基于案例的电子系统设计与实践 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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于天河，薛楠著

图书标签:

电子系统设计
案例教学
实践
电路设计
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数字电路
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系统工程
电子工程
教学参考书

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出版社：清华大学出版社

ISBN：9787302457138

版次：1

商品编码：12031553

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-12-01

用纸：胶版纸

页数：245

字数：392000

具体描述

内容简介

　　《基于案例的电子系统设计与实践》在内容上从基础软件入手，注重实用性，以案例的形式给出多个电子设计具体实现的方法。

　　本书共分13章，包括电子电路CAD设计基础与案例，四个模拟电子数字电子方面的设计案例、五个以单片机为主的设计案例。目的在于培养学生电子系统的综合设计能力，以适应信息时代对相关专业学生知识结构与实践能力的要求。本书的特点是结构新颖，选用的案例具有较强的实用性和层次性，内容上注重理论与实践相结合，着力加强实践性与工程性的训练。

　　本书除作为高等院校电子信息类专业的教材外，还可作为大学生课外电子制作、电子设计竞赛和相关工程技术人员的实用参考书与培训教材。

内页插图

前言/序言

　　前言

　　“电子设计及实践”是电子信息类、电气信息类专业的一门实践课程。针对信息化社会中电子应用领域的不断扩大，结合目前普通高等院校应用教学的案例式教育理念的需要，我们编写本书。

　　传统的理论性教材注重系统性和全面性，但实用性和实际效果并不是很好。基于案例式的工程教育理论的教学模式注重学生综合能力的培养，在教学过程中以学生未来职业角色为核心，以社会需求为导向，兼顾理论内容与实践技术内容的个性化培养方案，将课内教学与课外实践活动融为一体，形成课内理论教学和课外实践活动的良性互动。通过教学实践表明，该种教学模式对培养学生的创新思维和提高学生的实践能力有很好的作用。

　　本书主要内容包括Protel电子电路设计软件安装与应用，基于模电、数电的设计案例，基于单片机的设计案例三大模块。第1~4章为电子线路设计软件Protel DXP 2004 SP2的使用教程；第5~8章是模电、数电的案例设计，包括直流电源电路设计、音频功率放大器设计、低通滤波器设计、数字显示定时报警器设计；第9~13章是单片机的智能控制案例设计，包括超声波测距系统设计、电子密码锁系统设计、函数信号发生器的设计、数控稳压电源设计、智能控温系统设计。本书以案例的形式讲述了众多贴近生活的电子系统的相关技术，目的是通过本书的学习，使读者了解和掌握多种电子系统的组成，并具有一定的电子系统软、硬件设计能力。

　　本书的主要特色：

　　（1）突出设计能力的培养，突破传统教材章节编排知识的系统和逻辑，根据实际项目开发步骤，让读者在完成任务的过程中学习相关知识。以项目案例为核心，实践、实验与理论相结合，相互渗透，相互推动。

　　（2）主要章节采用项目案例式设计，首先对所需要的基础知识、拟采用硬件设备进行详细介绍。根据设计要求，给出具体设计方案，并详细给出相关软件仿真。案例式设计，从实际应用出发，有利于激发学习兴趣，开拓读者思路。

　　（3）本书的第一部分介绍Protel软件应用。通过项目的实训逐步掌握Protel软件的使用，为后面的案例章节做铺垫，使得初学者容易入手，由浅入深地学习。本书第二部分是模电、数电的案例，从项目的设计要求入手，分析方案，对各个部分进行具体设计，最后用软件仿真实现。本书第三部分是单片机案例设计，插入了大量的电路原理图分析、器件的应用分析，对案件采用C语言进行编程，并加以详细说明和注释，使读者较为容易地理解和掌握程序设计的思想。

　　（4）本书的部分案例选取自大学生电子设计竞赛，对于初学电子设计的同学，建议循序渐进地进行阅读。本书的各个案例是按由易到难的顺序编排的，但各个项目相对独立，相关老师可以根据实际教学情况和学时进行选取。

　　本书由于天河、薛楠任主编，由卢迪教授任主审。第1~4章由薛楠编写，第7章由李鹏飞编写，第5、6章和第8~13章由于天河编写。由于时间及水平有限，书中难免存在错误与不足之处，恳请专家和广大读者批评指正。

　　在本书编写过程中得到了哈尔滨理工大学电气与电子工程学院、哈尔滨理工大学教务处的大力支持，在此表示感谢。在本书编写时也参考了许多同行专家的相关文献，在此向这些文献的作者深表感谢。

　　编者2016年9月

《数字逻辑与集成电路设计：原理、方法与应用》前言在当今科技飞速发展的时代，数字电子系统已渗透到我们生活的方方面面，从微小的智能手机到复杂的航空航天设备，无处不在。这些系统的核心是数字逻辑电路和集成电路（IC），它们是实现各种计算、控制和通信功能的基石。深入理解数字逻辑的基本原理，掌握集成电路的设计流程，并能将其应用于实际问题，是电子工程领域专业人士必备的核心技能。本书旨在为读者提供一个系统、全面且深入的学习体验，聚焦于数字逻辑电路的理论基础、设计方法以及集成电路的实现与应用。我们不会仅仅停留在理论的罗列，而是会结合丰富的实例和实际的设计场景，引导读者掌握从概念到实现的完整设计路径。本书的目标是培养读者具备扎实的理论功底、熟练的设计工具运用能力，以及解决复杂工程问题的创新思维。第一部分：数字逻辑基础数字电子世界以二值逻辑为基础，即“0”和“1”。本部分将从最基本的概念入手，为读者打下坚实的理论基础。二进制数系统与编码：我们将详细介绍二进制、八进制、十六进制等数制之间的转换，以及BCD码、ASCII码、格雷码等各种编码方式。理解这些基础对于后续的逻辑运算和数据表示至关重要。布尔代数与逻辑门：布尔代数是数字逻辑的数学语言。我们将深入探讨布尔表达式、逻辑变量、逻辑运算（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）及其真值表。在此基础上，介绍基本逻辑门（AND门、OR门、NOT门、XOR门、NAND门、NOR门）的符号、功能和工作原理。读者将学习如何使用布尔代数对逻辑函数进行化简和优化，这是高效设计的基础。组合逻辑电路：组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入，与过去的状态无关。本部分将重点讲解如何设计和分析常见的组合逻辑电路，包括：译码器与编码器：理解它们在地址译码、数据选择中的作用。多路选择器（Multiplexer）：掌握其选择数据流的功能，是构建数据通路的关键。分频器（Demultiplexer）：了解如何将单一输入信号分配到多个输出。加法器、减法器、比较器：学习构建基本的算术逻辑单元（ALU）。全加器、半加器、全减器、半减器：深入理解数字加减运算的底层实现。冒险现象（Hazards）及其消除：这是一个在实际数字电路设计中必须面对的关键问题，我们将探讨其产生原因和解决方法。时序逻辑电路：时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还与电路的历史状态有关。这使得它们能够存储信息并实现更复杂的时序功能。本部分将深入探讨：触发器（Flip-Flops）： SR触发器、JK触发器、D触发器、T触发器是构建存储单元的基本模块。我们将详细讲解它们的结构、工作特性、激励表和状态图，以及如何利用时钟信号同步操作。寄存器（Registers）：学习如何将多个触发器组合成寄存器，用于存储数据。包括移位寄存器（串入串出、串入并出、并入串出、并入并出）和并行加载寄存器。计数器（Counters）：学习如何设计同步计数器和异步计数器（行波计数器），包括二进制计数器、十进制计数器（BCD计数器）、任意模计数器。理解它们在频率分频、定时控制等方面的应用。有限状态机（Finite State Machines, FSM）：有限状态机是描述和设计复杂时序逻辑系统的强大工具。我们将介绍摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型状态机的概念，学习如何根据状态图和状态转移图设计FSM，并将其转化为硬件实现。第二部分：硬件描述语言（HDL）与设计流程在现代集成电路设计中，硬件描述语言（HDL）已成为不可或缺的工具。它允许工程师以文本形式描述硬件的行为和结构，极大地提高了设计效率和灵活性。 Verilog HDL 入门：我们将介绍Verilog HDL的基本语法，包括模块（module）、端口（port）、信号（wire, reg）、赋值语句（assign, always）、运算符等。通过大量示例，读者将学习如何用Verilog描述组合逻辑和时序逻辑电路，包括逻辑门、加法器、多路选择器、触发器、计数器等。 Verilog HDL 进阶：深入讲解Verilog中更高级的特性，如任务（task）、函数（function）、参数化（parameter）、实例化（instantiation）、阻塞与非阻塞赋值的区别、时序控制（posedge, negedge, delay）等。我们将演示如何利用Verilog实现复杂的有限状态机，以及如何进行模块化设计和层次化设计。 VHDL 简介（可选，或作为参考）：考虑到VHDL在某些领域（如航空航天、欧洲市场）的应用，本书也会简要介绍VHDL的基本概念和语法，包括实体（entity）、架构（architecture）、信号（signal）、变量（variable）、进程（process）、并发语句等，并与Verilog进行对比，帮助读者了解不同HDL的特点。 FPGA与ASIC设计流程概述：介绍数字集成电路设计的整体流程，包括需求分析、功能设计、逻辑综合、静态时序分析、布局布线、物理验证等。重点讲解FPGA（现场可编程门阵列）和ASIC（专用集成电路）两种不同的实现方式，以及它们的设计流程差异。仿真与验证：仿真是在设计过程中验证电路功能正确性的重要手段。我们将介绍仿真器的基本原理，如何编写测试平台（testbench）来激励被测设计（DUT）并观察输出。强调验证的重要性，以及常见的验证策略和技术。综合工具的使用：介绍逻辑综合工具（如Synopsys DC, Cadence Genus）的基本概念和使用方法。讲解如何将HDL代码转换为网表（netlist），以及综合过程中需要注意的优化目标（面积、速度、功耗）。第三部分：高级数字逻辑与集成电路设计主题本部分将进一步拓展读者的视野，深入探讨更复杂的数字逻辑设计和集成电路相关的关键技术。存储器设计：学习RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）的基本结构和工作原理。包括SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）的区别，以及如何使用HDL描述和接口化简单的存储器。同步与异步时钟域：异步电路的设计和处理是数字系统中的一个挑战。我们将深入探讨不同时钟域之间信号传输的同步化问题，包括握手协议、FIFO（先进先出）队列、亚稳态（metastability）及其缓解技术。低功耗设计技术：随着移动设备和物联网的普及，低功耗设计变得越来越重要。本部分将介绍时钟门控（clock gating）、功率门控（power gating）、动态电压频率调整（DVFS）等常用的低功耗设计策略。验证方法学（Verification Methodologies）：介绍更先进的验证方法，如ＵVM（Universal Verification Methodology）。虽然本书不是一本专门的验证书籍，但我们会概述这些方法学在复杂SoC（系统级芯片）设计中的作用，强调系统化验证的重要性。硬件加速与并行计算：探讨如何利用FPGA或ASIC设计实现高性能的硬件加速器，以处理计算密集型任务，例如信号处理、图像识别、机器学习等。微处理器与嵌入式系统基础：简要介绍微处理器的工作原理、指令集架构（ISA）以及嵌入式系统的基本构成。探讨如何设计简单的CPU控制器或外设接口，为读者理解更复杂的系统架构打下基础。接口设计：学习常见的通信接口协议，如UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）、I2C（集成电路互联总线）等。了解如何设计这些接口的硬件实现，以及它们在系统中的作用。可测试性设计（Design for Testability, DFT）：介绍在设计初期就考虑测试性的重要性，以及扫描链（scan chain）、内建自测试（Built-In Self-Test, BIST）等DFT技术，以提高芯片的可测试性，降低生产成本。实践指导本书的编写始终贯穿实践导向。每一章节在介绍理论知识的同时，都会提供相应的实践建议。仿真实例：大量使用Verilog HDL编写代码，并在仿真器（如Modelsim, Vivado Simulator, NCSim）中进行仿真演示。读者可以通过亲手实践，加深对代码和电路功能的理解。 FPGA实验：鼓励读者利用现有的FPGA开发板（如Xilinx Artix-7, Intel Cyclone V等），将设计的HDL代码下载到FPGA上进行实际验证。本书将提供一些指导性的实验项目，例如LED闪烁、按键输入处理、交通灯控制器、简单的数码管显示等。工具链介绍：简要介绍主流的EDA（电子设计自动化）工具链，如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime，以及Synopsys和Cadence的综合和后端设计工具，帮助读者熟悉业界常用的设计环境。案例分析：在章节末尾或穿插案例分析，将所学知识应用于解决实际的数字系统设计问题，例如一个简单的通信模块设计，或一个数据采集系统的简化实现。学习建议本书内容丰富，涵盖范围广泛。为了更好地掌握本书内容，建议读者： 1. 扎实基础：认真学习第一部分的数字逻辑基础，这是理解后续内容的关键。 2. 动手实践：积极动手编写HDL代码，并进行仿真。如果条件允许，在FPGA板上实现设计，获得宝贵的实践经验。 3. 深入理解：不要仅仅满足于代码的运行，要深入理解代码背后的逻辑原理和电路实现。 4. 参考资料：结合其他相关书籍、在线教程和工具厂商的文档进行学习。 5. 积极提问：在学习过程中遇到问题，主动查阅资料或向老师、同学请教。结语数字电子系统设计是一个充满挑战与乐趣的领域。本书希望能够成为您学习数字逻辑和集成电路设计的得力助手，帮助您构建坚实的理论基础，掌握实用的设计技能，并为您的未来职业生涯打下坚实的基础。通过理论与实践的结合，相信您一定能在数字电路的世界中游刃有余，创造出更美好的数字未来。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本《基于案例的电子系统设计与实践》时，我真是抱着极大的期待，毕竟在电子设计这个领域，理论知识的堆砌往往让人感到枯燥乏味，而实操经验又难以快速获取。这本书的名字就透着一股“干货”的劲头，仿佛能带我穿越那些繁琐的公式和抽象的原理，直接进入到真实的工程世界。我特别关注它在“案例”方面的呈现方式，希望它能提供一些贴近实际需求的、具有代表性的设计项目，能够让我学习到如何在复杂的需求和有限的资源下，一步步地构建出可靠的电子系统。比如，它是否会讲解一个完整的通信模块设计，从硬件选型、原理图绘制、PCB布局布线，到固件开发、调试优化，每一个环节都辅以具体的案例分析？还是它更侧重于某个特定的应用领域，比如物联网设备的设计，或者嵌入式控制系统的开发，通过不同层次的案例，逐步深入到核心技术和设计方法论？我非常期待它能用生动、具体的方式，展现出电子系统设计的全貌，让我能够模仿、借鉴，甚至在此基础上进行创新。书中的“实践”二字也让我充满了好奇，这意味着它不仅仅是理论的讲解，更包含着大量的工程实践技巧和经验分享。我希望它能包含一些常见的设计误区和规避方法，以及一些在实际生产中会被频繁遇到的工程难题，例如电磁兼容性（EMC）的挑战、功耗优化策略，或者在资源受限的平台上实现高性能的算法等。毕竟，理论知识的掌握只是第一步，如何在复杂的工程环境中将这些理论转化为可用的产品，才是真正的考验。我真心希望能在这本书中找到指引，让我的电子设计之路更加顺畅和高效。

评分☆☆☆☆☆

对于《基于案例的电子系统设计与实践》这本书，我最看重的是它在“实践”部分能够提供的具体操作指导。我是一名刚刚入门电子工程的学生，虽然在学校里学习了不少基础理论，但一到实际动手设计时，就常常感到力不从心。比如，我一直对如何选择合适的元器件感到困惑，datasheet上的参数那么多，到底哪些才是关键？这本书能否提供一些实用的选型指南，或者通过具体的案例来演示如何根据系统需求来权衡不同元器件的优劣？另外，PCB设计也是一个让我头疼的问题。虽然我知道基本的规则，但在实际布局布线时，总是容易出现信号干扰、电源噪声等问题。我希望这本书能够提供一些经典的PCB设计案例，详细讲解其设计思路、布局技巧，以及如何进行EMC优化。如果能包含一些仿真工具的使用演示，那就更好了。我渴望通过这本书，能够掌握一套系统性的设计流程，从需求分析到方案设计，再到详细设计和验证，每一步都有清晰的指引和可借鉴的案例。而且，我非常希望书中能有一些关于调试技巧和问题排查的经验分享。很多时候，一个微小的错误就可能导致整个系统无法正常工作，而找到这个错误往往需要耗费大量的时间和精力。如果这本书能够提供一些通用的调试思路和常用工具的使用方法，那将对我大有裨益。我希望它能够填补我理论知识与实践能力之间的鸿沟，让我能够更自信地投入到电子系统的设计与开发中。

评分☆☆☆☆☆

我拿到《基于案例的电子系统设计与实践》这本书，内心是有些许兴奋和期待的。在我看来，电子系统设计领域，尤其是嵌入式系统，往往存在一个巨大的鸿沟：学院派的严谨理论与工业界快速迭代的实践需求之间。这本书的名字恰好点出了我最渴望的内容——“案例”与“实践”。我非常好奇它将如何呈现这些案例，是围绕着某个特定行业，例如医疗器械、汽车电子、或者消费电子，来展开不同的设计挑战与解决方案？还是会从通用的电子系统设计要素出发，比如电源管理、信号完整性、接口设计等方面，通过具体的案例来阐述其设计原则和实现方法？我更倾向于后者，因为这能让我触类旁通，将学到的知识应用到更广泛的领域。此外，我特别想了解书中的“实践”部分是如何设计的。是会提供一些可运行的示例代码，还是会详细介绍一些常用的硬件调试工具的使用方法？我尤其希望它能涵盖一些在实际项目开发中经常遇到的“坑”，比如如何避免电磁干扰、如何进行有效的功耗优化、以及如何在资源受限的情况下实现高性能的算法等等。这些都是我在工作中经常会遇到的难题，如果这本书能提供清晰的思路和有效的解决方案，那将对我来说是无价的。我希望能从这本书中，获得一套行之有效的设计框架和一套解决工程问题的实操方法论，让我能够更加从容地应对各种复杂的电子系统设计任务。

评分☆☆☆☆☆

拿到《基于案例的电子系统设计与实践》这本书，我第一个想法就是它能否解决我在实际工程中遇到的那些“疑难杂症”。我工作多年，积累了一些经验，但总感觉理论知识不够系统，尤其是在面对一些复杂的设计问题时，常常感到力不从心。这本书的“案例”部分，我寄予厚望，希望它能提供一些真正贴近实际的、有代表性的项目，能够让我学习到如何在具体的设计场景下，将理论知识转化为可行的解决方案。比如，它是否会讲解一个完整的嵌入式系统开发流程，从需求定义、硬件选型，到软件架构设计、驱动开发，再到系统集成和测试，每一个环节都辅以详细的案例剖析？我尤其关心它是否会涉及到一些在高可靠性、高性能要求的系统设计中经常会遇到的挑战，例如：如何进行精确的时钟同步，如何保证数据的完整性和安全性，以及如何在复杂的电磁环境下保证系统的稳定性等等。而“实践”二字，则让我对接下来的内容充满了期待，我希望它不仅仅是提供案例，更能包含大量的工程实践技巧和经验分享。比如，它是否会分享一些实用的调试方法和工具使用技巧？是否会讲解一些在实际开发过程中常见的陷阱和规避策略？是否会提供一些关于优化设计、降低成本的思路？我非常希望这本书能够成为我工作中一本“活的”参考书，当我遇到类似的问题时，能够快速地从中找到灵感和解决方案，从而大大提高我的工作效率和设计能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书《基于案例的电子系统设计与实践》的题目，一下子就抓住了我的痛点。《基于案例》这一点，我非常看好，因为我在工作中经常遇到各种各样的问题，而理论书往往只能提供通用的方法论，却无法解答我遇到的具体困境。我期待这本书能够提供一系列详实、且具有代表性的实际工程案例，能够让我“照葫芦画瓢”，学习如何解决类似的问题。例如，一个关于低功耗传感器节点的设计，或者一个小型工业控制器的开发过程，这些案例是否能涵盖从需求分析、方案论证，到硬件选型、软件架构设计，再到系统集成和测试的全过程？更重要的是，我希望它不仅仅是展示成功的案例，更能深入剖析案例中的挑战、权衡和决策过程，让我理解为什么这样设计，而不是那样设计，以及背后可能存在的风险和替代方案。这样，我才能真正地学到“精髓”，而不是仅仅停留在表面。而“电子系统设计与实践”，这五个字，则暗示着这本书将不仅仅停留在理论层面，更会强调实际操作和工程经验。我特别关注它在“实践”方面的具体内容，比如它是否会包含一些实用的开发工具的使用教程，或者一些调试技巧和经验分享？例如，针对一些常见的性能瓶颈，它是否会提供优化方案？对于复杂的系统集成问题，它是否会给出解决方案？我非常希望这本书能够成为我工作中的一本“案头宝典”，在我遇到难题时，能够快速找到相关的案例和解决方案，从而提高我的工作效率和设计水平。