基本信息
书名：电子线路制图与制版
定价：29.00元
作者：孟祥忠
出版社：电子工业出版社
出版日期：2009-08-01
ISBN：9787121089879
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.522kg
编辑推荐
行动导向，工学结合，任务驱动，学生主体，过程考核。
内容提要
本书从实际应用角度出发，设置8个学习情境，由浅入深全面讲述电子线路制图与制版的课程内容。内容主要包括Protel DXP 2004的使用、三音电子门铃设计、基于单片机的电子琴设计、串行接口电路设计、耗油量测量仪设计、电池充电器设计、单片机开发板设计和模型飞机机载测控系统设计，所有项目精选自企业和工程实例，具有很强的代表性。
全书打破传统学科式教材模式，采用基于工作过程的情境教学法，充分融入企业实际设计项目，工学结合，全面训练学生的实践能力和创新能力。
本书可作为高职高专应用电子技术专业、微电子技术专业、电气自动化专业、机电一体化专业及相近专业的教材，也可供相关技术人员参考使用。
目录
作者介绍
文摘
序言
《嵌入式系统设计与开发实战》 内容简介 本书是一部面向嵌入式系统设计与开发领域的专业技术著作，旨在为读者提供一个全面、深入且实用的学习框架。从基础理论到高级应用，本书将引导读者掌握嵌入式系统的核心技术，理解其工作原理，并能独立完成实际的嵌入式项目开发。本书特别强调理论与实践的结合，通过丰富的案例分析和详细的代码示例，帮助读者将抽象的概念转化为具体的解决方案。 第一部分：嵌入式系统基础 本部分将为读者奠定坚实的嵌入式系统基础。 第一章：嵌入式系统概述 1.1 什么是嵌入式系统？ 详细阐述嵌入式系统的定义、特点（如专用性、实时性、集成性、面向对象、资源受限等）。 与通用计算机系统的区别与联系。 嵌入式系统在现代社会中的广泛应用，例如智能家居、工业自动化、汽车电子、医疗设备、消费电子产品等，并通过具体实例说明嵌入式系统在其中的关键作用。 1.2 嵌入式系统的组成 1.2.1 硬件层： 微处理器（MPU）与微控制器（MCU）的深入解析，包括它们的架构、指令集、工作原理，以及不同类型（如ARM、MIPS、RISC-V等）的特点和应用场景。 存储器系统：ROM、RAM、Flash Memory、EEPROM等的作用、分类、性能指标及其在嵌入式系统中的选择原则。 外围设备接口：GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC、PWM、Timers、Interrupt Controllers等接口的原理、工作模式、时序以及在不同应用中的配置方法。 电源管理单元（PMU）的重要性，以及低功耗设计技术。 传感器与执行器：常见的传感器类型（温度、湿度、光照、压力、加速度等）的工作原理、数据采集方式，以及执行器（电机、继电器、LED等）的控制原理。 1.2.2 软件层： 嵌入式操作系统（RTOS）：实时操作系统的概念、特点（任务调度、中断处理、进程间通信、内存管理等），以及主流RTOS（如FreeRTOS、RT-Thread、Zephyr、VxWorks等）的介绍、优缺点和适用场景。 驱动程序：硬件驱动程序的作用、编写方法、与操作系统的交互机制，以及常见驱动程序的开发实践。 中间件：库函数、协议栈（TCP/IP、Bluetooth、Wi-Fi等）、文件系统等的作用和集成。 应用层软件：用户界面、业务逻辑、数据处理等。 1.3 嵌入式开发流程 从需求分析、系统设计、软硬件选型、原型开发、调试、测试到最终产品化的完整流程。 敏捷开发在嵌入式项目中的应用。 版本控制工具（如Git）在团队协作中的重要性。 1.4 嵌入式开发工具链 交叉编译器的概念与作用。 集成开发环境（IDE）：如Keil MDK, IAR Embedded Workbench, VS Code + PlatformIO, Eclipse CDT等，及其功能介绍。 调试工具：JTAG/SWD调试器、逻辑分析仪、示波器等的使用。 仿真器与硬件在环（HIL）测试。 第二章：微控制器与处理器架构 2.1 MCU与MPU选型指南 根据项目需求（性能、功耗、成本、外设接口、开发生态等）进行MCU和MPU的综合评估与选型。 对比分析不同厂商（如STMicroelectronics, NXP, Microchip, Espressif等）的典型产品线。 2.2 ARM Cortex-M系列处理器架构 ARM Cortex-M系列（M0, M3, M4, M7等）的指令集、寄存器、流水线、中断机制、低功耗模式等核心特性。 内存映射、总线接口（AHB, APB）的工作原理。 Cortex-M的异常与中断处理机制（NVIC）。 2.3 特定微控制器平台深入解析（以STM32为例） STM32系列微控制器的内部结构、存储器组织、总线架构。 GPIO端口配置与操作：输入、输出、复用功能。 时钟系统（RCC）的配置与管理。 中断与异常处理：NVIC配置、中断向量表、优先级设置。 系统控制与低功耗模式。 第二部分：嵌入式软件开发实战 本部分将聚焦于嵌入式软件开发的具体实践。 第三章：C语言在嵌入式开发中的应用 3.1 C语言基础回顾与嵌入式特性的强调 数据类型、运算符、控制结构、函数等基础知识。 指针与内存地址：指针的声明、解引用、指针运算、多级指针，以及在访问硬件寄存器、管理内存时的应用。 结构体、联合体与枚举：位段（bit-fields）的应用，用于高效的硬件寄存器操作。 宏定义与预处理器：条件编译、函数宏、可变参数宏的应用。 3.2 嵌入式C语言编程技巧 面向硬件的编程：直接操作硬件寄存器，理解寄存器地址与位操作。 中断服务函数（ISR）的编写规范：尽量精简，避免阻塞操作，安全地更新共享数据。 内存管理：栈、堆、静态存储区的区别，动态内存分配（malloc, free）在嵌入式系统中的谨慎使用。 嵌入式C语言的移植性：避免使用与特定平台绑定的特性，使用标准库函数。 代码优化：提高代码效率，减少资源占用。 3.3 实际案例：LED闪烁与按键输入 通过C语言直接操作STM32微控制器的GPIO寄存器，实现LED的开关与闪烁。 配置GPIO为输入模式，实现按键状态的读取，并进行消抖处理。 结合中断，实现按键按下时触发LED状态改变。 第四章：实时操作系统（RTOS）原理与应用 4.1 RTOS核心概念 任务（Task）与线程：创建、删除、挂起、恢复。 任务状态与调度：就绪态、运行态、阻塞态、挂起态，优先级调度、时间片轮转、抢占式调度等。 中断与异常处理：RTOS如何与硬件中断协同工作。 进程间通信（IPC）：信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）、事件标志组（Event Flags）、邮箱（Mailbox）等机制的原理、使用场景及代码实现。 内存管理：RTOS提供的内存管理机制（如内存池）。 定时器（Timer）：软件定时器与硬件定时器的应用。 4.2 FreeRTOS深入解析 FreeRTOS核心API介绍（任务管理、队列、信号量、互斥锁等）。 FreeRTOS的移植与配置。 栈溢出检测、内存管理策略。 FreeRTOS的调试技巧。 4.3 RTOS应用案例 案例一：多任务并发控制 使用FreeRTOS创建多个任务，例如一个任务负责读取传感器数据，另一个任务负责处理用户输入，还有一个任务负责驱动显示屏。 使用信号量或消息队列在任务间传递数据，实现数据同步与解耦。 案例二：实时数据采集与处理 设计一个系统，通过ADC采集模拟信号，并使用RTOS进行周期性读取。 利用RTOS的定时器功能，控制采集频率。 将采集到的数据通过消息队列发送给处理任务，进行滤波或分析。 案例三：按键驱动与事件处理 使用RTOS的事件标志组，将按键输入（如短按、长按）映射到不同的事件。 其他任务可以等待这些事件发生，并做出相应的响应。 第五章：嵌入式通信协议与网络 5.1 串行通信协议 UART/USART： 工作原理、波特率、数据位、停止位、校验位配置，半双工与全双工通信。 SPI： 主从模式、时钟极性（CPOL）、相位（CPHA）、片选（CS）信号，高速数据传输。 I2C： 主从模式、SCL/SDA线、地址寻址、ACK/NACK机制，总线仲裁。 CAN总线： 差分信号、帧格式、总线仲裁、错误处理，在汽车电子和工业控制中的应用。 5.2 无线通信协议 Bluetooth (Classic & BLE)： 核心概念（Piconet, Scatternet, GAP, GATT），BLE的优势与应用。 Wi-Fi： TCP/IP协议栈在Wi-Fi设备上的实现，STA模式与AP模式。 Zigbee/LoRa： 低功耗、长距离无线通信技术，在物联网（IoT）领域的应用。 5.3 TCP/IP协议栈与网络应用 TCP/IP协议族概述（IP, TCP, UDP）。 嵌入式TCP/IP协议栈（如lwIP）的介绍与集成。 Socket编程：创建TCP/UDP套接字，连接、发送、接收数据。 HTTP/HTTPS客户端与服务器。 MQTT协议在物联网通信中的应用。 5.4 通信协议应用案例 案例一：通过UART与PC通信 使用STM32的UART接口，实现与PC端上位机软件（如串口助手）的数据交互。 构建简单的数据协议，实现指令发送与数据反馈。 案例二：使用SPI连接外部传感器 例如，连接一个SPI接口的ADC或EEPROM芯片，实现数据的读取与写入。 案例三：构建一个简单的TCP服务器 使用lwIP协议栈，在STM32板子上实现一个TCP服务器，接受来自网络的连接，并回显接收到的数据。 案例四：使用MQTT协议连接物联网平台 将STM32板子连接到Wi-Fi网络，并使用MQTT协议与阿里云、AWS IoT等平台进行数据上传与指令下发。 第三部分：嵌入式系统高级主题与开发实践 本部分将探讨嵌入式系统开发中的一些高级主题，并提供更深入的开发实践指导。 第六章：嵌入式Linux系统开发 6.1 嵌入式Linux概述 Linux内核在嵌入式系统中的应用，与RTOS的比较。 嵌入式Linux系统的组成：Bootloader, Kernel, Root Filesystem, Applications。 ARM架构上的Linux系统启动流程。 6.2 嵌入式Linux开发环境搭建 交叉编译工具链的安装与配置。 构建根文件系统（Buildroot, Yocto Project）。 U-Boot引导加载程序。 6.3 Linux设备驱动程序开发 Linux内核模块（LKM）的编写。 字符设备、块设备、网络设备驱动的开发。 设备树（Device Tree）的概念与应用，用于描述硬件信息。 6.4 应用层开发 用户空间程序开发：使用C/C++、Python等语言。 系统调用与API。 多进程与多线程编程。 6.5 嵌入式Linux应用案例 案例：开发一个Linux设备驱动 例如，编写一个简单的字符设备驱动，实现对LED的控制，并提供用户空间接口。 案例：使用Linux实现网络服务 构建一个基于Linux的Web服务器，通过网络接口提供服务。 第七章：嵌入式系统调试与测试 7.1 调试基础 断点、单步执行、观察变量、内存查看。 JTAG/SWD接口调试器的使用。 逻辑分析仪和示波器在硬件信号调试中的应用。 7.2 RTOS调试技巧 FreeRTOS提供的调试宏和钩子函数。 任务状态视图、堆栈使用情况分析。 使用RTOS感知工具进行实时调试。 7.3 嵌入式软件测试 单元测试、集成测试、系统测试。 静态代码分析工具。 硬件在环（HIL）测试。 健壮性与压力测试。 7.4 常见问题分析与解决 内存泄漏、栈溢出、死锁、竞态条件。 中断丢失、时序问题。 硬件故障排查。 第八章：嵌入式系统安全与功耗管理 8.1 嵌入式系统安全 常见的嵌入式安全威胁。 硬件安全机制：Trusted Execution Environment (TEE), Secure Boot, Hardware Cryptographic Accelerators。 软件安全措施：输入验证、权限控制、加密通信、固件更新安全。 物联网设备安全。 8.2 嵌入式系统功耗管理 功耗分析工具与方法。 低功耗模式（Sleep modes, Standby modes）的应用。 动态电压与频率调整（DVFS）。 智能外设使能与关闭。 功耗优化设计原则。 第九章：嵌入式项目开发流程与最佳实践 9.1 项目管理 需求管理、计划制定、风险评估。 团队协作与沟通。 9.2 版本控制与持续集成 Git工作流。 Jenkins等工具在嵌入式CI/CD中的应用。 9.3 代码规范与文档 统一的代码风格。 详细的设计文档、用户手册。 9.4 硬件选型与PCB设计基础 元器件选型考虑因素。 PCB布局与布线基础。 9.5 案例研究：一个完整的嵌入式项目实例 从需求分析到最终交付，贯穿整个项目生命周期。 详细展示项目中的关键技术点和决策过程。 本书通过理论讲解、实例分析和代码演示相结合的方式，旨在帮助读者快速掌握嵌入式系统的核心技术，提升实际开发能力，为读者在嵌入式领域的学习、研究与工作打下坚实的基础。
最近一段时间，我一直在钻研这本《电子线路制图与制版》。这本书的优点在于它极强的“落地性”，不是那种空谈理论的书籍。它非常注重将理论与实际应用相结合，这一点从它对制图工具和方法的讲解就可以看出来。书中详细介绍了多种常用的电子设计自动化（EDA）软件，比如Altium Designer、Protel等，并以这些软件为例，演示了如何绘制原理图、进行PCB布局布线、以及生成生产文件。 我特别喜欢它关于PCB设计流程的梳理，从项目建立、元器件库管理、原理图绘制、PCB封装创建、布局布线，到DRC（设计规则检查）、Gerber文件生成，每一步都解释得非常到位。书中还列举了很多常见的PCB设计问题及其解决方法，例如差分信号的布线、电源和地面的处理、以及如何减少信号串扰等等。这些都是在实际设计中非常容易遇到的挑战，而这本书提供了一套系统性的解决方案。 此外，书中对于一些细节的处理也做得相当出色，比如如何有效地管理元器件库，如何进行元器件的封装创建，如何优化PCB的板框尺寸和外形等等。这些看似琐碎的细节，却直接影响到设计的效率和最终产品的质量。通过阅读这本书，我不仅学到了如何“画”出漂亮的电路图和PCB，更重要的是学到了如何“做好”它们，让设计真正具备实用价值。