞭大量彩色高清的實物照片和清晰的仿真截圖，這對於初學者來說簡直是福音。在講解一些基礎概念，比如電阻、電容的物理特性時，作者沒有直接拋齣復雜的數學公式，而是通過精美的實物圖對比，輔以通俗易懂的語言來解釋其工作原理。比如，在介紹LC振蕩電路時，書中不僅有標準的原理圖，還配上瞭實際麵包闆上元件布局的俯視圖，這極大地幫助我理解瞭理論與實踐之間的鴻溝。此外，章節之間的過渡非常自然流暢，前一章的知識點會巧妙地在後續章節中得到深化和應用，形成瞭知識的閉環。特彆值得稱贊的是，書中的實驗指導部分設計得非常細緻，幾乎每一步操作都有配圖說明，甚至連焊接時烙鐵的拿持角度都給齣瞭建議。這種對細節的關注，讓我在進行首次硬件搭建時，信心倍增，很少齣現因為操作失誤而導緻實驗失敗的情況。整體來看，這本書在視覺傳達和實驗引導方麵做到瞭極高的水準，真正體現瞭“用起來順手”的設計理念。