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李海森，李思纯，周天 著

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• DSP
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• 教程
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• 97873021

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302197539

商品编码：29400784881

包装：平装

出版时间：2009-05-01

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基本信息

书名：高速DSP原理、应用与实验教程(高等院校电子信息与电气学科特色教材)

定价：32.00元

作者：李海森,李思纯,周天

出版社：清华大学出版社

出版日期：2009-05-01

ISBN：9787302197539

字数：501000

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.522kg

编辑推荐

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内容提要

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美国德州仪器（TI）公司的数字信号处理器（DSP）自从20世纪80年代初问世以来，以其独特的体系结构、灵活的资源配置方式、快速实现各种数字信号处理和精密控制算法的突出优点成为全球市场占有率高的主流产品。本书以TI公司三个主推DSP系列产品之一的C2XXX定点芯片为核心，系统地论述其结构组成原理、工程应用和验证实验，并配合的思考与练习题。
　　本书适合于从事TIDSP研究和开发的电气工程和电子信息类学科等的高年级本科生或研究生，以及业界的工师和其他专业相关人员参考。

目录

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原理篇
　章 绪论
　　1.1 数字信号处理系统概述
　　1.2 数字信号处理实现技术途径
　　　1.2.1 什么是DSP
　　　1.2.2 数字信号处理的实现方法
　　1.3 DSP芯片的发展现状与趋势
　　　1.3.1 什么是DSP芯片
　　　1.3.2 DSP、DSP芯片与DSPS
　　　1.3.3 DSP芯片的产生与主要生产厂商
　　　1.3.4 DSP芯片的发展趋势
　　1.4 DSP芯片的分类
　　1.5 DSP芯片的应用
　　1.6 TMS320C2XXDSP的主要特点
　　　1.6.1 TMS320系列
　　　1.6.2 TMS320C2XX的主要特点
　　本章思考题
　第2章 C2XX硬件组成与体系结构
　　2.1 概述
　　2.2 C2XX的硬件组成
　　　2.2.1 中央处理单元（CPU）
　　　2.2.2 存储器和I／O空间
　　　2.2.3 片内外围
　　2.3 C2XX的总线结构
　　2.4 引脚和信号说明
　　　2.4.1 逻辑扫描电路
　　　2.4.2 C203和F206芯片的封装
　　　2.4.3 C203和F206信号描述
　　本章思考题
　第3章 C2XX中央处理单元与程序控制
　　3.1 概述
　　3.2 输入定标部分
　　3.3 乘法部分
　　　3.3.1 乘法器
　　　3.3.2 乘积定标移位器
　　3.4 中央算术逻辑部分
　　　3.4.1 中央算术逻辑单元（CALU）
　　　3.4.2 累加器
　　　3.4.3 输出数据定标移位器
　　3.5 辅助寄存器与状态寄存器
　　　3.5.1 ARAU和辅助寄存器功能　　
　　　3.5.2 状态寄存器ST。和ST1
　　3.6 程序地址生成与流水线
　　　3.6.1 程序计数器（PC）
　　　3.6.2 堆栈（STACK）
　　　3.6.3 微堆栈（MSTACK）
　　　3.6.4 流水线操作
　　3.7 转移、调用和返回
　　　3.7.1 无条件转移、调用及返回
　　　3.7.2 有条件转移、调用和返回
　　3.8 重复指令
　　3.9 中断与中断管理
　　　3.9.1 中断操作的三个阶段
　　　3.9.2 中断表
　　　3.9.3 可屏蔽中断
　　　3.9.4 中断标志寄存器（IFR）
　　　3.9.5 中断屏蔽寄存器（IMR）
　　　3.9.6 中断控制寄存器（ICR）
　　　3.9.7 非屏蔽中断
　　　3.9.8 中断服务程序（ISR）
　　　3.9.9 中断等待时间
　　3.10 复位操作
　　3.11 节能方式
　　本章思考题
　第4章 C2XX存储空间与I／O空间
　　4.1 概述
　　4.2 存储器和I／O空间概况
　　4.3 程序存储器
　　4.4 数据存储器
　……
　第5章 C2XX片内外设接口
　第6章 C2XX寻址试试和指令系统
应用篇
第7章 系统硬件应用
第8章 系统软件应用
第9章 定点DSP数据格式及定标技术
0章 C2XX DSP开发工具与实验平台
1章 DSP专门实验
附录 习题参考答案
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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高速数字信号处理（DSP）原理、应用与实验教程：深度解析与实践指南 引言 数字信号处理（DSP）作为现代电子信息科学的核心基石，其发展速度和应用广度正以前所未有的态势拓展。尤其是在通信、雷达、医疗成像、消费电子等领域，对信号处理的速度和效率提出了更高的要求。高速DSP技术应运而生，成为突破传统信号处理瓶颈的关键。本教程旨在为高等院校电子信息与电气工程专业的学生及相关领域的科研和工程技术人员，提供一套全面、深入且极具实践价值的高速DSP理论知识与实验操作指南。我们将从DSP的基础理论出发，逐步深入到高速DSP的核心技术，并结合丰富的实际应用案例和详细的实验步骤，帮助读者掌握高速DSP的设计、实现与优化方法，从而在快速发展的技术浪潮中立于不败之地。 第一部分：DSP基础理论回顾与升华 在深入探讨高速DSP之前，对数字信号处理的基础概念进行系统回顾是必不可少的。本部分将从以下几个方面展开： 信号的离散化与量化： 详细阐述模拟信号如何通过采样和量化转换为数字信号，包括采样定理（Nyquist-Shannon采样定理）的原理、过采样与欠采样技术，以及量化误差的产生与抑制。我们将讨论不同量化方式（如均匀量化、非均匀量化）的优缺点，为后续理解高速DSP中的精度问题奠定基础。 数字信号的表示与变换： 深入解析数字信号的时域、频域表示，重点介绍傅里叶变换（DFT）、离散傅里叶变换（FFT）的原理、性质及其在信号分析中的重要作用。我们将对比不同DFT算法的计算复杂度，并为引出高速DSP的FFT优化算法埋下伏笔。此外，还将介绍Z变换及其逆变换，用于分析离散时间系统的稳定性与频率响应。 数字滤波器设计： 系统梳理IIR（无限冲激响应）和FIR（有限冲激响应）滤波器设计理论。详细讲解Butterworth、Chebyshev、Elliptic等经典IIR滤波器设计方法，以及窗函数法、频率采样法、最优逼近法等FIR滤波器设计技术。我们将讨论滤波器设计的性能指标（如通带纹波、阻带衰减、过渡带宽度）之间的权衡，并初步探讨滤波器系数的计算与优化。 线性时不变（LTI）系统分析： 深入讲解LTI系统的卷积、系统函数、频率响应等概念。通过分析系统的阶跃响应、冲激响应，理解系统对信号的滤波作用。我们将讨论系统的稳定性和因果性条件，为理解DSP算法的实际实现提供理论支撑。 第二部分：高速DSP的核心技术解析 本部分将聚焦于高速DSP的关键技术，探讨如何通过算法优化、硬件加速等手段提升信号处理的速度和效率。 高效FFT算法： 鉴于FFT在信号处理中的核心地位，本节将详细讲解各种高效FFT算法，包括Cooley-Tukey算法（按时间抽选、按频率抽选）、蝶形运算的原理与实现，以及混合基FFT、并行FFT等优化技术。我们将分析不同FFT算法的计算量和存储需求，并提供实际的算法实现技巧，以应对大数据量的实时处理需求。 多率信号处理（Multirate Signal Processing）： 介绍上采样（插值）和下采样（抽取）的技术，以及它们在改变信号采样率方面的应用。深入讲解多率信号处理的滤波器组（Filter Banks）理论，包括QMF（正交镜像滤波器）、PQMF（完美重构滤波器组）等。我们将分析多率信号处理在数据压缩、高效滤波和通信系统中的应用，以及相关的计算效率提升方法。 自适应信号处理： 探讨能够根据输入信号的变化自动调整其性能的自适应信号处理技术。详细介绍LMS（最小均方）算法、RLS（递归最小二乘）算法等，分析它们的收敛速度、计算复杂度以及在噪声消除、信号均衡、信道估计等领域的应用。我们将讨论自适应滤波器的结构和参数选择，以及提高其鲁棒性的方法。 分布式信号处理： 随着传感器网络和分布式计算的兴起，分布式信号处理技术变得越来越重要。本节将介绍分布式信号处理的基本概念，包括分布式状态估计、分布式滤波等。我们将探讨如何利用网络中的多个节点协同处理信号，以应对单点处理的局限性，并实现更高的处理能力和容错性。 第三部分：高速DSP的体系结构与硬件实现 高速DSP的性能提升离不开高效的硬件平台和优化的体系结构。本部分将深入探讨相关的硬件实现细节。 DSP处理器架构： 详细介绍主流DSP处理器的架构特点，包括哈佛架构、VLIW（超长指令字）架构、SIMD（单指令多数据流）指令集等。分析DSP处理器在乘累加（MAC）单元、流水线、缓存等方面的设计如何实现高速运算。我们将对比不同DSP厂商（如Texas Instruments, Analog Devices, NXP）的产品特点，帮助读者理解不同平台的优势与劣势。 FPGA在高速DSP中的应用： 探讨现场可编程门阵列（FPGA）在高速DSP中的独特优势。详细讲解如何利用FPGA的并行处理能力和灵活的硬件逻辑实现高性能的DSP算法。我们将介绍HDL（硬件描述语言）在FPGA设计中的应用，并讨论Verilog/VHDL语法，以及如何将DSP算法映射到FPGA硬件。 专用集成电路（ASIC）设计： 介绍ASIC在特定高速DSP应用中的优势，包括最高性能、最低功耗和最小尺寸。我们将简要介绍ASIC的设计流程，包括逻辑综合、布局布线、物理验证等。虽然ASIC设计周期长、成本高，但对于量产且性能要求极致的应用，ASIC是理想的选择。 高性能计算与并行处理： 探讨利用GPU（图形处理器）、多核CPU等通用高性能计算平台加速DSP算法。介绍CUDA、OpenCL等并行计算框架，以及如何将DSP算法移植到这些平台上实现加速。我们将分析不同硬件平台的并行计算能力和适用场景。 第四部分：高速DSP的典型应用与实践 理论知识的掌握需要通过实际应用来检验和巩固。本部分将选取几个典型的、具有代表性的高速DSP应用领域，进行深入剖析，并结合实验提供实践指导。 通信系统中的高速DSP： OFDM（正交频分复用）技术： 详细讲解OFDM的原理，包括IFFT/FFT在OFDM调制/解调中的作用，以及循环前缀（CP）的应用。我们将分析OFDM在4G/5G通信、Wi-Fi等领域的重要性，并探讨其高速处理的挑战。 信道编码与解码： 介绍Turbo码、LDPC码等现代高效信道编码技术，分析其在通信系统中的纠错能力。我们将探讨这些编码算法的迭代译码过程，以及在高速DSP处理器上的实现复杂度。 软件定义无线电（SDR）： 讲解SDR的概念，以及如何利用高速DSP和FPGA实现灵活、可重构的无线通信系统。我们将分析SDR在通信协议更新、多模支持等方面的优势。 雷达与声纳信号处理： 脉冲压缩： 介绍脉冲压缩的原理，以及如何利用匹配滤波实现距离分辨率的提升。我们将探讨在高速DSP平台上实现大带宽信号的匹配滤波。 多普勒处理： 讲解多普勒效应及其在目标速度测量中的应用。我们将分析FFT在多普勒频谱分析中的作用，以及如何实现动目标显示（MTI）和脉冲多普勒（PD）雷达。 波束形成： 介绍波束形成技术在雷达和声纳中的应用，包括数字波束形成（DBF）的原理。我们将分析如何利用DSP对阵列信号进行加权和求和，以实现方向图的控制。 图像与视频处理： 图像滤波与增强： 介绍高斯滤波、中值滤波、Sobel算子等经典图像处理算法，以及它们在DSP处理器上的实现。我们将探讨如何利用并行处理能力加速二维卷积运算。 图像压缩： 讲解JPEG、MPEG等图像/视频压缩标准的原理，包括离散余弦变换（DCT）的应用。我们将分析DCT的计算过程，以及如何在DSP平台上高效实现。 目标检测与跟踪： 介绍基于DSP的实时目标检测与跟踪算法，如背景减除法、光流法等。我们将讨论如何利用DSP的计算能力实现视频流的实时分析。 医疗与生物信号处理： 心电图（ECG）与脑电图（EEG）分析： 介绍ECG/EEG信号的特点，以及如何利用DSP进行滤波、特征提取和模式识别。我们将讨论噪声去除和基线漂移校正等关键技术。 医学成像： 简要介绍超声、MRI等医学成像技术中涉及的信号处理环节。我们将强调高速DSP在图像重建和后处理中的作用。 第五部分：高速DSP实验与实践指导 本教程将提供一系列精心设计的实验，涵盖上述理论知识和应用案例，帮助读者将理论转化为实践。 实验环境搭建： 指导读者搭建DSP开发环境，包括硬件平台（如DSP开发板、FPGA开发板）、软件工具链（如IDE、编译器、仿真器）的安装与配置。 基础DSP算法实验： FFT/IFFT算法实现与性能分析： 在DSP处理器上实现不同FFT算法，并分析其计算时间和资源消耗。 数字滤波器设计与实现： 利用DSP工具箱或手工编写代码，设计并实现FIR和IIR滤波器，并通过实验验证其滤波效果。 多率信号处理实验： 实现上采样和下采样操作，并设计级联滤波器组，验证其信号重构能力。 应用导向型实验： OFDM调制解调系统仿真： 在MATLAB/Simulink或C/C++环境下，搭建OFDM通信系统仿真平台，并将其移植到DSP硬件上进行验证。 雷达脉冲压缩实验： 利用采集的雷达信号，在DSP上实现匹配滤波，观察脉冲压缩效果。 图像滤波与边缘检测实验： 将采集的图像数据导入DSP，实现实时图像滤波和边缘检测算法。 FPGA硬件加速实验： FFT算法的FPGA实现： 利用HDL语言设计FFT IP核，并在FPGA上实现，观察其并行处理能力。 DSP算法在FPGA上的加速： 将部分计算密集型的DSP算法移植到FPGA上，与CPU/DSP性能进行对比。 结论 高速DSP技术是当前电子信息和电气工程领域最具活力的研究方向之一。本教程力求提供一套系统、全面且具有深度和广度的学习资源，帮助读者不仅理解高速DSP的理论精髓，更能掌握实际应用中的设计与实现技巧。通过理论学习与动手实践相结合，我们希望能够培养出一批具备扎实理论基础和卓越工程实践能力的高速DSP人才，为我国在相关高科技领域的自主创新和发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实验部分绝对是亮点中的亮点，可以说是为我们这些想把理论付诸实践的学习者量身定做的。我印象最深刻的是，书中不仅仅是提供了几个简单的实验，而是设计了一系列循序渐进的实验项目，从最基础的DSP数据采集和处理，到更复杂的音频信号处理和通信系统仿真，每一个实验都层层递进，能够有效地巩固前一阶段的理论知识。实验代码的提供非常完善，不仅有详细的注释，而且考虑到了不同平台和编译环境的兼容性，这极大地降低了实验的门槛。我特别喜欢书中对于实验结果的分析和讨论部分，作者会引导我们思考实验现象背后的原因，并提出进一步优化的建议，这让我不仅仅是完成了实验，更是学会了如何去分析和解决问题。举个例子，在进行滤波器设计实验时，书中提供了多种设计方法的对比，并且详细讲解了不同参数对滤波效果的影响，这让我对滤波器设计有了更深刻的认识，不再是盲目套用公式。而且，书中还提供了一些实际应用案例的仿真，例如使用DSP实现一个简单的语音识别系统，这让我看到了DSP在现实世界中的巨大潜力，也激发了我深入研究的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是它提供了一个非常完整且体系化的DSP学习路径。从最基础的DSP系统结构和数据表示，到高级的滤波器设计和算法实现，再到实际应用中的各种挑战，书中几乎涵盖了DSP学习中的所有重要环节。作者在处理每个主题时，都展现出了极高的专业素养和严谨的逻辑思维。例如，在讲解数字信号滤波时，书中不仅仅列举了FIR和IIR滤波器，还深入分析了它们的优缺点、设计方法和实际应用场景，并且提供了大量的对比分析和实例演示，这让我能够根据不同的需求选择最合适的滤波器。此外，书中的内容更新也比较及时，涉及了一些较新的DSP技术和发展趋势，这对于想要跟上行业发展的我来说，非常有价值。这本书让我对DSP的理解从“知其然”提升到了“知其所以然”，为我未来的学习和工作打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我之前尝试过阅读几本关于DSP的书籍，但往往是理论过于枯燥，或者实验部分过于简单，难以真正激发我的学习热情。然而，这本书恰恰在这两个方面找到了完美的平衡。作者在理论讲解上，非常注重理论与实践的联系，将抽象的数学概念具象化，用生动的语言和清晰的图示来阐释复杂的DSP原理。我尤其欣赏书中对于一些关键算法的讲解，比如TMS320系列DSP的指令集特性，以及如何利用这些特性来优化算法的执行效率，这些内容对于想要深入了解DSP硬件和软件协同设计的读者来说，是极其宝贵的。书中还涉及了一些DSP在嵌入式系统中的应用，比如实时控制系统和传感器数据采集，这让我看到了DSP在物联网和智能硬件领域的广阔前景。另外，书中的排版和设计也相当出色，页面布局合理，字体清晰易读，这在一定程度上也提升了阅读体验。我感觉这本书不仅仅是一本技术教程，更像是一位经验丰富的工程师在分享他的知识和经验，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我第一感觉就是它的内容非常扎实，一看就是经过深思熟虑和精心编排的。书中的理论讲解深入浅出，对于DSP的原理部分，作者并没有止步于概念的堆砌，而是花了大量篇幅去剖析其核心思想和数学模型，这对于我这样希望彻底理解DSP底层逻辑的读者来说，简直是福音。书中给出的公式推导过程清晰严谨，每一步都伴随着详细的解释，让我能很容易地跟上作者的思路，而不是被晦涩的数学符号吓倒。更重要的是，这些理论讲解并非空中楼阁，而是紧密结合实际应用场景。比如，在讲解FFT算法时，书中不仅给出了算法的原理，还分析了其在信号滤波、频谱分析等方面的具体应用，并通过伪代码的形式展示了算法的实现流程，这为我后续的实践操作打下了坚实的基础。而且，我惊喜地发现，书中对于一些容易混淆的概念，例如定点DSP和浮点DSP的区别，以及它们的适用场景，都做了非常细致的比较和分析，这在其他很多DSP教材中都很难见到。这种细致入微的讲解，让我对DSP的理解更加全面和深入。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的惊喜在于其前瞻性和实践性并存的风格。它没有停留在枯燥的理论阐述，而是将DSP的强大能力通过一个个生动的案例展现在读者面前。书中的应用篇幅相当可观，涵盖了从简单的信号处理到复杂的通信系统和图像处理等多个领域，让我充分感受到了DSP在现代科技中的核心作用。我特别喜欢书中对于一些具体应用的分析，比如如何利用DSP实现高效的语音编码和解码，或者如何在嵌入式设备中构建高性能的信号处理单元。这些案例的讲解不仅详尽，而且非常贴合实际工程需求，让我能够清晰地看到理论知识是如何转化为实际产品的。此外，书中还对一些常用的DSP开发工具和平台进行了介绍，这对于我们这些初学者来说，无疑是宝贵的指导。这本书让我对DSP的学习不再感到迷茫，而是充满了信心和动力，因为它教会了我如何去应用DSP，而不是仅仅去理解它。