由浅入深：乐高 NXT 机器人与生医应用实作 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　《由浅入深：乐高 NXT 机器人与生医应用实作》是一门适合工程领域新进入门与进修的课程书，同时综合LEGO NXT机器人、系统设计实作、生医实务应用的全面性教学，透过可创造力强的积木，学习工程领域中的「系统开发」精神与生医应用的观念。目前坊间LEGO NXT结合生医应用的书偏少，然而，生医工程与生医产业已为新产业，发展生医跨领域人才需求持续增加，且系统开发与实务应用的培训需求持续攀升，但生医知识与技术应用对刚入门的学子而言，却感觉是一个不得要领的学门。况且，在系统开发过程，需结合电脑语言、硬体架构设计、软硬体整合的理解与实作，方能达到学习效益，而毫无头绪的负面情绪与无力感，会使「做中学」难以得到相应的成效。
 
　　我们决定解决此问题！借由大家耳熟能详的LEGO积木、结合先前的宝贵经验：LabVIEW 程式设计系列丛书撰写经验、生医领域研究经历、资讯领域专业知识、系统开发与整合技术，进行汇整，编辑一本包含由浅入深之LEGO NXT机器人教学、程式语言撰写、系统设计、生医感测原理、临床意义、实作教学、应用实例，且以站在学子的立场进行撰写。如此，此书可视为一本简而实用的入门教科书，让入门的学子在过程中激发兴趣与创造力，并兼顾固本精进的学习方式。编辑安排上，灌输系统开发的循序渐进概念兼顾实际应用为核心。

　　简而言之，期待学子阅读完此书后，能感受到独立完成系统开发也不是遥不可及的，甚至拥有更多开发的想法，让我们一同踏入工程领域吧！
 
本书特色

　　1. 以LEGO积木为主体来学习系统开发及生医领域实作。

　　2. 从「LEGO&NXT」、「NXT基础应用」、「NXT进阶应用」、「设计应用与程式撰写」为基础，进一步介绍「LabVIEW与NXT」，是一本由基础至实务应用的教学书。

　　3. 以图形化程式设计介面LEGO Mindstorms NXT为实作平台，可透过概念性图形化介面进行程式撰写，将系统付诸实现。

　　4. 以生医实务应用为主轴，可借此切入生医领域发展与方向。

深入浅出：从零构建高性能嵌入式系统设计与实践 本书导览： 在快速迭代的现代科技浪潮中，嵌入式系统已成为驱动物联网、工业自动化、医疗设备乃至消费电子产品的核心动力。本书并非聚焦于乐高或特定的机器人平台，而是旨在为读者提供一套全面、系统且高度实用的嵌入式系统设计与开发方法论。我们专注于从最底层的硬件接口理解，到复杂实时操作系统的应用，再到系统级的优化与调试，致力于培养读者构建高性能、低功耗、高可靠性嵌入式解决方案的综合能力。 第一部分：嵌入式系统基石与微控制器原理 本部分将打下坚实的理论基础，深入剖析现代嵌入式系统的核心组成部分。我们将从晶体管的开关原理入手，逐步过渡到微控制器的内部架构。 1.1 微控制器架构深度解析： 我们将详细介绍主流微控制器系列（如ARM Cortex-M系列）的流水线设计、寄存器组、特权级别（Privilege Levels）与中断向量表。重点阐述如何通过理解内存映射I/O（MMIO）机制，实现对片上资源（如定时器、ADC、GPIO）的精确控制。 1.2 基础外设交互技术： 我们不依赖于任何特定的图形化编程环境，而是直接面对硬件寄存器或抽象层次最低的HAL（硬件抽象层）进行编程。内容涵盖： 通用异步收发器（UART）： 深入探讨波特率计算、奇偶校验以及异步通信的误差处理机制。 定时器/计数器（Timers/Counters）： 讲解如何配置PWM（脉冲宽度调制）用于电机驱动或信号生成，并实现精确的延迟和捕获功能。 模数转换器（ADC）： 详细分析采样定理在嵌入式采集中的应用，包括过采样（Oversampling）技术以提高信噪比（SNR），以及多通道扫描模式的实现。 1.3 总线通信协议的实战： 本书对片上总线和片外通信协议的讲解，侧重于协议的帧结构、时序要求及错误检测机制。 I²C与SPI深度对比： 不仅停留在读写数据，更深入探讨I²C的多主模式冲突解决、仲裁机制，以及SPI的四线/三线模式选择对系统性能的影响。 CAN（Controller Area Network）协议精要： 尤其侧重于其在分布式控制系统中的应用，分析仲裁机制如何保证数据传输的实时性和优先级。 第二部分：高级内存管理与实时操作系统（RTOS） 现代嵌入式应用往往需要处理复杂任务调度和有限资源管理。本部分聚焦于如何高效地驾驭操作系统。 2.1 内存管理进阶： 我们将探讨静态内存分配、动态内存池（Memory Pooling）的设计，以及避免内存碎片化的策略。对于使用MMU/MPU的系统，将详细讲解虚拟地址到物理地址的映射过程，及其在保护模式下对系统安全性的意义。 2.2 实时操作系统核心机制： 本书将以一个简化的、面向过程的RTOS内核为蓝本进行剖析，而非直接使用某个特定厂商的内核。核心内容包括： 任务调度算法： 详述固定优先级抢占式调度、轮转调度（Round-Robin）的工作原理，并分析优先级反转（Priority Inversion）问题及解决之道（如使用优先级继承或优先级天花板协议）。 任务间同步与通信： 深入讲解信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）的设计缺陷（如死锁），以及消息队列（Message Queues）在数据流管理中的优势。我们将亲手实现一个无锁（Lock-Free）的队列结构作为对比。 2.3 嵌入式驱动程序开发范例： 我们将实践开发一个复杂外设（例如，一个高速SD卡接口或一个网络控制器）的驱动程序。重点在于中断服务程序（ISR）的编写规范、上下文切换的最小化处理，以及如何安全地从中断服务例程向任务层传递数据。 第三部分：性能优化、调试与系统集成 构建功能正确的系统只是第一步，实现稳定、高效的系统才是工程的精髓。 3.1 嵌入式系统调试艺术： 本书强调使用专业的硬件调试工具。我们将详细讲解JTAG/SWD接口的工作原理，如何设置硬件断点、观察点，以及利用示波器和逻辑分析仪进行时序分析，定位复杂的硬件-软件交互问题。 3.2 功耗与资源优化： 在资源受限的环境下，优化至关重要。内容包括： 时钟门控与低功耗模式： 针对不同工作状态（运行、睡眠、深度休眠），合理配置系统的时钟树，并管理外设的电源域。 代码体积优化： 分析编译器优化选项（如 `-Os`, `-Ofast`）对执行效率和代码大小的影响，以及如何重构算法以减少RAM和Flash占用。 3.3 嵌入式系统测试与验证： 我们将介绍单元测试（Unit Testing）在嵌入式环境中的实践方法，特别是针对硬件抽象层（HAL）代码的模拟（Mocking）技术。同时，探讨如何设计压力测试（Stress Testing）来验证系统在极端负载下的稳定性和鲁棒性。 面向读者： 本书面向具有C/C++编程基础，希望从应用层快速深入到硬件控制层、理解操作系统内核工作机制的电子工程师、软件开发者以及高级技术爱好者。它提供的是一种自下而上、注重原理和实践相结合的嵌入式系统构建哲学。

作者简介

林沛辰

　　交通大学生医工程研究所硕士。修习过完整的LabVIEW 课程，并取得NI CLD认证；曾利用LabVIEW参与生医系统开发竞赛屡获佳绩。致力于临床生医讯号分析研究，期能开发高阶的医疗监测系统。
 
许恭诚

　　毕业于交通大学应用数学系，自高中接触乐高NXT产品（含EV3）。在NXT机器人组装、程式的编辑与执行上均有实作经验，并参加过两次校内比赛。大学时结合较深入之程式设计，以数学逻辑的方式解读 NXT 程式码的编写，并结合LabVIEW与C++在NXT 上的进阶应用。
 
张家齐

　　交通大学资讯科学与工程研究所博士。曾赴阳明大学接受医学系的全程课程训练，目前担任交通大学生医电子转译研究中心助理研究员及生医工程研究所／电子工程学系及电子研究所兼任助理教授，开设医电系统雏型设计、生医电子系统导论、医用软体生命週期与研发专案等课程。
 
萧子健

　　交通大学资讯工程学系、生医工程研究所副教授。LabVIEW课程传授高达1000小时，曾出版18本 LabVIEW 书籍，迄今全国硕博士论文被引用次数达700次。张家齐博士与萧子健博士均为全台前10位取得 NI CLD 认证，且致力于临床研究、生医讯号分析、生医讯号系统整合与雏型研发实作，所带领的实验室以资讯为基础驱动跨领域学术与生医产业的发展，以实际应用为核心、提高人类福祉为最终目的。

序
前言

Ch1 LEGO&NXT           
1-1 LEGO积木       
1-2 LEGO Mindstorms NXT主机  
1-3触碰感应器
1-4音源感应器      
1-5光源感应器      
1-6色彩感应器      
1-7超音波感应器   
1-8角度感应器      
               
Ch2 NXT基础应用        
2-1图形化程式编辑软体－LEGO MINDSTORMS NXT       
2-2基础操作  
2-3运动模组  
2-4声音与显示模组       
2-5等待模组  
2-6回圈模组  
2-7判断模组  
2-8纪录／学习模组       
               
Ch3 NXT进阶应用        
3-1一般模组  
3-2动作模组  
3-3感应器模组      
3-4 流程模组
3-5资料模组  
3-6进阶模组
               
Ch4 设计应用与程式撰写             
4-1生物医学与NXT（一）
4-1 生物医学与NXT（二）
4-3循迹车      
4-4 alpha rex机器人
    
Ch5 LabVIEW 与NXT
5-1 LabVIEW环境介绍 
5-2 LabVIEW基本指令 
5-3 LabVIEW的「NXT」指令集
5-4 NXT与C语言

附录 LEGO MINDSTORMS NXT 图示对照表

评分☆☆☆☆☆

话说，台湾近几年大家对于生活品质和健康议题的关注度越来越高，而生医科技绝对是其中最核心的驱动力之一。这本书的书名，刚好精准地抓住了这个脉动。「乐高 NXT 机器人与生医应用实作」，光听就觉得很有启发性。过去我们可能觉得乐高就是玩具，但现在它变成了学习和创新的载体，这本身就是一种很棒的教育理念的体现。我特别想知道，书中关于「生医应用」的部分，会涵盖哪些具体的内容？是单纯的生物感测，还是会涉及到更复杂的生理模拟？比如说，会不会有一些关于如何利用机器人来模拟器官运作的範例？或者，是教导如何用它来辅助一些基础的医学检测？「由浅入深」这几个字，给我很大的信心，因为我不是技术专家，但对新知保持开放的态度。我期待的是，这本书能提供清晰的指导，从零开始，一步步带领读者进入这个结合了机械、程式设计与生物医学的迷人世界。我甚至觉得，这本书的出现，或许能为台湾的 STEM 教育带来新的可能性，让更多年轻学子对生医领域产生浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

哇，这本书光看书名就让人眼睛一亮！「由浅入深：乐高 NXT 机器人与生医应用实作」，这名字听起来就好有份量，又带着点科技感跟人情味。台湾这边，大家对乐高都不陌生，从小玩到大，那种拼凑出新事物的乐趣，简直是童年回忆杀。而且现在机器人技术这么夯，加上生医应用，这绝对是跨足科技前沿的议题。我尤其好奇， NXT 机器人这个平台，他们是怎么跟生医结合的？是不是能做出一些实际监测人体健康，或者辅助医疗的装置？比如，会不会有那种用乐高机器人模拟心脏跳动，或者分析血液成分的教程式的範例？光是想像就觉得超酷！感觉这本书不只适合对机器人有兴趣的同学，对于医学院、生医工程系的学生，甚至是对科技改造生活充满好奇心的社会人士，都能从中找到灵感。而且「由浅入深」这四个字，让我觉得就算我不是什么硬核的程式高手，也能慢慢摸索，不会一开始就觉得太艰涩。我期待看到书中能够把复杂的生医概念，用乐高这个大家熟悉的工具，以一种更直观、更有趣的方式呈现出来。说不定，这本书能激发下一位伟大的生医科技创新者，就藏在某个认真啃这本书的读者心中！

评分☆☆☆☆☆

读到这本书名，我立刻就被吸引住了。台湾现在社会氛围很注重创新和科技发展，尤其是和我们生活息息相关的健康领域。这本书「由浅入深：乐高 NXT 机器人与生医应用实作」，光听起来就感觉很有料，也很贴近当下的趋势。我一直觉得，乐高不只是给小孩子玩的玩具，它其实是个很棒的STEAM教育工具，可以培养创造力和解决问题的能力。而机器人技术，加上生医应用，这简直是把科技的未来感和对人类健康的关怀结合在一起了。我非常期待看到书里是如何将这两者串联起来的。会不会有一些关于如何用 NXT 机器人来搭建一些简单的生物感测装置的範例？或者，是如何透过程式去模拟一些生理反应？「由浅入深」这个说法，对于像我这样对技术有兴趣，但又希望有个循序渐进的学习过程的人来说，简直是定心丸。我希望这本书能够提供清晰的步骤和具体的範例，让我们能够真正地动手实践，理解这些先进的技术是如何服务于我们健康的。总觉得，这本书可能会开启很多人的创新思维，甚至孕育出一些非常有价值的生医科技解决方案。

评分☆☆☆☆☆

我看到这本书的书名，脑海里立刻浮现出小时候玩乐高积木的画面，那种小小的塑料零件，经过巧手就能组合成各种奇妙的造型，完全是童年最纯粹的快乐。现在听说乐高 NXT 机器人还能跟生医结合，我真的觉得科技发展太快了，也太有意思了！生医应用这块，总给人一种很专业、很高端的感觉，很多时候觉得离我们一般人有点距离。但如果能透过乐高机器人来学习和实践，把那些复杂的生医原理变得更容易理解，那绝对是一大福音。我很好奇，书里面会不会有一些实际的案例，比如如何用乐高机器人搭建一个简单的模型，来模拟人体的某项功能？或者，会不会教导读者如何透过程式控制机器人，去完成一些简单的生医数据採集或分析的任务？对我来说，最吸引人的地方在于「实作」，这意味着这本书不只是纸上谈兵，而是真的有动手做的机会。我本身不是科技背景出身，但对新事物总是充满好奇，如果这本书真的能做到「由浅入深」，那我会很乐意尝试。说不定，透过这本书，我能开启一个全新的兴趣领域，甚至发现自己对生医科技的潜能！

评分☆☆☆☆☆

最近在思考，怎么让学习过程变得更有趣、更具实践性，尤其是在一些相对抽象的科学领域。这本书的名字，就给了我一个很棒的答案。「由浅入深：乐高 NXT 机器人与生医应用实作」，这组合简直是为我的想法量身定做。乐高 NXT 机器人，对于我们这些从小就迷恋拼搭玩具的人来说，自带一种亲切感和熟悉感。而「生医应用」这个词，则瞬间提升了它的价值感和前瞻性。我猜想，这本书应该会提供一套完整的学习路径，从最基础的乐高机器人搭建和程式控制开始，逐步深入到如何将这些技术应用于生医领域。我尤其好奇，书中会不会介绍一些实际可行的项目，比如用机器人来製作一个模拟的 DNA 複製模型，或者搭建一个能够监测环境参数进而影响生物样本的系统？「实作」这两个字，对我来说是最有吸引力的，因为理论知识固然重要，但亲自动手去验证、去创造，才能真正地理解和掌握。这本书，感觉就像是一个通往科技前沿的桥梁，让原本看似遥不可及的生医科技，因为有了乐高这个载体，变得触手可及，充满乐趣。