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吴元修 著

图书标签:

• 可编程控制器
• PLC
• 工业控制
• 自动化
• 系统设计
• 实训
• 单片机
• 嵌入式系统
• 电气工程
• 控制工程

店铺： 炫丽之舞图书专营店

出版社： 北京师范大学出版社

ISBN：9787303122004

商品编码：29587372424

包装：平装

出版时间：2011-06-01

基本信息

书名：可编程控制系统设计与实训

定价：39.50元

作者：吴元修

出版社：北京师范大学出版社

出版日期：2011-06-01

ISBN：9787303122004

字数：419000

页码：305

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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内容提要

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吴元修等主编的《可编程控制系统设计与实训》以三菱公司的FX2N系列可编程控制器（PLC）为例，以基于工作过程的项目为载体，在相应具体工作任务中介绍了PLC的硬件结构和工作原理；PLC的内部编程软件和指令系统；编程软件的使用和梯形图的设计方法。书中从应用角度出发，基于典型逻辑控制系统、顺序控制系统、位置控制系统（步进电动机的控制）、模拟量闭环控制系统（拌胶机的控制）、变频器控制系统（纺纱卷绕电动机的控制）的设计与安装等工程实例，旨在培养读者PLC技术在生产一线的应用能力，使读者学会PLC控制系统的设计方法，熟悉PLC控制系统施工与质量验收规范，了解外PLC技术发展动向，具有PLC控制系统的安装、接线、调试、维护与维修能力，具有利用PLC完成中等复杂程度机电设备控制系统的改造设计能力。本书可作为高职高专院校电气自动化技术、机电一体化技术、应用电子技术和数控技术等专业的教材使用，也可供企业工程技术人员自学和作为培训教材使用。建议授课时数为72学时。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《嵌入式系统开发与应用实践》 内容概要： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统开发与应用实践指南。全书共分为四个主要部分，层层递进，从基础理论到高级应用，再到实际项目案例，力求让读者掌握嵌入式系统的设计、开发、调试以及实际应用的全过程。 第一部分：嵌入式系统基础理论与核心概念 此部分将带领读者走进嵌入式系统的世界，建立坚实的理论基础。 第一章 嵌入式系统概述： 深入探讨嵌入式系统的定义、特点、发展历程以及在各个领域的广泛应用，如消费电子、工业控制、医疗设备、汽车电子、物联网等。我们将分析嵌入式系统的典型架构，包括硬件平台（微处理器/微控制器、存储器、外围设备）、软件平台（操作系统、驱动程序、应用程序）以及它们之间的交互关系。本章还将讨论嵌入式系统设计中的关键考量因素，如实时性、功耗、成本、可靠性、安全性等，并简要介绍嵌入式开发流程。 第二章 微处理器与微控制器选型： 详细介绍嵌入式系统中常用的微处理器（MPU）和微控制器（MCU）的架构、指令集、存储器接口、总线类型等。我们将对比不同厂商（如ARM、RISC-V、MIPS、Intel等）的主流产品系列，分析其性能、功耗、成本、生态系统和开发工具等方面的差异。读者将学习如何根据具体应用的需求，如计算能力、I/O接口数量、通信协议、外设集成度、功耗预算等，选择最合适的处理器或控制器。本章还将介绍FPGA（现场可编程门阵列）在嵌入式系统中的作用和应用场景，以及CPLD（复杂可编程逻辑器件）的基础知识。 第三章 嵌入式存储器技术： 深入讲解嵌入式系统中各类存储器的特性、工作原理和应用。内容涵盖RAM（DRAM, SRAM）、ROM（PROM, EPROM, EEPROM）、Flash存储器（NOR Flash, NAND Flash）等。我们将分析不同存储器技术的读写速度、数据保持能力、功耗、成本和可靠性，以及它们在嵌入式系统中的典型配置和作用。本章还会涉及存储器接口设计、地址映射、总线仲裁等技术细节，以及固件（Firmware）存储和更新机制。 第四章 嵌入式通信接口与协议： 详细阐述嵌入式系统中常用的通信接口和协议。我们将重点讲解串行通信接口（UART, SPI, I2C），并行通信接口（GPIO），以及总线系统（CAN, USB, Ethernet, PCIe）。针对每种接口，都将深入分析其工作原理、信号时序、电气特性、通信方式（同步/异步、半双工/全双工）以及在实际应用中的典型连接方式。本章还将介绍一些常用的嵌入式网络协议，如TCP/IP、MQTT、CoAP等，以及无线通信技术（Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee）在嵌入式系统中的应用。 第五章 嵌入式操作系统（RTOS）原理与选型： 介绍嵌入式操作系统（RTOS）的核心概念和功能，包括任务管理、进程调度、内存管理、中断处理、同步与通信机制（信号量、互斥锁、消息队列）。我们将对比分析主流的RTOS，如FreeRTOS、RT-Thread、uCOS、VxWorks等，探讨它们的特点、性能、许可证、生态系统和适用场景。读者将学习如何根据应用的需求，选择合适的RTOS，并理解RTOS在提升嵌入式系统实时性、并发性和资源利用率方面的关键作用。 第二部分：嵌入式系统开发工具与软件设计 此部分将聚焦于嵌入式软件的开发流程、工具链以及软件设计方法。 第六章 嵌入式开发环境搭建： 引导读者搭建完整的嵌入式开发环境，包括交叉编译器的安装与配置，调试器（如JTAG, SWD）的连接与使用，以及集成开发环境（IDE）的熟悉。我们将以常见的嵌入式开发板（如STM32系列、ESP32系列、Raspberry Pi Pico等）为例，演示如何配置项目，编写、编译、下载和调试代码。本章还将介绍版本控制系统（如Git）在嵌入式项目中的应用，以及如何使用仿真器和模拟器进行软件开发和初步测试。 第七章 C/C++语言在嵌入式开发中的应用： 深入讲解C/C++语言在嵌入式系统中的高级应用技巧。我们将重点关注位操作、指针操作、嵌入式内存管理（静态分配、栈分配、堆分配）、中断服务程序（ISR）的设计、底层硬件访问以及内存对齐等。本章还会介绍如何优化代码以提高运行效率和降低功耗，并探讨面向对象编程（OOP）和泛型编程在嵌入式项目中的适用性。 第八章 嵌入式驱动程序设计： 详细讲解嵌入式驱动程序的概念、设计原则和开发流程。我们将分析不同类型硬件（如GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC、定时器）的驱动程序设计方法，以及如何编写高效、可靠、可复用的驱动程序。本章还将介绍中断驱动I/O、DMA（直接内存访问）等技术，以及驱动程序与上层应用程序的接口设计。 第九章 嵌入式软件调试技术： 传授实用的嵌入式软件调试技巧。我们将介绍断点调试、单步执行、变量监视、内存查看、寄存器查看、逻辑分析仪的使用等。本章还将深入讲解内核调试（Kernel Debugging）、远程调试（Remote Debugging）以及代码覆盖率分析等高级调试方法。读者将学习如何快速定位和解决嵌入式软件中的常见问题，如死锁、竞态条件、内存泄漏、栈溢出等。 第十章 嵌入式系统安全设计入门： 探讨嵌入式系统安全设计的基础概念。我们将介绍常见的安全威胁，如数据篡改、非法访问、拒绝服务攻击等，以及相应的防护措施。本章将涵盖安全启动（Secure Boot）、固件加密、访问控制、通信加密（TLS/SSL）等基础安全机制。同时，也会简要介绍一些安全编码规范和设计模式，以提高嵌入式系统的整体安全性。 第三部分：嵌入式系统高级主题与性能优化 此部分将深入探讨一些高级嵌入式系统设计主题，并提供性能优化策略。 第十一章 实时操作系统（RTOS）高级特性： 在RTOS基础之上，深入探讨其高级特性。内容将包括多任务同步与通信的复杂场景处理（如死锁避免、优先级反转）、事件标志组、软件定时器、低功耗模式下的RTOS行为、以及RTOS移植和内核扩展。我们将通过实例分析如何有效利用RTOS的功能来管理复杂的嵌入式应用。 第十二章 嵌入式Linux系统开发： 介绍嵌入式Linux系统的构建和开发。本章将涵盖Bootloader（如U-Boot）的作用和配置，Linux内核的编译与裁剪，根文件系统的构建（如Buildroot, Yocto Project），以及设备树（Device Tree）的编写与使用。读者将学习如何在嵌入式平台上部署和运行Linux操作系统，并开发用户空间应用程序。 第十三章 嵌入式系统性能分析与优化： 讲解如何对嵌入式系统进行性能分析和优化。我们将介绍性能瓶颈识别方法，如代码剖析（Profiling）、指令周期分析、功耗测量等。内容将涵盖算法优化、数据结构选择、缓存利用、中断响应时间优化、以及通过硬件加速（如DSP指令、FPGA协处理器）来提升性能的策略。 第十四章 嵌入式系统的功耗管理： 深入探讨嵌入式系统的功耗管理技术。我们将分析不同硬件组件的功耗特性，以及软件层面的功耗优化策略，如低功耗模式、动态电压频率调整（DVFS）、唤醒源管理等。本章还将介绍相关的功耗测量工具和分析方法。 第十五章 嵌入式系统可靠性与容错设计： 讨论嵌入式系统的可靠性设计原则和容错技术。我们将分析潜在的故障模式，如硬件失效、软件异常、通信错误等，并介绍相应的防护措施，如冗余设计、错误检测与纠正码（ECC）、看门狗（Watchdog Timer）的使用、以及软件容错机制。 第四部分：嵌入式系统项目实践与应用案例 此部分将通过实际的项目案例，将理论知识与实践技能相结合，帮助读者巩固所学，并提升解决实际问题的能力。 第十六章 项目一：智能家居温湿度监测与控制系统： 以一个典型的智能家居应用为例，指导读者设计和实现一个基于嵌入式系统的温湿度监测与控制系统。项目将涉及传感器数据采集（如DHT11/DHT22），数据处理，无线通信（如Wi-Fi/Bluetooth），以及简单的用户界面（如手机APP或Web服务器）。读者将学习如何集成硬件模块，编写嵌入式软件，并实现数据上传和远程控制功能。 第十七章 项目二：工业自动化数据采集与传输模块： 演示如何构建一个用于工业自动化场景的数据采集与传输模块。项目将重点关注CAN总线通信，模拟量/数字量信号的采集（如ADC/GPIO），以及与PLC（可编程逻辑控制器）或其他上位机的通信。本章将强调数据的实时性、准确性和稳定性要求。 第十八章 项目三：低功耗物联网设备设计： 专注于低功耗物联网设备的开发。项目将围绕微功耗MCU（如STM32L系列、MSP430系列），低功耗通信协议（如MQTT over low-power Wi-Fi或LoRa），以及电池寿命优化展开。读者将学习如何在资源受限的环境下设计和实现一个能量高效的物联网节点。 第十九章 项目四：嵌入式GUI应用开发（可选）： 如果时间允许或根据读者兴趣，可以增加一个关于嵌入式图形用户界面（GUI）开发的章节。介绍嵌入式GUI框架（如LVGL、emWin），讲解GUI的布局设计、控件使用、事件处理以及动画效果实现。 第二十章 嵌入式系统未来发展趋势与展望： 对嵌入式系统的未来发展进行展望，探讨人工智能（AI）在嵌入式系统中的应用（Edge AI），边缘计算、5G通信对嵌入式系统的影响，以及未来嵌入式系统设计的新挑战和机遇。 学习目标： 通过学习本书，读者将能够： 理解嵌入式系统的基本原理、架构和关键技术。 掌握主流嵌入式处理器和操作系统的选型与应用。 熟练运用C/C++语言进行嵌入式软件开发。 独立完成嵌入式驱动程序的设计与开发。 掌握嵌入式系统的调试方法和技巧。 初步了解嵌入式系统的安全和可靠性设计。 具备独立设计和实现小型嵌入式系统的能力。 了解嵌入式系统在不同领域的应用现状和未来发展趋势。 适合读者： 本书适合具备一定C/C++编程基础的在校学生、嵌入式系统初学者、软硬件工程师，以及对嵌入式系统开发感兴趣的广大技术爱好者。通过本书的学习，读者将能够从入门到精通，逐步成长为一名优秀的嵌入式系统开发者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计给我留下了深刻的印象，封面采用了沉稳的蓝色调，点缀着抽象的电路板纹理，给人一种专业而又不失现代感的感觉。纸张的质感也很不错，厚实且光滑，翻阅起来手感极佳，即使长时间阅读也不会感到疲劳。更值得一提的是，本书的印刷非常清晰，字体大小适中，排版布局合理，文字和图示之间的留白恰到好处，使得阅读过程更加流畅和舒适。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远不止于学习。在阅读过程中，我发现作者在讲解的同时，也在潜移默化地培养读者的工程思维和创新意识。书中不仅介绍了标准的设计方法，还鼓励读者思考更优化的解决方案，甚至在某些章节探讨了未来可编程控制技术的发展趋势。这种前瞻性的视角，让我受益匪浅，也激发了我对自动化领域更深入探索的动力。总而言之，这是一本集理论、实践、设计方法和工程思维于一体的优秀图书。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在生产一线工作的技术人员，我深知理论与实践相结合的重要性。这本书恰恰满足了我的这一需求。它不仅提供了扎实的理论基础，更在“实训”二字上下足了功夫。书中提供了多个精心设计的实训项目，涵盖了从简单的开关控制到复杂的伺服系统联动等多种应用场景。每一个实训项目都配备了详细的硬件接线图、程序代码和调试步骤，让我能够动手操作，将理论知识转化为实际技能，极大地提升了我的实际解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

我一直对自动化和控制领域抱有浓厚的兴趣，这次偶然翻阅到这本书，就被其内容深深吸引。书中深入浅出地讲解了可编程逻辑控制器（PLC）的基本原理、架构以及在不同工业场景下的应用。作者用生动形象的比喻和详实的案例，将抽象的概念变得易于理解，即使是初学者也能快速入门。书中对梯形图、指令表等编程语言的讲解尤为细致，配以大量的实例，让我能够边学边练，切实掌握编程技巧。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏书中对于系统设计方法的论述。作者并没有简单地罗列各种控制算法，而是从实际需求出发，引导读者进行系统的分析、设计和优化。书中讲解了如何根据工艺流程和设备特性，选择合适的PLC型号和I/O模块，如何进行合理的系统架构设计，以及如何进行有效的软件模块化编程。这些内容对于工程师进行实际项目设计具有极高的参考价值，能够帮助我们避免走弯路，提高设计效率和系统可靠性。