کتاب Applied Embedded Electronics

کتاب Applied Embedded Electronics: Design Essentials for Robust Systems (الکترونیک تعبیه‌شده کاربردی: ملزومات طراحی برای سیستم‌های قوی) مفاهیم مربوط به تعبیه شده و طراحی سخت‌افزارهای مربوط به آن را شرح خواهد داد.

در ادامه مقدمه‌ای از کتاب The Future of Sales را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.

مقدمه‌ای بر کتاب Applied Embedded Electronics:

چرا این کتاب را نوشتم؟

در حالی که بیشتر کتاب‌های درسی دانشگاهی نظریه‌ایده‌آل الکترونیک را پوشش می‌دهند، رویکرد در اینجا بر روش‌های طراحی متمرکز است که در محیط چالش برانگیز دستگاه‌های دنیای واقعی کار می‌کنند.

انگیزه موضوعات از تجربیات من در عیب‌یابی دستگاه‌های غیرقابل اعتماد و مشکل ساز برای بسیاری از مشتریان بود. این کتاب از بازنگری‌های من در مورد تجهیزات الکترونیکی ناقص و جلسات مربیگری من با طراحان در مورد مسائل مهمی که باید برای توسعه محصولات قابل اعتماد مورد توجه قرار گیرند، نشأت گرفت. بسیاری از اتفاقات از این دست من را برانگیخت تا مجموعه‌ای از مقالات مجلات تجاری را با موضوعات مرتبط منتشر کنم و نیاز به این کتاب آشکار شد.

بیشتر بخوانید: کتاب Arduino for Arduinians

کتاب Applied Embedded Electronics برای چه کسی است؟

این کتاب مرجعی برای مهندسان، دانشمندان و دیگر طراحانی است که می‌خواهند یک سیستم الکترونیکی ایجاد کنند. اصطلاح الکترونیک تعبیه شده کاربردی طیف وسیعی از دستگاه‌ها را شامل می‌شود که شامل کنترلر‌های تعبیه شده، تلفن‌های همراه، ابزار پزشکی، رایانه‌ها و تبلت‌ها، تمام لوازم الکترونیکی مصرفی، ربات‌های صنعتی، سیستم‌های اتوماسیون و تعداد بی‌شماری دیگر می‌شود. تمام دستگاه‌های الکترونیکی که از روش‌های کنترل دیجیتال استفاده می‌کنند نیز تحت این عنوان گسترده قرار می‌گیرند.

موضوعاتی که در اینجا به آن‌ها پرداخته می‌شود برای همه این دستگاه‌ها مشترک است. در اینجا تأکید بر طراحی سخت‌افزار – مدار‌ها و سیستم‌های واقعی – با نگاهی کوتاه به مسائل کدگذاری و نرم‌افزار است.

فرض بر این است که خواننده دارای پیشینه‌ای در مهندسی یا علوم و درک الکترونیک اساسی است.

بیشتر بخوانید: کتاب Programmable Logic Controllers

روش‌های طراحی در حال تکامل: رویکردی متفاوت

کتاب‌های الکترونیک معمولاً در سه گروه جای می‌گیرند. گروه اول شامل کتاب‌های درسی دانشگاهی است که دانشجویان مهندسی را با موضوعات خاصی آشنا می‌کند. این کتاب‌ها از رویکردی نظری استفاده می‌کنند و برای سادگی، بر موقعیت‌های‌ایده‌آلی که عاری از اثرات و مشکلات درجه دوم هستند، تمرکز می‌کنند.

گروه دوم شامل کتاب‌هایی است که الکترونیک را برای علاقمندان و آزمایش‌کنندگان غیرحرفه‌ای توضیح می‌دهد. اگرچه این کتاب‌ها طرفداران قابل‌توجهی دارند، اما در اصول اولیه بسیار جهانی هستند و بر روش‌هایی تمرکز می‌کنند که در محصولات تجاری استفاده نمی‌شوند.

گروه نهایی شامل کتاب‌هایی برای مهندسان شاغل است. این کتاب‌ها بدون پرداختن به مسائل پیرامونی مورد نیاز برای استفاده از آن فناوری در یک محصول کاربردی، به بررسی فنی عمیقی در جنبه خاصی از فناوری می‌پردازند.

این متن رویکرد متفاوتی دارد. فن‌آوری مدرن به دوران «سیستم روی تراشه» (SoC) تبدیل شده است، جایی که مقدار زیادی از «غواصی فنی عمیق» در یک مدار مجتمع ویژه برنامه (ASIC) ادغام شده است. در نتیجه، طراح آی سی به عمق فنی نیاز دارد، اما طراحان سیستم و برد مدار چاپی (PCB) به رویکرد متفاوتی نیاز دارند.

در اینجا تمرکز بر کنار هم قرار دادن سیستم است، توجه ویژه به موارد مهمی که سیستم را تحت هر شرایطی قابل اعتماد و عملکرد می‌کند. کتاب Applied Embedded Electronics این دیدگاه را دارد که الکترونیک مدرن تا جایی که ممکن است از روش‌های SoC استفاده می‌کند و سازندگان به «مضامین ضروری طراحی» نیاز دارند تا آن دستگاه‌ها را در یک سیستم بزرگ‌تر گرد هم آورند. برای انجام این کار، در اینجا تأکید بر توضیح مفاهیم مهمی است که در همه سیستم‌های الکترونیکی مشترک است و این مفاهیم با استفاده از گرافیک گسترده و معادلات حداقلی به تصویر کشیده می‌شود.

تکامل سیستم‌های الکترونیکی دو روند متمایز را به خود دیده است. اولاً، تا جایی که امکان داشته باشد، روش‌های آنالوگ به پردازش سیگنال دیجیتال و روش‌های کنترل دیجیتال تسلیم شده‌اند. در یک سیستم مدرن، اطلاعات آنالوگ دنیای واقعی در سریع‌ترین زمان ممکن به معادل‌های داده‌های دیجیتال تبدیل می‌شوند.

دوم، پیگیری سطوح بالاتر از یکپارچگی بی‌وقفه بوده است. از نظر تاریخی، چیزی که زمانی تعداد بی‌شماری از ترانزیستور‌ها و مدار‌های مجزا بود به اپ‌آمپ‌های مدولار، تقویت‌کننده‌های باند پهن، ADC، DAC و گیت‌های منطقی تبدیل شد. سپس آن سطح ماژولار به سطوح بالاتری از یکپارچگی با برنامه‌های خاص مورد هدف پیش رفت.

هر جا که حجم محصول مقرون به صرفه باشد، آی سی‌های اختصاصی برای پوشش کل سیستم‌ها در یک تراشه ایجاد می‌شوند. برای این محصولات تک تراشه، شما فقط یک منبع تغذیه و اتصالات خارجی اضافه کنید، و (در تئوری! ) باید آماده باشید.

سیستم‌های پیچیده‌تر از مجموعه‌ای از قسمت‌های جلویی آنالوگ مخصوص برنامه (AFE) استفاده می‌کنند که به دنیای خارج متصل می‌شوند و یک رابط داده برای یک کنترل‌کننده دیجیتال فراهم می‌کنند. در حالت‌ایده‌آل، طراحان به سادگی یک کنترلر دیجیتال مناسب را انتخاب می‌کنند و کدی را برای پردازش و کنترل جریان‌های داده می‌نویسند، و یک محصول دارند.

مشکلات این سیستم‌های مدرن معمولاً در زمینه‌هایی مانند سیگنال‌های خراب شده توسط نویز، قابلیت اطمینان لینک داده، پایداری سیستم قدرت، ظرفیت نامناسب باتری، EMI تابشی، خرابی مدار‌های درایور و سنسور، پیکربندی نادرست کنترل بازخورد، خرابی‌های تست نظارتی، و کد ضعیف نوشته شده است.. با روش‌هایی که در اینجا ارائه شده است، طراحان می‌توانند از این مسائل اجتناب کنند و محصولاتی قوی و قابل اعتماد بسازند.

با تکامل الکترونیک، مجموعه مهارت‌های طراح نیز تغییر کرده است. مدار‌های سطح ترانزیستور اکنون قلمرو طراحان آی سی هستند و طراحان سیستم‌های مدرن در کدنویسی و روش‌های دیجیتال مهارت بیشتری پیدا کرده‌اند.

کتاب Applied Embedded Electronics چگونه سازماندهی شده است؟

بسیاری از این موضوعات در هم تنیده شده‌اند و باید از دیدگاه‌های مختلف مورد بحث قرار گیرند. در این کتاب، هنگامی که من یک مرجع متقابل «بحث بیشتر در مورد» (FDI) ارائه می‌کنم (به عنوان مثال، «FDI: Essentials»، «FDI: Architecture»، «FDI: EMI & ESD»، «FDI: Power»، و غیره. ) به شما اطلاع می‌دهم که اطلاعات تکمیلی در جای دیگری از کتاب موجود است. همچنین، هر فصل شامل یک بخش \”مطالعه بیشتر\” برای کسانی است که به دنبال منابع اضافی هستند.

کتاب Applied Embedded Electronics موضوعات زیر را پوشش می‌دهد:

فصل ۱، «مفاهیم ضروری» (مفاهیم ضروری)

با شروع، این فصل مطمئن می‌شود که همه خوانندگان دانش پایه مشترکی از الکترونیک دنیای واقعی دارند. خوانندگان با ماهیت غیر‌ایده‌آل الکترونیک، چگونگی ساده‌سازی دانشگاهی می‌توانند گمراه کنند، چگونه امپدانس اتصالات بر عملکرد تأثیر می‌گذارد، مسائل کوپلینگ انگلی، زمین غیر‌ایده‌آل و جهش زمین، و اجزای غیر‌ایده‌آل و بسیاری از مسائل دیگر آشنا می‌شوند.

فصل ۲ کتاب Applied Embedded Electronics، «معماری سیستم» (معماری)

چگونه همه با هم جور در می‌آیند؟ از چه پردازنده‌ای باید استفاده کرد؟ هر سیستمی چیز‌هایی برای نظارت، چیز‌هایی برای کنترل و سیگنال‌هایی برای پردازش دارد. در این فصل از کتاب Applied Embedded Electronics، ملاحظات تصویر بزرگ، از جمله درک ویژگی‌های کنترل‌کننده دیجیتال، انتخاب روش‌های کنترل دیجیتال مناسب، و پارتیشن‌بندی یک سیستم، مورد بررسی قرار می‌گیرند. همچنین روش‌های پردازش سیگنال، استفاده از مجموعه‌های تراشه، و ایجاد یک معماری «بیشتر دیجیتال» مورد بحث قرار گرفته است.

فصل ۳ کتاب Applied Embedded Electronics، «ارتباطات دیجیتالی قوی» (دیجیتال)

جابجایی اطلاعات دیجیتال بین دستگاه‌ها بسته به نرخ داده، مسافت طی شده و محیط برنامه می‌تواند به استراتژی‌های مختلفی نیاز داشته باشد. هر دو رابط دیجیتال سیمی و بی‌سیم از نظر قابلیت‌ها و محدودیت‌ها بررسی می‌شوند.

فصل ۴ کتاب Applied Embedded Electronics، «سیستم‌های قدرت» (قدرت)

همه سیستم‌ها به توان مطمئن، ایمن و بهره وری انرژی نیاز دارند. موضوعات عبارتند از: ایمنی برق AC، ایمنی AC با حفاظت از زمین و دو عایق، روش‌های حفاظت از ضعیف‌ترین پیوند، مبدل‌های AC/DC، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خطی، رگولاتور‌های افت کم، رگولاتور‌های سوئیچ باک، تنظیم‌کننده‌های سوئیچینگ تقویتی، پیکربندی سیستم‌های قدرت چند تنظیم‌کننده، بای‌پس و روش‌های جداسازی، بهینه‌سازی نویز برای مبدل‌های قدرت، چالش‌های ویژه جریان‌های گذرا دیجیتال، تثبیت فرکانس بالا شبکه‌های برق، و توالی قدرت کنترل‌شده برای کل سیستم.

فصل ۵ کتاب Applied Embedded Electronics، «قدرت باتری» (باتری)

انرژی باتری برای دستگاه‌های مدرن، از جمله دستگاه‌های متصل به برق، که اغلب دارای باتری‌های داخلی برای حفظ سیستم‌های حیاتی در هنگام قطع برق هستند، ضروری است. انواع شیمی باتری، گزینه‌های قابل شارژ و یکبار مصرف، قابلیت فعلی، عمر باتری پیش‌بینی شده، محاسبه زمان و مشخصات تخلیه، و نحوه طراحی بسته باتری و سیستم شارژ در اینجا توضیح داده شده است.

فصل ۶ کتاب Applied Embedded Electronics، «تداخل الکترومغناطیسی و تخلیه الکترواستاتیک» (EMI و ESD)

اکثر سیستم‌های الکترونیکی نویز الکترونیکی ایجاد می‌کنند و انرژی نویز را ساطع می‌کنند. هر محصول تجاری باید محدودیت‌های قانونی تحمیل شده در مورد انرژی نویز تابشی را رعایت کند. تکنیک‌هایی برای بی‌صدا کردن سیستم و عدم تداخل با سایر دستگاه‌ها ارائه شده است. همچنین سیستم‌ها در معرض نویز الکترونیکی و رویداد‌های ESD قرار خواهند گرفت، بنابراین طراحی سیستمی برای ایمن بودن از نویز و زنده ماندن از ESD بدون آسیب نیز پوشش داده می‌شود.

فصل ۷ کتاب Applied Embedded Electronics، «مبدل‌های داده: ADC و DAC» (ADC و DAC)

پارامتر‌های عملکرد مهم برای مبدل‌های داده مورد بحث قرار می‌گیرد. محدودیت‌های PWM DAC‌های رایج مورد بررسی قرار می‌گیرند و تکنیک‌های مدار برای بهبود عملکرد ارائه می‌شوند.

فصل ۸ کتاب Applied Embedded Electronics، «رانندگی دستگاه‌های جانبی» (درایو)

روش‌های مورد استفاده برای راندن موتور‌ها، محرک‌ها، چراغ‌ها، نمایشگر‌های بصری، بلندگو‌ها و سایر دستگاه‌ها پوشش داده شده‌اند. استفاده از ترانزیستور‌های قدرت و انتخاب دستگاه‌های مناسب برنامه نیز مورد بحث قرار گرفته است.

فصل ۹، «حسگر دستگاه‌های جانبی» (Sense)

راه‌های اندازه‌گیری پارامتر‌هایی مانند دما، فشار هوا، نیرو، شتاب، سرعت، مکان و موارد دیگر مورد بررسی قرار می‌گیرد. اطلاعات حسگر به دلیل محیط برنامه ممکن است نویزدار یا ناسازگار باشد. روش‌های پردازش اطلاعات خام حسگر به‌گونه‌ای که هم قابل استفاده و هم قابل اعتماد برای یک کنترل‌کننده دیجیتال باشد، پوشش داده شده است.

فصل ۱۰ کتاب Applied Embedded Electronics، «کنترل بازخورد دیجیتال» (کنترل)

وسایل جانبی رانندگی و سنجش را می‌توان به عنوان بخشی از یک حلقه کنترل بازخورد استفاده کرد. روش‌های کلاسیک سیستم کنترل آنالوگ تا حد زیادی منسوخ شده‌اند و اکثر دستگاه‌های مدرن از روش‌های دیجیتال استفاده می‌کنند. روش‌های رایج در صنعت کنترل دیجیتال PID و مدیریت مسیر بررسی می‌شوند.

فصل ۱۱ کتاب Applied Embedded Electronics، «شماتیک به PCB» (PCB)

اجرای یک طراحی PCB به یک استراتژی زمین و صفحه قدرت مناسب، یکپارچگی سیگنال و جداسازی نویز خوب و یک استراتژی داخلی برای آزمایش نیاز دارد. سازماندهی شماتیک، انتخاب جزء، ایجاد ردپای، نصب مکانیکی، لایه‌های PCB، قوانین طراحی فیزیکی، استراتژی قرار دادن، RLC اتصال، از طریق اتصال بین لایه‌ها، خطوط انتقال، یادداشتهای ساخت و فایل‌های ساخت، همگی مورد بحث قرار می‌گیرند.

فصل ۱۲ کتاب Applied Embedded Electronics، «نرم‌افزار و کدگذاری» (کد)

مباحث سیستم عامل بلادرنگ، پیکربندی پورت و پردازنده، توسعه درایور‌های دستگاه، کد برای ارتباطات جانبی، روش‌های کدگذاری دفاعی، تکنیک‌های بازیابی خود از خطا‌ها، تایمر‌های نگهبان و کدگذاری چند کنترلر پوشش داده شده است.

فصل ۱۳ کتاب Applied Embedded Electronics، «سیستم‌ها و برنامه‌های ویژه» (ویژه)

همه سیستم‌های الکترونیکی با روش‌ها و اولویت‌های یکسان طراحی نشده‌اند. محدودیت‌های قانونی و انطباق، طراحی را در بسیاری از بخش‌ها هدایت می‌کند. الزامات ویژه در اتوماسیون اویونیک، آستریونیک، نظامی، پزشکی، خودرو، مصرف‌کننده و اتوماسیون صنعتی بررسی شده است.

فصل ۱۴، «ایجاد محصولات عالی» (محصولات عالی)

با راه‌حل‌های چالش‌های فنی که در فصل‌های قبل بررسی شد، در این فصل از کتاب Applied Embedded Electronics، نمونه‌ای مختصر از مسائل غیرفنی ارائه می‌شود، از جمله بازاریابی و تقاضای محصول، درک بازار هدف، محصولاتی که مشکل مشتری را حل می‌کنند، قیمت‌گذاری مناسب محصول، بازار‌های محدود شده توسط پنجره‌های زمانی، سهولت استفاده از محصول، ملاحظات تیم طراحی، حداقل طراحی برای جلوگیری از خزش ویژگی، سهولت ساخت و دریافت بازخورد مشتری.

همه این موضوعات برای یک سیستم الکترونیکی موفق، قوی و قابل اعتماد ضروری هستند. یک طراح می‌تواند مجموعه‌ای از تجهیزات جانبی را به یک کنترل‌کننده دیجیتال متصل کند، اما اگر طراح مسائل مهمی را که در اینجا بررسی می‌شود، بررسی نکند، سیستم به‌طور قابل اعتمادی کار نخواهد کرد. اغلب، طراحان این را به سختی یاد می‌گیرند: وقتی یک طراحی جدید غیر کاربردی است، خرابی‌ها در میدان ظاهر می‌شوند یا عرضه محصول به دلیل شکست‌های تست نظارتی به تعویق می‌افتد.

بحث‌های مربوط به فناوری الکترونیک از تعداد زیادی نام اختصاری استفاده می‌کند و این کتاب نیز از این قاعده مستثنی نیست. بیشتر کلمات اختصاری در اینجا رایج هستند و نیازی به تعریف برای بسیاری از خوانندگان ندارند. هنگامی که به عنوان یک کتاب مرجع برای پاسخ در مورد موضوعات خاص استفاده می‌شود، ممکن است کتاب از جلو به عقب خوانده نشود. بنابراین، کلمات اختصاری برای ارجاع راحت در یک واژه نامه گنجانده شده است.

بیا شروع کنیم!

سرفصل‌های کتاب Applied Embedded Electronics:

• Preface
• 1. Essential Concepts
• 2. Architecting the System
• 3. Robust Digital Communication
• 4. Power Systems
• 5. Battery Power
• 6. Electromagnetic Interference and Electrostatic Discharge
• 7. Data Converters: ADCs and DACs
• 8. Driving Peripheral Devices
• 9. Sensing Peripheral Devices
• 10. Digital Feedback Control
• 11. Schematic to PCB
• 12. Software and Coding
• 13. Special Systems and Applications
• 14. Creating Great Products
• Glossary of Acronyms
• Index
• About the Author

جهت دانلود کتاب Applied Embedded Electronics می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.