由淺入深：樂高 NXT 機器人與生醫應用實作 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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圖書標籤:

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　　《由淺入深：樂高 NXT 機器人與生醫應用實作》是一門適閤工程領域新進入門與進修的課程書，同時綜閤LEGO NXT機器人、係統設計實作、生醫實務應用的全麵性教學，透過可創造力強的積木，學習工程領域中的「係統開發」精神與生醫應用的觀念。目前坊間LEGO NXT結閤生醫應用的書偏少，然而，生醫工程與生醫産業已為新産業，發展生醫跨領域人纔需求持續增加，且係統開發與實務應用的培訓需求持續攀升，但生醫知識與技術應用對剛入門的學子而言，卻感覺是一個不得要領的學門。況且，在係統開發過程，需結閤電腦語言、硬體架構設計、軟硬體整閤的理解與實作，方能達到學習效益，而毫無頭緒的負麵情緒與無力感，會使「做中學」難以得到相應的成效。
 
　　我們決定解決此問題！藉由大傢耳熟能詳的LEGO積木、結閤先前的寶貴經驗：LabVIEW 程式設計係列叢書撰寫經驗、生醫領域研究經曆、資訊領域專業知識、係統開發與整閤技術，進行匯整，編輯一本包含由淺入深之LEGO NXT機器人教學、程式語言撰寫、係統設計、生醫感測原理、臨床意義、實作教學、應用實例，且以站在學子的立場進行撰寫。如此，此書可視為一本簡而實用的入門教科書，讓入門的學子在過程中激發興趣與創造力，並兼顧固本精進的學習方式。編輯安排上，灌輸係統開發的循序漸進概念兼顧實際應用為核心。

　　簡而言之，期待學子閱讀完此書後，能感受到獨立完成係統開發也不是遙不可及的，甚至擁有更多開發的想法，讓我們一同踏入工程領域吧！
 
本書特色

　　1. 以LEGO積木為主體來學習係統開發及生醫領域實作。

　　2. 從「LEGO&NXT」、「NXT基礎應用」、「NXT進階應用」、「設計應用與程式撰寫」為基礎，進一步介紹「LabVIEW與NXT」，是一本由基礎至實務應用的教學書。

　　3. 以圖形化程式設計介麵LEGO Mindstorms NXT為實作平颱，可透過概念性圖形化介麵進行程式撰寫，將係統付諸實現。

　　4. 以生醫實務應用為主軸，可藉此切入生醫領域發展與方嚮。

深入淺齣：從零構建高性能嵌入式係統設計與實踐 本書導覽： 在快速迭代的現代科技浪潮中，嵌入式係統已成為驅動物聯網、工業自動化、醫療設備乃至消費電子産品的核心動力。本書並非聚焦於樂高或特定的機器人平颱，而是旨在為讀者提供一套全麵、係統且高度實用的嵌入式係統設計與開發方法論。我們專注於從最底層的硬件接口理解，到復雜實時操作係統的應用，再到係統級的優化與調試，緻力於培養讀者構建高性能、低功耗、高可靠性嵌入式解決方案的綜閤能力。 第一部分：嵌入式係統基石與微控製器原理 本部分將打下堅實的理論基礎，深入剖析現代嵌入式係統的核心組成部分。我們將從晶體管的開關原理入手，逐步過渡到微控製器的內部架構。 1.1 微控製器架構深度解析： 我們將詳細介紹主流微控製器係列（如ARM Cortex-M係列）的流水綫設計、寄存器組、特權級彆（Privilege Levels）與中斷嚮量錶。重點闡述如何通過理解內存映射I/O（MMIO）機製，實現對片上資源（如定時器、ADC、GPIO）的精確控製。 1.2 基礎外設交互技術： 我們不依賴於任何特定的圖形化編程環境，而是直接麵對硬件寄存器或抽象層次最低的HAL（硬件抽象層）進行編程。內容涵蓋： 通用異步收發器（UART）： 深入探討波特率計算、奇偶校驗以及異步通信的誤差處理機製。 定時器/計數器（Timers/Counters）： 講解如何配置PWM（脈衝寬度調製）用於電機驅動或信號生成，並實現精確的延遲和捕獲功能。 模數轉換器（ADC）： 詳細分析采樣定理在嵌入式采集中的應用，包括過采樣（Oversampling）技術以提高信噪比（SNR），以及多通道掃描模式的實現。 1.3 總綫通信協議的實戰： 本書對片上總綫和片外通信協議的講解，側重於協議的幀結構、時序要求及錯誤檢測機製。 I²C與SPI深度對比： 不僅停留在讀寫數據，更深入探討I²C的多主模式衝突解決、仲裁機製，以及SPI的四綫/三綫模式選擇對係統性能的影響。 CAN（Controller Area Network）協議精要： 尤其側重於其在分布式控製係統中的應用，分析仲裁機製如何保證數據傳輸的實時性和優先級。 第二部分：高級內存管理與實時操作係統（RTOS） 現代嵌入式應用往往需要處理復雜任務調度和有限資源管理。本部分聚焦於如何高效地駕馭操作係統。 2.1 內存管理進階： 我們將探討靜態內存分配、動態內存池（Memory Pooling）的設計，以及避免內存碎片化的策略。對於使用MMU/MPU的係統，將詳細講解虛擬地址到物理地址的映射過程，及其在保護模式下對係統安全性的意義。 2.2 實時操作係統核心機製： 本書將以一個簡化的、麵嚮過程的RTOS內核為藍本進行剖析，而非直接使用某個特定廠商的內核。核心內容包括： 任務調度算法： 詳述固定優先級搶占式調度、輪轉調度（Round-Robin）的工作原理，並分析優先級反轉（Priority Inversion）問題及解決之道（如使用優先級繼承或優先級天花闆協議）。 任務間同步與通信： 深入講解信號量（Semaphores）、互斥鎖（Mutexes）的設計缺陷（如死鎖），以及消息隊列（Message Queues）在數據流管理中的優勢。我們將親手實現一個無鎖（Lock-Free）的隊列結構作為對比。 2.3 嵌入式驅動程序開發範例： 我們將實踐開發一個復雜外設（例如，一個高速SD卡接口或一個網絡控製器）的驅動程序。重點在於中斷服務程序（ISR）的編寫規範、上下文切換的最小化處理，以及如何安全地從中斷服務例程嚮任務層傳遞數據。 第三部分：性能優化、調試與係統集成 構建功能正確的係統隻是第一步，實現穩定、高效的係統纔是工程的精髓。 3.1 嵌入式係統調試藝術： 本書強調使用專業的硬件調試工具。我們將詳細講解JTAG/SWD接口的工作原理，如何設置硬件斷點、觀察點，以及利用示波器和邏輯分析儀進行時序分析，定位復雜的硬件-軟件交互問題。 3.2 功耗與資源優化： 在資源受限的環境下，優化至關重要。內容包括： 時鍾門控與低功耗模式： 針對不同工作狀態（運行、睡眠、深度休眠），閤理配置係統的時鍾樹，並管理外設的電源域。 代碼體積優化： 分析編譯器優化選項（如 `-Os`, `-Ofast`）對執行效率和代碼大小的影響，以及如何重構算法以減少RAM和Flash占用。 3.3 嵌入式係統測試與驗證： 我們將介紹單元測試（Unit Testing）在嵌入式環境中的實踐方法，特彆是針對硬件抽象層（HAL）代碼的模擬（Mocking）技術。同時，探討如何設計壓力測試（Stress Testing）來驗證係統在極端負載下的穩定性和魯棒性。 麵嚮讀者： 本書麵嚮具有C/C++編程基礎，希望從應用層快速深入到硬件控製層、理解操作係統內核工作機製的電子工程師、軟件開發者以及高級技術愛好者。它提供的是一種自下而上、注重原理和實踐相結閤的嵌入式係統構建哲學。

作者簡介

林沛辰

　　交通大學生醫工程研究所碩士。修習過完整的LabVIEW 課程，並取得NI CLD認證；曾利用LabVIEW參與生醫係統開發競賽屢獲佳績。緻力於臨床生醫訊號分析研究，期能開發高階的醫療監測係統。
 
許恭誠

　　畢業於交通大學應用數學係，自高中接觸樂高NXT産品（含EV3）。在NXT機器人組裝、程式的編輯與執行上均有實作經驗，並參加過兩次校內比賽。大學時結閤較深入之程式設計，以數學邏輯的方式解讀 NXT 程式碼的編寫，並結閤LabVIEW與C++在NXT 上的進階應用。
 
張傢齊

　　交通大學資訊科學與工程研究所博士。曾赴陽明大學接受醫學係的全程課程訓練，目前擔任交通大學生醫電子轉譯研究中心助理研究員及生醫工程研究所／電子工程學係及電子研究所兼任助理教授，開設醫電係統雛型設計、生醫電子係統導論、醫用軟體生命週期與研發專案等課程。
 
蕭子健

　　交通大學資訊工程學係、生醫工程研究所副教授。LabVIEW課程傳授高達1000小時，曾齣版18本 LabVIEW 書籍，迄今全國碩博士論文被引用次數達700次。張傢齊博士與蕭子健博士均為全颱前10位取得 NI CLD 認證，且緻力於臨床研究、生醫訊號分析、生醫訊號係統整閤與雛型研發實作，所帶領的實驗室以資訊為基礎驅動跨領域學術與生醫産業的發展，以實際應用為核心、提高人類福祉為最終目的。

序
前言

Ch1 LEGO&NXT           
1-1 LEGO積木       
1-2 LEGO Mindstorms NXT主機  
1-3觸碰感應器
1-4音源感應器      
1-5光源感應器      
1-6色彩感應器      
1-7超音波感應器   
1-8角度感應器      
               
Ch2 NXT基礎應用        
2-1圖形化程式編輯軟體－LEGO MINDSTORMS NXT       
2-2基礎操作  
2-3運動模組  
2-4聲音與顯示模組       
2-5等待模組  
2-6迴圈模組  
2-7判斷模組  
2-8紀錄／學習模組       
               
Ch3 NXT進階應用        
3-1一般模組  
3-2動作模組  
3-3感應器模組      
3-4 流程模組
3-5資料模組  
3-6進階模組
               
Ch4 設計應用與程式撰寫             
4-1生物醫學與NXT（一）
4-1 生物醫學與NXT（二）
4-3循跡車      
4-4 alpha rex機器人
    
Ch5 LabVIEW 與NXT
5-1 LabVIEW環境介紹 
5-2 LabVIEW基本指令 
5-3 LabVIEW的「NXT」指令集
5-4 NXT與C語言

附錄 LEGO MINDSTORMS NXT 圖示對照錶

评分☆☆☆☆☆

讀到這本書名，我立刻就被吸引住瞭。颱灣現在社會氛圍很注重創新和科技發展，尤其是和我們生活息息相關的健康領域。這本書「由淺入深：樂高 NXT 機器人與生醫應用實作」，光聽起來就感覺很有料，也很貼近當下的趨勢。我一直覺得，樂高不隻是給小孩子玩的玩具，它其實是個很棒的STEAM教育工具，可以培養創造力和解決問題的能力。而機器人技術，加上生醫應用，這簡直是把科技的未來感和對人類健康的關懷結閤在一起瞭。我非常期待看到書裏是如何將這兩者串聯起來的。會不會有一些關於如何用 NXT 機器人來搭建一些簡單的生物感測裝置的範例？或者，是如何透過程式去模擬一些生理反應？「由淺入深」這個說法，對於像我這樣對技術有興趣，但又希望有個循序漸進的學習過程的人來說，簡直是定心丸。我希望這本書能夠提供清晰的步驟和具體的範例，讓我們能夠真正地動手實踐，理解這些先進的技術是如何服務於我們健康的。總覺得，這本書可能會開啓很多人的創新思維，甚至孕育齣一些非常有價值的生醫科技解決方案。

评分☆☆☆☆☆

話說，颱灣近幾年大傢對於生活品質和健康議題的關注度越來越高，而生醫科技絕對是其中最核心的驅動力之一。這本書的書名，剛好精準地抓住瞭這個脈動。「樂高 NXT 機器人與生醫應用實作」，光聽就覺得很有啓發性。過去我們可能覺得樂高就是玩具，但現在它變成瞭學習和創新的載體，這本身就是一種很棒的教育理念的體現。我特彆想知道，書中關於「生醫應用」的部分，會涵蓋哪些具體的內容？是單純的生物感測，還是會涉及到更復雜的生理模擬？比如說，會不會有一些關於如何利用機器人來模擬器官運作的範例？或者，是教導如何用它來輔助一些基礎的醫學檢測？「由淺入深」這幾個字，給我很大的信心，因為我不是技術專傢，但對新知保持開放的態度。我期待的是，這本書能提供清晰的指導，從零開始，一步步帶領讀者進入這個結閤瞭機械、程式設計與生物醫學的迷人世界。我甚至覺得，這本書的齣現，或許能為颱灣的 STEM 教育帶來新的可能性，讓更多年輕學子對生醫領域産生濃厚的興趣。

评分☆☆☆☆☆

哇，這本書光看書名就讓人眼睛一亮！「由淺入深：樂高 NXT 機器人與生醫應用實作」，這名字聽起來就好有份量，又帶著點科技感跟人情味。颱灣這邊，大傢對樂高都不陌生，從小玩到大，那種拼湊齣新事物的樂趣，簡直是童年迴憶殺。而且現在機器人技術這麼夯，加上生醫應用，這絕對是跨足科技前沿的議題。我尤其好奇， NXT 機器人這個平颱，他們是怎麼跟生醫結閤的？是不是能做齣一些實際監測人體健康，或者輔助醫療的裝置？比如，會不會有那種用樂高機器人模擬心髒跳動，或者分析血液成分的教程式的範例？光是想像就覺得超酷！感覺這本書不隻適閤對機器人有興趣的同學，對於醫學院、生醫工程係的學生，甚至是對科技改造生活充滿好奇心的社會人士，都能從中找到靈感。而且「由淺入深」這四個字，讓我覺得就算我不是什麼硬核的程式高手，也能慢慢摸索，不會一開始就覺得太艱澀。我期待看到書中能夠把復雜的生醫概念，用樂高這個大傢熟悉的工具，以一種更直觀、更有趣的方式呈現齣來。說不定，這本書能激發下一位偉大的生醫科技創新者，就藏在某個認真啃這本書的讀者心中！

评分☆☆☆☆☆

最近在思考，怎麼讓學習過程變得更有趣、更具實踐性，尤其是在一些相對抽象的科學領域。這本書的名字，就給瞭我一個很棒的答案。「由淺入深：樂高 NXT 機器人與生醫應用實作」，這組閤簡直是為我的想法量身定做。樂高 NXT 機器人，對於我們這些從小就迷戀拼搭玩具的人來說，自帶一種親切感和熟悉感。而「生醫應用」這個詞，則瞬間提升瞭它的價值感和前瞻性。我猜想，這本書應該會提供一套完整的學習路徑，從最基礎的樂高機器人搭建和程式控製開始，逐步深入到如何將這些技術應用於生醫領域。我尤其好奇，書中會不會介紹一些實際可行的項目，比如用機器人來製作一個模擬的 DNA 複製模型，或者搭建一個能夠監測環境參數進而影響生物樣本的係統？「實作」這兩個字，對我來說是最有吸引力的，因為理論知識固然重要，但親自動手去驗證、去創造，纔能真正地理解和掌握。這本書，感覺就像是一個通往科技前沿的橋梁，讓原本看似遙不可及的生醫科技，因為有瞭樂高這個載體，變得觸手可及，充滿樂趣。

评分☆☆☆☆☆

我看到這本書的書名，腦海裏立刻浮現齣小時候玩樂高積木的畫麵，那種小小的塑料零件，經過巧手就能組閤成各種奇妙的造型，完全是童年最純粹的快樂。現在聽說樂高 NXT 機器人還能跟生醫結閤，我真的覺得科技發展太快瞭，也太有意思瞭！生醫應用這塊，總給人一種很專業、很高端的感覺，很多時候覺得離我們一般人有點距離。但如果能透過樂高機器人來學習和實踐，把那些復雜的生醫原理變得更容易理解，那絕對是一大福音。我很好奇，書裏麵會不會有一些實際的案例，比如如何用樂高機器人搭建一個簡單的模型，來模擬人體的某項功能？或者，會不會教導讀者如何透過程式控製機器人，去完成一些簡單的生醫數據採集或分析的任務？對我來說，最吸引人的地方在於「實作」，這意味著這本書不隻是紙上談兵，而是真的有動手做的機會。我本身不是科技背景齣身，但對新事物總是充滿好奇，如果這本書真的能做到「由淺入深」，那我會很樂意嘗試。說不定，透過這本書，我能開啓一個全新的興趣領域，甚至發現自己對生醫科技的潛能！