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马洪连 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121209444

商品编码：29487879811

包装：平装

出版时间：2013-07-01

基本信息

书名：嵌入式电路设计教程

定价：39.00元

作者：马洪连

出版社：电子工业出版社

出版日期：2013-07-01

ISBN：9787121209444

字数：370000

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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　　（1）应用性强，讲求实用；（2）系统性好，内容全面且重点突出；（3）注重分析和设计，提高综合设计能力。

内容提要

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　　本书根据课堂教学和实践操作的要求，以培养“会设计、能发展”具有创新精神和实践能力的人才、提高实际工程设计能力为目的，全面、系统地对嵌入式电路设计技术及相关知识和应用实例作了介绍，使读者通过本书的学习能够初步了解和掌握嵌入式电路设计的基本内容及实用技术。全书共9章，主要内容包括嵌入式处理器和嵌入式系统简介、基本电路设计与实现、信号检测与信息获取电路设计、人机交互接口电路设计、信息输出通道电路设计、通信接口电路设计及系统抗干扰和低功耗电路设计，后还介绍了EDA与可编程逻辑器件的相关知识，以及电路原理图与电路PCB的设计与实现过程。各章均配有相应的习题与思考题，可供教学选用。

目录

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章 嵌入式处理器与嵌入式系统简介
1.1 概述
1.2 嵌入式处理器
1.2.1 嵌入式微控制器
1.2.2 嵌入式微处理器
1.2.3 嵌入式DSP处理器
1.2.4 嵌入式片上系统
1.3 嵌入式系统简介
1.3.1 嵌入式系统组织结构概述
1.3.2 嵌入式硬件系统
1.3.3 嵌入式软件系统
1.4 嵌入式系统的开发模式
习题与思考题
第2章 基本电路的设计与实现
2.1 系统时钟电路与复位电路的设计
2.1.1 嵌入式处理器时钟电路的设计
2.1.2 系统复位电路的设计
2.2 嵌入式存储系统的设计与实现
2.2.1 概述
2.2.2 存储系统的构成及工作原理
2.2.3 存储器系统的设计实例
2.3 系统电源部分的设计与实现
2.3.1 直流稳压电源概述
2.3.2 串联型直流稳压电源
2.3.3 DC/DC变换电路
2.3.4 交流/电池供电切换电路
2.3.5 稳压电源设计实例
习题与思考题
第3章 信号检测与信息获取电路设计
3.1 传感器
3.1.1 概述
3.1.2 传感器的选用原则
3.1.3 常用传感器
3.2 自动识别技术与接口电路设计
3.2.1 概述
3.2.2 条形码接口电路设计
3.2.3 无线射频识别技术与接口电路设计
3.3 模拟信号检测电路设计
3.3.1 检测系统结构组成
3.3.2 信号调理电路设计
3.3.3 模/数转换器接口电路设计
3.4 数字信号与非电量参数的检测技术
3.4.1 开关量信号的检测
3.4.2 时间型信号的检测
3.4.3 频率及周期型信号的检测
3.4.4 视频、图形与声音信号的检测技术
习题与思考题
第4章 人机交互接口电路设计
4.1 按键式接口电路设计
4.1.1 概述
4.1.2 键盘接口电路设计
4.2 显示器接口电路设计
4.2.1 液晶显示器接口设计
4.2.2 LED显示器接口设计
4.3 触摸屏接口电路设计
4.3.1 电阻式触摸屏
4.3.2 电容式触摸屏
4.3.3 触摸屏接口电路设计实例
习题与思考题
第5章 信息输出通道电路设计
5.1 模拟信号输出通道
5.1.1 概述
5.1.2 DAC的结构组成与工作原理
5.1.3 DAC的主要技术指标
5.1.4 DAC与微控制器接口电路设计
5.1.5 模拟信号的功率放大
5.2 开关量输出与驱动电路设计
习题与思考题
第6章 通信接口电路设计
6.1 概述
6.2 有线通信接口电路设计
6.2.1 通用异步收发器
6.2.2 RS-232C标准串行通信
6.2.3 通用串行总线USB
6.2.4 内部集成电路串行通信
6.2.5 串行外围设备接口
6.2.6 RS-485标准串行通信
6.3 无线通信与定位系统接口电路设计
6.3.1 蓝牙无线通信
6.3.2 ZigBee无线通信
6.3.3 GPRS、CDMA与3G通信技术
6.3.4 全球卫星定位系统
6.3.5 电力线载波通信
习题与思考题
第7章 系统抗干扰与低功耗电路设计
7.1 噪声与干扰
7.2 抗干扰电路设计
7.2.1 硬件抗干扰电路设计
7.2.2 软件抗干扰措施
7.3 系统低功耗电路设计
7.3.1 低功耗设计技术概述
7.3.2 硬件低功耗设计技术
7.3.3 软件低功耗设计技术
习题与思考题
第8章 EDA与可编程逻辑器件
8.1 电子设计自动化技术
8.1.1 概述
8.1.2 常用的EDA工具
8.2 硬件描述语言
8.2.1 VHDL描述语言
8.2.2 Verilog 描述语言
8.2.3 Verilog HDL和VHDL的比较
8.3 可编程逻辑器件
8.3.1 CPLD和FPGA概述
8.3.2 CPLD和FPGA的结构特点和用途
8.4 主流的CPLD/FPGA开发工具
8.4.1 MAX Plus II
8.4.2 Quartus II
8.4.3 Synplify Pro
8.5 CPLD/FPGA的设计流程
习题与思考题
第9章 电路原理图与电路PCB的设计与实现
9.1 Altium（Protel）电路设计软件工具
9.2 硬件电路设计基本知识
9.2.1 电路原理图设计要求
9.2.2 印制电路板图的基础知识
9.3 硬件电路的原理图绘制
9.3.1 硬件电路原理图的设计流程
9.3.2 电路原理图的设计注意事项
9.3.3 电路原理图的应用设计举例
9.4 硬件电路的PCB板图绘制
9.4.1 PCB板图设计的工作流程
9.4.2 PCB设计技巧与注意事项
9.4.3 PCB设计原则与抗干扰措施
9.4.4 PCB板图的应用设计举例
习题与思考题
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《数字电路基础与应用》 内容简介 本书是一本系统介绍数字电路基本原理、器件特性、设计方法以及实际应用的全方位教程。旨在为读者打下坚实的数字电路理论基础，掌握实用的设计技巧，并能将其应用于解决实际工程问题。本书内容涵盖面广，深度适中，既适合初学者入门，也对有一定基础的读者具有参考价值。 第一部分：数字电路基础理论 数字电路是现代电子系统的基石，理解其基本概念和逻辑原理至关重要。本部分将从最基础的数字信号和逻辑门开始，逐步深入。 第一章：数字信号与逻辑门 数字信号的本质： 深入探讨数字信号与模拟信号的区别，包括其离散性、高低电平的定义、噪声容限等。讲解二进制、八进制、十进制和十六进制之间的转换，这是进行数字电路设计和分析的基础。 逻辑代数基础： 详细介绍布尔代数的基本公理、定理和定律，如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等。通过实例演示如何运用这些定律简化逻辑表达式。 基本逻辑门： 详尽介绍与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）这三种最基本的逻辑门的功能、符号、真值表和逻辑表达式。 通用逻辑门： 介绍与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）、同或门（XNOR）等通用逻辑门。重点讲解如何利用与非门和或非门实现其他所有逻辑功能，为后续的电路设计打下基础。 逻辑门的集成： 讲解IC（集成电路）的基本概念，以及TTL（晶体管-晶体管逻辑）和CMOS（互补金属氧化物半导体）这两种主流逻辑门集成技术的基本原理、特点、优缺点及适用范围。 第二章：组合逻辑电路设计 组合逻辑电路是数字电路中最基本也最重要的一类电路，其输出仅取决于当前输入。本章将系统介绍组合逻辑电路的设计流程和常用电路。 组合逻辑电路的定义与特性： 明确组合逻辑电路的特点，即无记忆性，输出仅依赖于当前输入。 组合逻辑电路的设计步骤： 1. 需求分析与功能描述： 从实际需求出发，清晰地定义电路的功能。 2. 真值表的建立： 根据功能描述，列出输入与输出之间的所有可能组合，建立精确的真值表。 3. 逻辑表达式的推导： 从真值表中，利用卡诺图（Karnaugh Map，K-Map）或布尔代数方法，推导出最简逻辑表达式。详细讲解卡诺图的绘制、化简方法，包括圈1、圈0、相邻性、循环利用等技巧。 4. 电路图的绘制： 将化简后的逻辑表达式转换为实际的逻辑门电路图。 常用的组合逻辑电路： 编码器（Encoder）： 介绍优先级编码器，如2-4线优先级编码器、8-3线优先级编码器，讲解其工作原理和应用。 译码器（Decoder）： 介绍3-8线译码器、BCD-7段译码器等，讲解其功能和在显示、控制等方面的应用。 数据选择器（Multiplexer，MUX）： 介绍2选1、4选1、8选1等数据选择器的原理，重点讲解其作为通用逻辑函数发生器的应用。 数据分配器（Demultiplexer，DEMUX）： 介绍1选2、1选4、1选8等数据分配器的原理，讲解其在数据路由和输出控制方面的作用。 加法器（Adder）： 详细讲解半加器、全加器、多位并行加法器（如超前进位加法器）的设计原理和实现，分析其进位传播的影响。 减法器（Subtractor）： 介绍如何利用加法器和码器实现减法功能（如采用二进制补码）。 比较器（Comparator）： 介绍如何设计用于比较两个二进制数大小的电路，如一位比较器、多位比较器。 奇偶校验电路（Parity Checker/Generator）： 讲解如何设计用于生成和检测数据传输过程中奇偶校验位的电路，确保数据的可靠性。 第三章：时序逻辑电路基础 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还依赖于电路的“记忆”状态，即过去输入序列的影响。本章将介绍时序逻辑电路的基本概念和构成单元。 时序逻辑电路的定义与特性： 阐述时序逻辑电路的“记忆”功能，即其输出与输入信号的顺序和时间有关。 触发器（Flip-Flop）： 基本触发器： 介绍SR（Set-Reset）触发器、带门控的SR触发器，分析其状态转移和约束条件。 JK触发器： 讲解JK触发器的工作原理，特别是其“翻转”状态，以及如何将其变为T触发器。 D触发器（Delay Flip-Flop）： 介绍D触发器的存储功能，以及其在数据存储和移位寄存器中的作用。 T触发器（Toggle Flip-Flop）： 讲解T触发器在计数器设计中的应用。 触发器的同步与异步： 区分同步触发器（时钟触发）和异步触发器（直接输入触发），以及时钟信号在同步时序电路中的核心作用。 主从触发器： 介绍主从JK触发器和主从SR触发器的结构和工作原理，解决数据锁存问题。 寄存器（Register）： 介绍寄存器是由多个触发器组成的存储单元，用于存储一组二进制数。讲解并行输入/并行输出（PIPO）、并行输入/串行输出（PISO）、串行输入/并行输出（SIPO）、串行输入/串行输出（SISO）等不同类型的寄存器。 计数器（Counter）： 异步计数器（Ripple Counter）： 讲解异步计数器的工作原理，分析其时钟信号的传播延迟问题。 同步计数器（Synchronous Counter）： 介绍同步计数器的设计方法，包括行波进位计数器和并行进位计数器，分析其速度优势。 移位寄存器计数器： 讲解利用移位寄存器实现特定序列的计数器。 可编程计数器： 介绍模数（Modulus）可变的计数器，如可预置值的计数器。 第二部分：数字系统设计与应用 本部分将基于基础理论，介绍更复杂的数字系统设计方法，并结合实际应用案例进行讲解。 第四章：时序逻辑电路设计进阶 在掌握了基本触发器和寄存器的基础上，本章将深入探讨更复杂时序逻辑电路的设计。 有限状态机（Finite State Machine，FSM）： 摩尔（Moore）型状态机： 讲解摩尔型状态机的输出只取决于当前状态。 米利（Mealy）型状态机： 讲解米利型状态机的输出取决于当前状态和当前输入。 状态图与状态表： 详细讲解如何绘制状态图和建立状态表来描述有限状态机的行为。 状态机的简化与编码： 介绍状态机的状态最小化算法，以及如何对状态进行二进制编码。 状态机的硬件实现： 将状态机设计转化为具体的触发器、逻辑门和编码器组成的硬件电路。 移位寄存器的设计与应用： 详细介绍各种移位寄存器的设计，如左移、右移、循环移位寄存器，并重点分析其在串/并转换、数据延迟、伪随机序列生成等方面的应用。 移位寄存器序列发生器： 讲解如何利用移位寄存器和反馈逻辑设计特定序列的发生器，如约翰逊（Johnson）序列发生器和线性反馈移位寄存器（LFSR）。 脉冲发生器与时序控制： 介绍如何设计能够产生特定宽度、频率的脉冲信号的电路，以及这些脉冲在系统控制中的作用。 第五章：存储器与半导体存储器 存储器是数字系统的关键组成部分，用于保存数据和程序。本章将介绍不同类型的存储器。 存储器的基本概念： 讲解存储单元、存储容量、寻址方式、读/写操作等基本概念。 RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）： SRAM（Static RAM，静态随机存取存储器）： 介绍SRAM的工作原理，其速度快、功耗相对较高，常用于CPU缓存。 DRAM（Dynamic RAM，动态随机存取存储器）： 介绍DRAM的工作原理，其存储单元由电容构成，需要刷新，密度高、成本低，是计算机主内存的主要形式。 RAM的读写时序： 详细分析RAM的读写周期和时序控制。 ROM（Read-Only Memory，只读存储器）： PROM（Programmable ROM，可编程只读存储器）： 介绍PROM的特点和编程方式。 EPROM（Erasable PROM，可擦写可编程只读存储器）： 讲解EPROM的擦除和重编程技术。 EEPROM（Electrically Erasable PROM，电可擦写可编程只读存储器）： 介绍EEPROM的电气擦除能力，是当前应用最广泛的ROM类型之一。 Flash存储器： 讲解Flash存储器的结构、工作原理及其在固态硬盘、U盘等领域的广泛应用。 存储器的组织与寻址： 讲解如何将多个存储器芯片组合成更大容量的存储系统，以及地址线和数据线的分配。 第六章：半加器、全加器、流水线加法器、硬件乘法器、除法器 半加器和全加器： 之前已经介绍，在此进行简要回顾，并强调其作为基础模块的重要性。 流水线加法器： 讲解流水线加法器的设计原理，如何将加法过程分解为多个阶段，提高处理速度，降低延迟。 硬件乘法器： 介绍几种常见的硬件乘法器设计方法，如移位相加乘法器、阵列乘法器，并分析其优缺点。 硬件除法器： 讲解硬件除法器的基本原理，如恢复余数法、不恢复余数法，并讨论其设计的复杂性。 第七章：数字系统设计的综合与应用 本章将结合前述内容，介绍数字系统设计的综合方法，并提供一些典型的应用案例。 数字系统设计的流程： 总结从需求分析到最终实现的全过程，包括逻辑设计、电路实现、测试与调试。 中规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）： 介绍MSI（如译码器、多路选择器）和LSI（如微处理器、FPGA）在数字系统设计中的作用。 FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）： 介绍FPGA的基本结构和工作原理，它允许用户在芯片上灵活地配置逻辑功能，是现代数字系统原型设计和实现的重要工具。 PLD（Programmable Logic Device，可编程逻辑器件）： 介绍CPLD（Complex PLD）和FPGA等可编程逻辑器件，强调其灵活性和快速开发能力。 实际应用案例分析： 交通信号灯控制器： 设计一个能够根据预设逻辑控制交通信号灯的顺序和时序的数字电路。 数字秒表/计时器： 利用计数器和显示驱动电路设计一个数字秒表。 简单的电子游戏机逻辑： 探讨如何利用数字电路实现简单的游戏逻辑，如得分、控制、碰撞检测等。 数据采集与处理系统： 介绍如何将ADC（模数转换器）与数字电路相结合，实现对模拟信号的采集和初步处理。 串行通信接口： 讲解UART（通用异步收发器）等串行通信接口的基本原理和实现。 第八章：数模混合电路基础（选讲） 在一些应用中，数字电路和模拟电路需要协同工作。本章将简要介绍数模混合电路的基础概念。 数模转换（DAC）与模数转换（ADC）： 介绍DAC和ADC的基本工作原理、分类（如逐次逼近型、Σ-Δ型ADC）和关键参数。 数模混合系统的设计考量： 讨论在设计数模混合系统时需要考虑的噪声、时序同步等问题。 附录 常用数字电路符号大全 典型集成电路芯片数据手册简介 本书特点： 理论与实践相结合： 既有扎实的理论基础讲解，又提供了丰富的实例和应用分析，帮助读者将理论知识转化为实际技能。 循序渐进的学习路径： 内容组织由浅入深，从基本逻辑门到复杂的时序逻辑系统，适合不同层次的读者。 强调设计思想： 不仅讲解“怎么做”，更注重“为什么这么做”，培养读者的逻辑思维和工程设计能力。 突出实际应用： 结合多个实际工程案例，让读者了解数字电路在现实世界中的广泛用途。 图文并茂： 配以大量的电路图、真值表、状态图等，便于理解和学习。 通过学习本书，读者将能够深刻理解数字电路的工作原理，掌握数字逻辑设计的基本方法，并具备设计和实现各种数字系统的能力，为进一步学习微处理器、FPGA、嵌入式系统等高级课题奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

全书的参考资料和索引部分的完整性，也是这本书的一大亮点，体现了作者对学术规范的尊重和对读者需求的深刻理解。每一个重要的概念、每一个关键的公式，都有明确的脚注或尾注，指引读者去查阅原始的技术文档或经典文献。这对于希望进行更深入研究的读者来说，无疑提供了极大的便利，避免了“知其然，而不知其所以然”的困境。此外，书中附带的资源链接，如推荐的仿真软件试用版、开源硬件平台的代码示例库的地址，都保持着最新的有效性，这在快速迭代的技术领域中尤为可贵。我个人尝试着下载并运行了其中一个基于FPGA的数字滤波器验证示例，整个过程非常顺畅，代码结构清晰，注释详尽，足以证明作者在提供配套资源方面投入了巨大的心力，这本书无疑是一部可以长期珍藏和反复研读的宝贵工具书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示质量，简直是业界标杆。我见过太多技术书籍，图表模糊不清，线条拥挤不堪，但这本书完全没有这个问题。每一个电路图都绘制得极为精细，元件符号清晰可辨，标注的参数一目了然。更令人称道的是，作者在介绍复杂系统架构时，采用了多层次的分解图，从系统级框图到模块级功能划分，再到最终的逻辑门级实现，层层递进，逻辑性极强。我特别喜欢它在讲解信号完整性（SI）和电源完整性（PI）那一章的手法。通常这些内容都是枯燥的数学推导，但作者通过大量的眼图、抖动分析图以及PCB布局的实际案例对比，直观地展示了设计不良带来的后果和优化后的效果，这种视觉冲击力远胜于单纯的理论阐述。读完这一章，我立刻对如何避免EMC问题有了更直观的认识，甚至迫不及待地想在自己的下一个项目中使用书中推荐的仿真工具和验证方法。

评分☆☆☆☆☆

不得不提的是，作者在内容组织上的匠心独运，它成功地平衡了理论的深度和实践的广度。很多教材要么过于偏重纯理论推导，让人脱离实际工程；要么就是一味地堆砌应用实例，基础概念缺失。这本书却巧妙地找到了那个黄金分割点。例如，在介绍微控制器（MCU）接口设计时，它没有仅仅停留在寄存器配置的层面，而是深入探讨了时钟树的构建、看门狗（Watchdog）的有效使用策略，以及如何根据不同的外部设备（如高速ADC或大电流驱动器）来选择合适的I/O口策略。每一个章节的末尾，都附带了一组精心设计的“上机实践”环节，这些练习不仅是简单的代码输入，更多的是要求读者进行参数调整和故障排除，这种“做中学”的模式极大地提升了动手能力。我感觉自己不再是单纯地在“看”书，而是在“做”设计，这种参与感和成就感是非常棒的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，让人立刻联想到精密和科技感。当我翻开第一页时，就被作者对基础概念的讲解深度所折服。他没有采用那种干巴巴的教科书式的罗列，而是用了很多生动的比喻和生活中的例子来解释复杂的电子学原理，比如把电容比作蓄水池，把电阻比作管道的粗细，一下子就让原本晦涩难懂的内容变得清晰起来。尤其是在讲解晶体管的工作原理时，作者似乎深谙读者的心理，从宏观的电流控制概念入手，逐步深入到微观的载流子行为，整个过程流畅自然，没有丝毫的生硬感。对于初学者来说，这种循序渐进的引导至关重要，它为后续学习搭建了一个非常坚固的地基。此外，书中穿插的那些小小的“设计陷阱提醒”和“优化建议”栏目，更是体现了作者丰富的实战经验，这些细节往往是课堂上学不到的宝贵财富，读起来让人感觉像是有一位资深工程师在耳边亲自指导，受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

从语言风格来看，这本书展现出一种罕见的、既严谨又不失人文关怀的特质。作者的文字功底深厚，用词精准，很少出现模棱两可的表达，这对于技术书籍至关重要。但在严肃的论述中间，时不时会穿插一些他对行业趋势的独到见解，或者对未来技术演进方向的预测。比如，他对低功耗设计在物联网（IoT）领域的未来重要性进行了相当深入的分析，甚至对比了不同架构（如RISC-V与ARM Cortex-M系列）在能效比上的优劣。这种超越当前技术点的思考，使得这本书的价值不仅仅局限于解决眼前的设计难题，更像是为读者开启了一扇通往未来技术视野的窗户。它激发了我对底层硬件优化和系统级功耗管理的兴趣，让我意识到，优秀的嵌入式设计，是艺术与科学的完美结合。