图解电子实验进阶篇 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

原文作者： Charles Platt

图书标签:

• 电子实验
• 电路分析
• 模拟电路
• 数字电路
• 传感器
• 单片机
• 嵌入式系统
• 实践教程
• DIY
• 电子制作

电子学并不仅限于电阻、电容、电晶体和二极体。透过比较器、运算放大器和感测器，你还有多不胜数的专题可以制作，也别小看逻辑晶片的运算能力了！做为畅销书《Make: Electronics图解电子实验专题制作》的进阶篇，本书将为你带来36个新实验，帮助你提升专题的计算能力。让《图解电子实验进阶篇》带领你走进运算放大器、比较器、计数器、编码器、解码器、多工器、移位暂存器、计时器、光带、达灵顿阵列、光电晶体和多种感测器等元件的世界吧！

　　从探索中学习
　　《Make: Electronics图解电子实验专题制作》引领你进入电子学的世界，介绍了电子学的基本原理。现在你已经准备好更上一层楼，可以尝试更多电路设计、随机数产生、类比数位转换等实验了。本书从头到尾都有全彩的图解，更提供零件总清单和各实验的零件清单，让你方便採购。

　　自从查尔斯‧普拉特在15岁时做出一台电话答录机后，电子学便成了他人生的至爱。除了是《MAKE》杂志的特约编辑外，他也写作出广受好评的《Make: Electronics图解电子实验专题制作》。普拉特也是科幻小说家，着有《The Silicon Man》，并曾任《Wired》杂志资深作家。

　　在本书中，你将会：
　　>>用解码器和二进位计数器执行电子易经占卜。
　　>>用NAND、NOR和XNOR逻辑闸制作心电感应测试器。
　　>>用运算放大器和平滑电容器在面包板上制作噪音抗议装置。
　　>>将计时器、计数器和多工器结合，设计出随机运作的硬币游戏机。
　　>>用磁铁和单刀双掷磁簧开关为井字游戏进行升级。
　　>>用编码器或热敏电阻达成随机性。

　　体验愉快的动手做学习模式吧！

本书特色

　　◎风靡全球自造者的畅销书《Make: Electronics图解电子实验专题制作》之进阶篇！
　　◎详细说明逻辑电路、放大器、感测器和更多电子元件的运作！
　　◎36个全彩图解实验，步骤、概念清楚易懂！
　　◎提供零件总清单和各实验的零件清单，让你方便採购！

名人推荐

　　对《Make: Electronics图解电子实验专题制作》的盛赞：「棒极了的教学！」--- 555计时器发明者汉斯‧卡门辛德（Hans Camenzind）

数字电路与嵌入式系统设计实践指南 本书聚焦于现代电子系统设计的核心技术，旨在为具有一定基础的读者提供一套系统化、实践导向的学习路径。全书内容紧密围绕数字逻辑、微控制器应用以及嵌入式系统开发展开，旨在帮助读者从理论走向实际工程应用。 第一部分：高级数字逻辑设计与分析 本部分深入探讨了数字电路设计中的关键概念和实现方法，超越了基础的逻辑门和组合电路，重点关注时序逻辑、同步系统设计以及可编程逻辑器件（PLD）的应用。 第一章：时序逻辑电路的精深解析 本章详细剖析了触发器（Flip-Flops）的内部结构、不同类型的特性（如D型、JK型、T型）及其在状态机设计中的作用。重点讲解了同步时序系统的设计方法，包括状态图、状态表和状态编码的优化。我们深入讨论了时钟域交叉（CDC）问题，阐述了如何利用握手协议和双端口RAM等技术安全地传输跨时钟信号，确保系统在复杂多速环境下的稳定性。此外，本章还覆盖了延迟分析、毛刺（Glitch）的识别与消除，以及如何利用时序约束来保证电路在特定频率下的可靠运行。 第二章：先进的组合逻辑优化与实现 本章着眼于如何将复杂的布尔函数高效地映射到硬件实现上。内容包括卡诺图（K-Map）在高维逻辑下的局限性，并全面介绍使用Quine-McCluskey算法进行最小项化和逻辑综合的原理。我们将详细探讨标准单元库（Standard Cell Library）的概念，以及逻辑综合工具（Logic Synthesis Tools）的工作流程，如何根据面积、速度和功耗三个维度对设计进行权衡取舍。重点会放在竞争冒险（Racing Hazards）的识别及其硬件消除技术上。 第三章：可编程逻辑器件（PLD）的深入应用 本章专注于可编程逻辑器件（CPLD和FPGA）的底层结构和编程模型。读者将学习如何理解查找表（LUT）的原理，以及如何利用硬件描述语言（HDL，如VHDL或Verilog）高效地描述并行逻辑。我们不只停留在语法层面，更关注如何编写“综合友好”的代码，避免出现不可综合的结构。本章包含多个基于FPGA的实际案例，例如自定义的并行数据处理器和高速状态机控制器。 第二部分：微控制器（MCU）平台的高效编程 本部分将核心放在主流的嵌入式微控制器体系结构上，强调如何充分利用硬件特性进行高效、可靠的系统开发。 第四章：ARM Cortex-M内核体系结构与寄存器级编程 本章以主流的Cortex-M系列处理器为蓝本，深入解析其流水线结构、特权等级（Privilege Levels）和中断控制器（NVIC）的工作机制。读者将学习如何直接操作寄存器来完成初始化工作，例如配置GPIO、时钟树（Clock Tree）和电源管理单元（PMU）。我们将详细讲解中断向量表、中断优先级分组以及硬实时（Hard Real-Time）系统的中断服务程序（ISR）设计规范，强调最小化ISR的执行时间。 第五章：高级定时器与脉冲宽度调制（PWM）技术 定时器是嵌入式系统的核心外设。本章深入讲解通用定时器（General Purpose Timers）的高级模式，如输入捕获（Input Capture）、输出比较（Output Compare）以及如何利用预分频器和计数器实现精确的时间测量和控制。PWM部分将详述不同类型的PWM波形生成（如单极、双极），以及如何通过互补输出和死区时间（Dead Time）控制来实现高效的电机驱动和电源转换应用。 第六章：通信协议栈的底层实现与优化 本章聚焦于嵌入式系统中常见的通信接口，不仅介绍其协议标准，更深入到硬件寄存器操作层面。 SPI/I2C： 深入分析主/从模式的时序细节、多字节传输的效率优化，以及如何处理总线仲裁问题。 UART/USART： 探讨波特率的精确计算、异步通信中的错误校验机制（如奇偶校验和CRC）。 高级总线接口（如CAN/Ethernet MAC）： 讲解这些总线在实时数据交换中的优势，以及如何配置DMA（直接内存存取）来卸载CPU，实现高效的数据吞吐。 第三部分：嵌入式软件架构与系统集成 本部分将电子硬件与软件算法相结合，构建健壮的嵌入式应用系统。 第七章：实时操作系统（RTOS）的深度剖析与选型 本章对比了不同RTOS（如FreeRTOS、Zephyr）的内核结构，重点讲解任务管理、调度算法（如抢占式、时间片轮转）和上下文切换的开销。关键内容包括： 同步与互斥机制： 深入讨论信号量、互斥锁（Mutex）的使用场景和潜在的死锁（Deadlock）避免策略。 消息传递机制： 队列（Queue）的设计与使用，以及如何利用消息机制实现高内聚、低耦合的软件模块间通信。 内存管理： 探讨RTOS中的堆（Heap）管理策略，例如内存池（Memory Pool）如何有效应对碎片化问题。 第八章：嵌入式固件的健壮性与调试技术 本章关注提升嵌入式代码质量和可靠性的工程实践。内容包括：代码静态分析工具的使用、断言（Assertion）在调试中的作用，以及如何设计崩溃恢复机制。我们将详细介绍使用JTAG/SWD调试接口进行硬件级调试的技巧，包括设置硬件断点、观察内存和寄存器状态，以及利用逻辑分析仪对时序关键点进行验证。此外，还包括固件空中升级（OTA）的基本安全考量和实现框架。 第九章：传感器数据融合与数字信号处理基础 本章将理论应用于实际的感知系统中。内容涵盖如何从噪声环境中准确采集模拟信号（ADC的采样率、量化误差分析）。重点讲解了数字滤波器的设计，包括FIR（有限脉冲响应）和IIR（无限脉冲响应）滤波器的理论基础、系数计算和在MCU上的定点/浮点实现优化。此外，本章还包含了卡尔曼滤波（Kalman Filter）在状态估计和传感器数据融合中的基础应用示例。 全书所有章节均配有详细的理论推导、代码示例和实验验证步骤，旨在培养读者从原理理解到工程实现的全栈能力。

作者简介

查尔斯‧普拉特 Charles Platt

　　《MAKE》杂志特约编辑和专栏作家，专攻电子学领域。他在着作《Make: Electronics图解电子实验专题制作》热销后，便开始写作《电子元件百科全书》，预计将出版三册，第一册已出版。

　　普拉特曾任《Wired》杂志资深作家，并曾出版多本电脑领域书籍。身为原型设计师，他曾设计出医疗用半自动快速冷却装置，以及供急救人员使用的空中布署设备，也曾独力制作出四套数学绘图软体。自从15岁用卡带录音机和军用品店的继电器做出一台电话答录机后，他就一直对电子学深深着迷。现在他居住在亚利桑那州的郊外，拥有自己的工作室来制造原型和《MAKE》杂志专题。

审订者简介

郑泗东

　　英国曼彻斯特大学电机工程学系博士，现任国立交通大学机械系教授。开授电工学、应用电子学及数位控制系统等课程。

译者简介

屠建明

　　全职译者，爱丁堡大学文学毕业生，也曾主修电机。对任何科技新知都有浓厚的兴趣。

曾吉弘

　　CAVEDU教育团队技术总监、《ROBOCON》国际中文版专栏作者。

江惟真

　　2010年开始兼职笔译生涯，专长领域是自然、科普与行销。
 

目录
致谢
前言
事前准备
1 实验一：黏唿唿的电阻
2 实验二：取得数据
3 实验三：化光为声
4 实验四：度量光线
5 实验五：呜叫声
6 实验六：轻松开，轻松关
7 实验七：光时性
8 实验八：声音的冒险
9 实验九：从毫伏特到伏特
10 实验十：化声为光
11 实验十一：关键的负性
12 实验十二：可用的放大器
13 实验十三：请轻声细语！
14 实验十四：抗议成功
15 实验十五：一切都好有逻辑
16 实验十六：更多超感官知觉
17 实验十七：我们来猜拳
18 实验十八：切换开关
19 实验十九：解码心电感应
20 实验二十：解码剪刀、石头、布
21 实验二十一：硬币游戏
22 实验二十二：声音的逻辑
23 实验二十三：谜题
24 实验二十四：加法
25 实验二十五：改良加法器
26 实验二十六：环形计数器
27 实验二十七：移位
28 实验二十八：易经算命器
29 实验二十九：常见的感测器
30 实验三十：隐藏式侦测器
31 实验三十一：光感测器
32 实验三十二：奥维德游戏加强版
33 实验三十三：读取旋转状态
34 实验三十四：检测环境
35 实验三十五：线性回馈移位暂存器
36 实验三十六：单人超常范例
37 就这样结束了吗？
附录A 参考书目
附录B 零件採购

实验一：黏唿唿的电阻

我认为电子学本来就应该包含一些有趣的元素，所以我们首先从一个简单又有趣的实验开始吧！

本实验会用到胶水和厚纸板。我知道通常电子相关的书籍不太会用到这些材料，但是我使用它们有两个目的；第一，这样能提醒我们电并不只侷限于电线和电路板上；第二，本实验有助于深入暸解一个重要且基本的元件──双极性电晶体。此外，本实验也会带你们开始暸解离子、电阻和电阻率。

如果你有读过《Make: Electronics 图解电子实验专题制作》一书，应该对电晶体已经有了基本认识。所以在稍做一些重点概述后，我就会直接往更进阶的部分迈进。

‧ 别忘了本书最后面列出了每一个实验会用到的元件，请见附录B。

以白胶为基底的放大器

图1-1展示了本实验的平面图。本实验不会用到面包板，而是用厚纸板做为电路的基座。首先，我们要把电容的针脚插入厚纸板。

2N2222 电晶体有两种版本；其中一种上方用小小的金属帽封装，另一种则是用一小块黑色塑胶。如果你使用的是金属的那种，那么以图的方向为准的话，金属帽旁边突起的小标签应该要在左边。如果使用的是塑胶版本（2N2222或PN2222），那么塑胶封壳上平坦的那一面应该要在右边。但如果你用的是比较特别的P2N2222版本（通常在你搜寻上述两种零件编号时也会出现），平坦的那面则应该要在左边。请用放大镜仔细确认所使用的零件型号，如果不清楚的话请见第21页的「符号」栏。请依指示连接元件：LED的长接脚在右边，短接脚则在左边；连接到LED长接脚的电阻值应为220Ω；别让连接电晶体接脚的鳄鱼夹互相接触到；再来，用白胶在纸板上挤出一条锯齿状的线，长度大约12”、宽度则不大于1/8”，最好能像图1-2一样让挤出的白胶从上到下慢慢变细，最后确认这条挤出的白胶中间没有间断。

为什么要用白胶呢？因为大多数人家里都有，而它刚好又有我想要的电气特性──白胶不是一个好的绝缘体，但也不是个好的导体。

评分☆☆☆☆☆

各位電子愛好者們，如果你們跟我一樣，曾經因為電子學的複雜而感到卻步，那麼這本《圖解電子實驗進階篇》絕對是你們尋找已久的救星！我本身並非電子科班出身，對電子學的了解僅止於表面，但自從我翻開這本書，我的電子世界瞬間變得清晰起來。它最讓我驚豔的地方在於，它能夠將看似艱澀的電子原理，透過精美的圖解和淺顯易懂的文字，轉化成我可以輕鬆理解的概念。書中的每一個實驗，都有著清晰的流程指導，每一個步驟都伴隨著詳細的圖示，讓我在操作時，能夠非常有信心，不再擔心接錯線路而導致失敗。而且，它所涵蓋的進階主題，從基礎的邏輯閘到稍微複雜的訊號處理，都循序漸進地引導讀者深入。這本書不僅僅是一本實驗手冊，更像是一位耐心的老師，一步步帶領我探索電子世界的奧秘。

评分☆☆☆☆☆

這是一本讓我對電子學習重新燃起熱情的寶藏！我之前在學校學電子學的時候，總覺得理論跟實務脫節，課本上的公式和圖表看得我頭昏腦脹，但實際動手做實驗時，卻常常不知道從何下手。這本《圖解電子實驗進階篇》就好像為我量身打造的一樣！它打破了傳統教材的刻板印象，用一種非常貼近生活、且容易理解的方式來介紹電子學。我尤其欣賞書中對於每一個實驗的「前言」和「實驗目標」的說明，能夠讓我事先了解這個實驗的目的和預期達成的效果，也更能激發我學習的動力。書中的插圖絕對是它的最大亮點，每一個元件都畫得非常細緻，接線的方式也一目了然，就算是初學者，也能夠照著圖一步步操作，大大降低了學習門檻。而且，它所介紹的實驗主題，像是感測器應用、微控制器基礎等等，都是現今非常熱門的領域，學會了這些，感覺離做出自己的小發明又近了一大步！

评分☆☆☆☆☆

我已經很久沒有對一本技術書籍如此感到熱血沸騰了！《圖解電子實驗進階篇》這本書，根本就是為我這種「動手做」派的電子迷量身打造的！我之前買過不少電子書，但大多不是理論寫得太枯燥，就是實驗步驟含糊不清，讓我常常畫虎不成反類犬。這本書完全不一樣！它的每一頁都充滿了「實作」的生命力。最讓我激賞的是，書中的圖解清晰到一個不行，每一個元件的擺放、每一條線路的連接，都畫得比我自己在腦中想像的還要清楚，簡直就是電子版的「操作說明書」。而且，它挑選的實驗主題都很有趣，像是控制LED的閃爍模式、設計一個簡易的音訊放大器，這些都是我可以實際應用，並且能看到成果的實驗。書中不僅告訴你怎麼做，還會讓你理解為什麼要這麼做，這種「知其然，更知其所以然」的學習方式，讓我對電子學的掌握更加深刻。我已經迫不及待要拿著這本書，衝去我的電子實驗室，開始我的進階探險了！

评分☆☆☆☆☆

我必須說，這本《圖解電子實驗進階篇》絕對是我近期閱讀過最有價值的電子技術書籍。我對電路的熱情始終沒有減退，但隨著科技的發展，越來越多的新技術和新應用讓我感到應接不暇。這本書的出現，正好填補了我對進階電子知識的渴望。它最大的優勢在於其「圖解」的特性，每一個電路圖都清晰標示，每一個元件的連接都一目了然，即使是較為複雜的電路，也能夠透過圖解輕鬆理解其工作原理。書中實驗的設計也相當有邏輯性，從基礎的元件應用，到逐步深入到更為複雜的系統整合，讓我在學習的過程中，能夠感受到知識的累積和能力的提升。我特別喜歡書中對於一些實驗的「除錯技巧」的說明，這對於實際操作來說，是至關重要的。它不僅教我如何搭建電路，更教我如何解決問題，這對我來說，意義非凡。

评分☆☆☆☆☆

天啊，我才剛拿到這本《圖解電子實驗進階篇》，實在是太令人驚喜了！我一直對電子學抱有濃厚的興趣，但之前接觸到的書籍大多是理論性太強，或是進度跳太快，常常讓我感到一頭霧水。這本書完全顛覆了我的想像！它用非常直觀、圖文並茂的方式，將複雜的電子元件和電路原理分解得清清楚楚。光是看到封面那些精美的插圖，就已經讓我躍躍欲試了。翻開書頁，裡面的每一個實驗步驟都搭配了清晰的線路圖和實物照片，讓我能夠準確地辨識每一個元件的接點，減少了很多試錯的時間。而且，它講解的實驗內容也相當實用，從基礎的類比訊號處理到更進階的數位邏輯應用，涵蓋的範圍很廣，讓我在學習的過程中，能夠一步一步地建立起扎實的知識基礎。我特別喜歡它在實驗說明中，不僅解釋了「怎麼做」，更詳細闡述了「為什麼這樣做」的原理。這對於我這種喜歡刨根究底的學習者來說，實在是太重要了！我迫不及待想跟著書中的步驟，動手完成第一個進階實驗了！