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薛雷 著

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• 滤波器
• 嵌入式系统
• 实践

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302153542

商品编码：29564801215

包装：平装

出版时间：2007-11-01

基本信息

书名：DSPs 原理及应用教程

定价：26.00元

作者：薛雷

出版社：清华大学出版社

出版日期：2007-11-01

ISBN：9787302153542

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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内容提要

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掌握TMS320C6201/6701DSPs是了解当代众多DSPs的方法之一。DSPs是Digital Signal Processors的缩写，指专用于数字信号处理的可编程微处理器。本书从工程设计的角度讲述了DSPs的基本结构、构成核心系统的各技术细节和实时硬件调试仿真技术。
　　本书深入浅出，内容丰富，数据准确，电路结构切实可行。本书既可以作为学生教材，也可供工程技术人员参考。

目录

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部分 DSPs概论与TMS320C6201/6701基本结构
　章　实时数字信号处理与DSPs芯片
　　1.1　实时数字信号处理
　　　1.1.1　实时数字信号处理对DSPs的要求
　　　1.1.2　DSPs处理器与模拟信号处理电路的比较
　　　1.1.3　DSPs处理器与通用处理器的比较
　　1.2　DSPs的发展历史
　　　1.2.1　初期的DSP 结构和代DSPs 产品
　　　1.2.2　第二代增强的DSPs
　　　1.2.3　第三代DSPs的创新设计
　　　1.2.4　当今DSP技术的新特点和应用领域
　　1.3　Texas Instruments公司的DSPs
　　1.4　TI DSPs的开发环境和工具
　　　1.4.1　Texas Instrument公司的CCS开发工具
　　　1.4.2　MATLAB DSP模块对TI DSPs的支持
　　　1.4.3　LabView DSP模块对TI DSPs的支持
　第2章　TMS320C6201/6701的基本结构与指令集
　　2.1　中央处理单元
　　　2.1.1　中央处理单元基本结构
　　　2.1.2　数据通路
　　　2.1.3　控制寄存器组
　　　2.1.4　TMS320C6701扩充控制寄存器组
　　2.2　片内程序和数据存储器
　　　2.2.1　片内程序和数据存储器的基本结构
　　　2.2.2　程序存储器控制器
　　　2.2.3　片内程序存储器
　　　2.2.4　由DMA控制器对片内程序存储器的寻访
　　　2.2.5　数据存储器控制器
　　　2.2.6　片内数据存储器
　　　2.2.7　DMA控制器寻访片内程序存储器
　　2.3　片外存储器接口
　　　2.3.1　片外存储器接口的基本结构
　　　2.3.2　片外存储器接口的接口信号
　　　2.3.3　片外存储器接口寄存器
　　　2.3.4　SDRAM接口
　　　2.3.5　SBSRAM接口
　　　2.3.6　异步存储器接口
　　2.4　直接存储器访问控制器
　　　2.4.1　直接存储器访问控制器的基本结构
　　　2.4.2　直接存储器访问技术术语与功能特点
　　　2.4.3　直接存储器访问寄存器
　　　2.4.4　直接存储器访问数据块传输
　　　2.4.5　直接存储器访问特殊操作方式
　　2.5　流水线
　　　2.5.1　TMS320C6201/6701流水线的基本结构
　　　2.5.2　流水线对应不同指令形式的执行模式
　　　2.5.3　流水线运行注意事项
　　2.6　多通道缓冲串口
　　　2.6.1　TMS320C6201/6701多通道缓冲串口的技术特性
　　　2.6.2　多通道缓冲串口的接口信号
　　　2.6.3　多通道缓冲串口的寄存器
　　　2.6.4　数据的发送与接收
　　　2.6.5　多通道选择操作
　　2.7　通用定时器
　　　2.7.1　TMS320C6201/6701通用定时器基本技术特性
　　　2.7.2　通用定时器的运行
　　2.8　中断选择器
　　　2.8.1　TMS320C6201/6701中断选择器的基本特性
　　　2.8.2　中断服务表
　　　2.8.3　中断设置流程
　　　2.8.4　中断嵌套
　　　2.8.5　陷阱
　　2.9　芯片模式、时钟与电源配置
　　　2.9.1　TMS320C6201/6701芯片模式配置概述
　　　2.9.2　TMS320C6201/6701复位
　　　2.9.3　芯片模式配置
　　　2.9.4　输入时钟模式配置
　　　2.9.5　端格式配置
　　　2.9.6　PowerDown模式配置
　　　2.9.7　JTAG接口
　　2.10　指令集
　　　2.10.1　TMS320C62x和TMS320C67x指令集概述
　　　2.10.2　指令集的格式与规则
　　　2.10.3　指令集
　第3章　DSPs主机端口的原理及应用
第二部分　DSPs核心系统硬件设计
　第4章　SDRAM在核心系统中与DSP EMIF的接口和地址分配
　第5章　SBSRAM在核心系统中与DSP EMIF的接口和地址分配
　第6章　FlashROM在核心系统中与DSP EMIF的接口和地址分配
　第7章　FIFO在核心系统中与DSP EMIF的接口和地址分配
　第8章　DSP核心系统和其他技术
第三部分　DSP软件调试技术
　第9章　利用CCS开发DSP程序
　0章　利用TMS320C6201/6701核心系统的定浮点运算程序的设计与分析
　1章　利用TMS320C6201/6701核心系统的FFT运算程序的设计与分析
　2章　IIR和FIR数字滤波器程序的设计与仿真
　3章　基于DSP/BIOS测试FIR数字滤波器程序
附录
　附录A　指令表
　附录B　程序代码
　附录C　DSPs Main Words Dictionary
　附录D　TMS320C6201/6701核心系统电路结构内容索引
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《数字信号处理：理论与实践》 一、 引言 数字信号处理（DSP）作为一门跨越通信、控制、音频、图像、医学等众多领域的关键技术，已成为现代信息社会不可或缺的基石。随着计算能力的飞速发展和算法的不断创新，DSP在嵌入式系统、人工智能、物联网等新兴技术的驱动下，展现出前所未有的活力与广阔的应用前景。本书旨在为读者提供一个系统、深入的学习平台，全面解析DSP的核心理论，并结合丰富的工程实践，带领读者掌握将理论应用于实际问题的能力。本书内容严谨，逻辑清晰，力求在复杂的概念与抽象的理论之间架起一座坚实的桥梁，帮助读者建立起扎实的DSP知识体系。 二、 核心理论体系 本书的理论部分将从最基础的信号与系统概念入手，逐步深入到DSP的核心技术。 1. 信号与系统基础： 连续时间信号与离散时间信号： 详细阐述这两类信号的定义、特性、表示方法，包括周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号等。重点分析信号的采样过程，深入探讨采样定理（奈奎斯特-香农采样定理），以及欠采样、过采样等技术对信号处理的影响。 系统模型： 介绍线性时不变（LTI）系统作为DSP的基础模型，深入分析其重要的性质，如叠加性、时移不变性。讲解卷积运算在LTI系统分析中的核心作用，并通过实例演示如何通过卷积求解系统的零输入响应和零状态响应。 傅里叶分析： 这是DSP的灵魂。我们将系统讲解傅里叶级数（FS）和傅里叶变换（FT），分析连续时间信号和离散时间信号的频谱特性。重点介绍傅里叶变换的性质，如线性性、时移性、频移性、卷积性质、Parseval定理等，理解它们在信号分析和系统设计中的重要意义。 傅里叶变换的离散化——离散傅里叶变换（DFT）： 详细介绍DFT的定义、性质，以及其在离散时间信号分析中的应用。深入探讨DFT计算的复杂度，引出快速傅里叶变换（FFT）算法，并详细讲解Cooley-Tukey算法等经典FFT算法的原理，理解FFT如何将计算复杂度从$O(N^2)$降低到$O(N log N)$，极大地提高了计算效率。 Z变换： 作为连续时间傅里叶变换在离散时间系统分析中的推广，Z变换在分析和设计离散时间系统方面具有不可替代的作用。我们将系统介绍Z变换的定义、收敛域（ROC）以及重要的性质，包括线性性、时移性、卷积性质、微分性质等。重点分析Z变换在求解离散时间线性常系数微分方程、系统函数、系统稳定性分析等方面的应用。 2. 离散时间滤波器设计： 滤波器的基本概念与分类： 介绍滤波器的基本功能，即选择性地通过或阻止特定频率范围的信号。讲解理想滤波器与实际滤波器的区别，以及滤波器的分类，如低通、高通、带通、带阻滤波器。 无限冲激响应（IIR）滤波器： 深入分析IIR滤波器的特点（计算复杂度低，阻带衰减快），讲解常见的IIR滤波器设计方法，如Butterworth、Chebyshev（Type I and Type II）、Elliptic滤波器。重点阐述从模拟滤波器原型到数字滤波器的转换方法，如脉冲响应不变法、双线性变换法。分析IIR滤波器设计中可能遇到的问题，如稳定性、幅度与相位的失真。 有限冲激响应（FIR）滤波器： 阐述FIR滤波器的优点（任意幅度响应、线性相位特性、稳定性），以及其设计方法。详细介绍窗函数法，包括矩形窗、Hanning窗、Hamming窗、Blackman窗等，分析不同窗函数对滤波器性能的影响。重点讲解频率采样法、最优逼近法（Parks-McClellan算法），理解它们如何实现更精确的幅度响应设计。 滤波器性能指标： 讲解用于评估滤波器性能的关键指标，如通带纹波、阻带衰减、过渡带宽、相位响应、群延迟等，并说明如何根据应用需求选择合适的滤波器类型和设计参数。 3. 多速率信号处理： 采样率变换： 介绍上采样（插值）和下采样（抽取）的概念及实现方法，分析它们在信号压缩、数据传输、多标准信号处理等方面的应用。 滤波器组（Filter Banks）： 讲解多通道滤波器的基本原理，分析其在信号分解与重构、信号压缩（如JPEG2000图像压缩）、通信系统中的应用。 4. 谱估计： 周期图法： 介绍基于傅里叶变换的谱估计方法，分析其优点与缺点（方差大）。 改进的周期图法： 介绍Welch方法等，如何通过平均周期图来降低谱估计的方差。 参数模型谱估计： 介绍AR模型、MA模型、ARMA模型等，以及对应的谱估计方法（如Burg算法、Yule-Walker方程），分析其在信噪比较低情况下的优势。 三、 工程实践与应用 本书的实践部分将理论与实际应用紧密结合，通过案例分析和算法实现，帮助读者理解DSP技术在真实世界中的作用。 1. DSP硬件平台概述： 通用处理器与DSP处理器： 简要介绍通用CPU、GPU在信号处理中的应用，以及专用的DSP处理器（如TI C6000系列、Analog Devices SHARC系列）的架构特点、指令集以及在高性能信号处理任务中的优势。 FPGA在DSP中的应用： 介绍FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为一种可编程逻辑器件，如何在硬件层面实现高效的DSP算法，尤其是在实时性要求极高的应用中。 2. 典型DSP应用案例分析： 数字通信系统： 调制解调技术： 讲解ASK、FSK、PSK、QAM等基本数字调制解调方式的原理，以及在DSP中的实现。 信道编码与解码： 介绍纠错编码（如汉明码、卷积码、Turbo码、LDPC码）的基本原理，以及其在DSP中的实现，以提高通信系统的可靠性。 自适应均衡： 分析通信信道中的失真，讲解RLS、LMS等自适应算法在消除失真、提高信号质量中的作用。 音频信号处理： 音频编码与解码： 讲解MP3、AAC等音频压缩技术的原理，以及在DSP中的实现。 回声消除： 分析回声产生的机理，讲解自适应滤波算法在回声消除中的应用。 语音识别与合成： 介绍语音信号的预处理、特征提取（如MFCC），以及基于统计模型或深度学习的语音识别与合成技术。 图像与视频处理： 图像增强与滤波： 讲解平滑滤波（如均值滤波、高斯滤波）、锐化滤波（如Sobel、Laplacian算子）在DSP中的实现，以及图像去噪技术。 图像压缩： 深入分析JPEG、JPEG2000等图像压缩标准的DSP实现原理，包括DCT变换、量化、熵编码等。 视频编码： 简要介绍H.264、HEVC等视频编码标准中的关键DSP技术，如帧内/帧间预测、变换、量化、环路滤波等。 生物医学信号处理： 心电图（ECG）信号分析： 介绍ECG信号的采集、去噪、QRS波群检测、心率变异性分析等。 脑电图（EEG）信号处理： 讲解EEG信号的滤波、特征提取，以及在睡眠分期、癫痫检测等方面的应用。 控制系统中的DSP应用： 数字PID控制器设计： 讲解如何将连续时间PID控制器离散化，并在DSP中实现。 状态空间方法： 介绍状态空间模型在数字控制器设计中的应用。 3. 实际项目开发流程与工具： 开发环境搭建： 介绍常用的DSP开发工具链，如嵌入式IDE（如Code Composer Studio, Keil MDK）、交叉编译器、调试器等。 算法仿真与验证： 强调使用MATLAB、Python等工具进行算法仿真和性能评估的重要性。 嵌入式系统移植： 讲解如何将DSP算法从仿真环境移植到目标DSP硬件平台，并进行优化。 实时性与功耗优化： 探讨在资源受限的嵌入式系统中，如何对DSP算法进行优化以满足实时性要求和降低功耗。 四、 结语 本书力求在理论的深度和实践的广度之间取得平衡，旨在培养读者独立分析问题、解决问题的能力。通过本书的学习，读者将能够理解DSP的精髓，掌握各种核心算法，并具备将其应用于实际工程问题的能力。希望本书能成为您在数字信号处理领域探索与实践的宝贵指南。

评分☆☆☆☆☆

作为一名初涉嵌入式系统开发的工程师，我对DSP（数字信号处理器）的了解仅限于理论层面的模糊概念，比如它是一种专门用于处理数字信号的微处理器。我迫切需要一本能够从零开始，循序渐进地引导我掌握DSP技术精髓的教材。我希望这本书能够详细阐述DSP架构的独特性，比如它与通用CPU在指令集、流水线、存储器访问等方面有什么本质的区别，以及这些设计如何优化了信号处理的效率。我特别期待书中能够深入剖析DSP在实际应用中常见的挑战，例如实时性要求、精度控制、功耗优化等，并提供相应的解决方案。关于滤波器设计，我希望能够看到不同类型滤波器（如FIR、IIR）的详细设计步骤，包括如何选择合适的滤波器类型、确定滤波器阶数、计算系数等，并且最好能结合具体应用场景进行讲解。此外，如果书中能提供一些代码示例，特别是与嵌入式开发相关的，例如使用C语言或汇编语言在特定DSP平台上实现信号处理算法，那就太有价值了。

评分☆☆☆☆☆

我的工作涉及到一些数据分析和算法开发，近年来，随着大数据和人工智能的兴起，我发现DSP在很多领域都扮演着越来越重要的角色，尤其是在图像处理和模式识别方面。我希望这本书能够详细介绍DSP在这些新兴技术中的应用，例如如何在图像传感器的数据采集和预处理阶段应用DSP技术，如何利用DSP实现高效的特征提取和图像分割。我非常感兴趣的是DSP在机器学习和深度学习中的作用，比如如何利用DSP加速神经网络的计算，如何在嵌入式设备上部署和运行AI模型。如果书中能够提供一些关于DSP在计算机视觉中的具体案例，比如人脸识别、物体检测、图像增强等，并解释相关的算法原理和实现细节，那将对我非常有帮助。我期待这本书能够让我了解如何在实际的项目中，利用DSP技术来优化算法性能，提高处理效率，并最终实现更智能化的应用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当有吸引力，采用了一种冷静而专业的蓝色调，配合着简洁的字体，一看就知道是关于技术类书籍。我之前涉足过一些数字信号处理的基础知识，但总觉得理论部分有些枯燥，难以将其与实际应用联系起来。因此，当看到这本书的标题时，我立刻就被“原理及应用”这几个字吸引了。我希望这本书能够用一种更加直观、生动的方式来讲解DSP的各种核心概念，比如FFT、滤波器设计等等。我期待着书中能够出现大量清晰的图示和流程图，帮助我理解抽象的数学公式背后的物理意义。同时，我特别看重“应用”这一部分，希望书中能提供一些真实的案例研究，例如在音频处理、图像识别、通信系统等领域，DSP是如何发挥关键作用的。如果能够结合一些流行的开发平台或工具，比如MATLAB、Python的NumPy/SciPy库，甚至是针对特定DSP芯片的开发环境，那就更完美了。我希望这本书能够让我不仅知其然，更能知其所以然，并且能够触类旁通，举一反三，在未来的学习和工作中能够灵活运用DSP技术。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对电子音乐制作和音频效果处理有浓厚兴趣的爱好者，经常接触到各种音频插件和效果器，但对其背后的技术原理知之甚少。我听说DSP在音频领域有着广泛的应用，因此对这本书充满了期待。我希望这本书能够用通俗易懂的语言，讲解DSP在音频信号处理中的关键技术，比如如何实现混响、延迟、均衡、压缩等效果。我特别关注书中能否详细解释FFT（快速傅里叶变换）在音频分析和处理中的作用，例如如何通过频谱分析来识别和处理噪音，如何实现音调的改变和音色的塑造。如果书中能够提供一些关于DSP在音频编码和解码（如MP3、AAC）方面的原理介绍，那就更好了，这能帮助我理解为什么音乐文件能够被压缩，同时又能保持相对较高的音质。我希望能看到一些具体的实例，例如如何使用DSP来实现一个简单的音频均衡器，或者一个自定义的混响效果器，并最好能提供一些硬件实现思路，让我对音频信号处理有一个从理论到实践的全面认知。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对通信技术充满好奇的学生，在学习过程中经常会遇到一些涉及到信号处理的专业术语，但往往只能停留在表面理解，难以深入。我希望这本书能够成为我深入了解DSP世界的窗口，它应该以一种易于理解的方式，深入浅出地解释DSP的核心理论，比如采样定理、量化误差、频谱分析等。我期待着书中能够详细介绍各种常见的信号处理算法，并解释它们在通信系统中的具体作用，例如在调制解调、信道编码、噪声抑制等环节。对于数据采集和处理部分，我希望能够了解到如何将模拟信号转换为数字信号，以及在数字域中如何对这些信号进行滤波、变换、压缩等操作。这本书如果能涵盖一些DSP在无线通信、数字电视、音频编码等领域的应用实例，并提供相应的数学模型和算法实现思路，那将极大地开阔我的视野，让我对通信系统的内部运作有更深刻的认识，也为我今后的专业学习打下坚实的基础。