DSP控制器原理与应用 张东亮 9787111322870 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张东亮 著

图书标签:

• DSP
• 数字信号处理
• 控制器
• 嵌入式系统
• 张东亮
• 9787111322870
• 电子工程
• 通信工程
• 控制工程
• 应用

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111322870

商品编码：29689769189

包装：平装

出版时间：2011-01-01

基本信息

书名：DSP控制器原理与应用

定价：35.00元

作者：张东亮

出版社：机械工业出版社

出版日期：2011-01-01

ISBN：9787111322870

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.241kg

编辑推荐

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《21世纪高等院校电气信息类系列教材：DSP控制器原理与应用》分别介绍DSP技术的概况，DSP控制器总体结构，中央处理器与指令系统，软件开发与C语言编程，片内外设的结构、原理与使用方法，并给出应用系统设计实例。
　　《21世纪高等院校电气信息类系列教材：DSP控制器原理与应用》深入浅出，实例丰富，突出实用，可作为高等院校自动化、电气、电子、计算机、机械电子等专业本科生与研究生的教材，也可以供微机应用、测控系统、智能仪器仪表、嵌入式系统等领域的工程技术人员参考。

内容提要

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《DSP控制器原理与应用》以IT公司TMS320C28x：DSP控制器的TMS320F2812为例，介绍了DSP控制器的结构原理、软硬件设计开发和应用。主要内容包括DSP技术概况、DSP结构原理、指令系统、软件设计开发、片内外设、应用系统设计等。各章安排有思考题与习题，在附录中附有术语与符号英汉对照表。
　　 《DSP控制器原理与应用》可以作为高等院校相关专业高年级本科生、研究生DSP课程的教材，还可以供从事自动控制、仪器仪表、电气自动化、计算机、电子机械等领域的工程技术人员参考使用。

目录

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前言
章 绪论
1.1 DSP的发展与DSP芯片的特点
1.2 典型的DSP应用系统及其设计与开发过程
1.3 常用DSP芯片
1.4 C2000系列DSP控制器
1.5 DSP芯片的应用
1.6 思考题与习题

第2章 TMS320F281x DSP控制器的总体结构
2.1 DSP引脚及其功能
2.2 DSP片内硬件资源
2.3 存储器扩展外部接口
2.4 DSP片内Flash和OTP存储器
2.5 代码安全模块
2.6 时钟与低功耗模式
2.7 看门狗定时器
2.8 32位CPU定时器
2.9 通用输入/输出
2.10 片内外设寄存器
2.11 外设中断扩展
2.12 思考题与习题

第3章 TMS320C28x DSP的CPU与指令系统
3.1 中央处理器
3.1.1 CPU结构
3.1.2 CPU的寄存器
3.2 寻址方式
3.2.1 寻址方式概述
3.2.2 直接寻址方式
3.2.3 堆栈寻址方式
3.2.4 间接寻址方式
3.2.5 寄存器寻址方式
3.2.6 数据/程序/IO空间立即寻址方式
3.2.7 程序空间间接寻址方式
3.2.8 字节寻址方式与32位操作数的定位
3.3 C28x DSP指令系统
3.4 思考题与习题

第4章 DSP软件开发与C语言编程
4.1 DSP开发工具与软件开发流程
4.2 集成开发环境CCS
4.3 DSP的C工程文件
4.3.1 公共目标文件格式
4.3.2 链接命令文件
4.4 DSP C语言程序设计基础
4.4.1 数据类型
4.4.2 C语言运算符与基本语句
4.4.3 函数
4.4.4 指针
4.4.5 编译预处理命令
4.4.6 C语言与汇编语言混合编程
4.4.7 C28x DSP编译器的几个关键字
4.5 DSP C程序举例
4.6 思考题与习题

第5章 DSP的A/D转换器
5.1 F281x的A/D转换器的特点
5.2 自动排序器原理
5.3 自动排序模式
5.4 ADC时钟定标
5.5 ADC寄存器
5.6 ADC的C语言编程实例
5.7 思考题与习题

第6章 事件管理器
6.1 事件管理器功能概述
6.2 通用定时器
6.3 比较单元与PWM电路
6.4 空间矢量PWM
6.5 捕获单元
6.6 正交编码脉冲QEP电路
6.7 事件管理器的中断
6.8 事件管理器的寄存器
6.8.1 通用定时器寄存器
6.8.2 比较控制寄存器
6.8.3 比较方式控制寄存器
6.8.4 死区时间控制寄存器A/B
6.8.5 捕获单元寄存器
6.8.6 事件管理器的中断标志寄存器与中断屏蔽寄存器
6.8.7 事件管理器扩展控制寄存器
6.9 事件管理器的应用实例
6.10 思考题与习题

第7章 串行通信接口
7.1 SCI模块概述
7.2 SCI模块的结构
7.3 SCI的寄存器
7.4 SCI应用实例
7.5 思考题与习题

第8章 DSP应用系统设计
8.1 2812 DSP系统硬件设计
8.2 基于DSP的数字运动控制系统
8.3 快速傅里叶变换与FIR数字滤波器
8.3.1 快速傅里叶变换
8.3.2 FIR数字滤波器
8.4 思考题与习题
附录
附录A DSP控制器术语与符号英汉对照表
附录B 逻辑电路符号对照表
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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深入探索数字信号处理的奥秘：理论、算法与前沿实践 引言 数字信号处理（DSP）作为现代电子技术的核心基石，渗透于通信、音频、图像、雷达、医疗以及自动控制等诸多领域。它通过对离散时间信号进行数学运算，实现信号的变换、分析、增强、压缩和合成，从而赋予电子系统强大的智能化和信息处理能力。本书旨在为读者提供一个全面、深入且兼具理论深度与实践指导的数字信号处理知识体系，引领您踏入DSP的奇妙世界，掌握其核心原理，并能够将其灵活应用于实际工程问题中。 第一部分：数字信号处理基础理论 本部分将带领读者系统地学习数字信号处理的根基。我们将从信号与系统的基本概念入手，阐述模拟信号与数字信号的区别，数字信号的采样、量化和编码过程，以及它们对信号信息保真度的影响。 第一章：信号与系统概述 信号的分类与表示： 探讨连续时间信号与离散时间信号的数学表示方法，介绍周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号等关键概念。 系统的基本性质： 深入剖析线性、时不变、因果性、稳定性等系统性质，理解它们在系统分析与设计中的重要性。 卷积定理： 详细阐述卷积运算在 LTI（线性时不变）系统分析中的核心作用，揭示系统响应与输入信号之间的关系。 傅里叶级数与傅里叶变换： 讲解周期信号和非周期信号的频谱分析方法，引入离散傅里叶变换（DFT）及其性质，为后续的滤波器设计和信号分析奠定基础。 第二章：离散时间信号分析 Z变换及其性质： 详细介绍Z变换作为傅里叶变换在离散时间系统分析中的推广，重点讲解收敛域（ROC）、性质（如时移、乘法、微分等）以及反Z变换，这是分析和设计离散时间系统不可或缺的工具。 拉普拉斯变换与Z变换的关系： 阐述连续时间系统分析中的拉普拉斯变换与离散时间系统分析中的Z变换之间的对应关系，帮助读者建立跨域理解。 傅里叶级数与傅里叶变换在离散信号分析中的应用： 重新审视离散时间傅里叶级数（DTFS）和离散时间傅里叶变换（DTFT）在分析周期和非周期离散信号频谱特性方面的作用。 第三章：离散时间系统分析 差分方程描述： 讲解如何用差分方程来表示和分析离散时间系统，理解其与系统冲击响应（IR）之间的紧密联系。 冲激响应（IR）与系统函数： 深入分析系统的冲激响应，它是表征 LTI 系统特性的关键，并介绍系统函数（传递函数）的概念及其在频域和Z域分析中的应用。 系统稳定性分析： 利用Z变换的根轨迹和收敛域（ROC）来判断系统的稳定性，这是系统设计的首要考虑因素。 频率响应： 探讨离散时间系统的频率响应，分析系统对不同频率信号的增益和相位变化，这对于滤波器设计至关重要。 第二部分：数字滤波器设计与实现 滤波器是数字信号处理中最重要和最常用的工具之一，用于选择性地保留或抑制信号中的特定频率成分。本部分将详细介绍两种主要的数字滤波器类型：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器，并提供多种设计方法和实现策略。 第四章：无限冲激响应（IIR）滤波器 IIR滤波器的基本原理： 介绍IIR滤波器结构，其反馈特性带来的优势（计算量小，过渡带陡峭）和潜在问题（稳定性）。 模拟滤波器原型设计： 讲解巴特沃斯、切比雪夫（I型和II型）、椭圆等经典模拟滤波器原型，它们是设计IIR数字滤波器的基础。 从模拟到数字的变换： 详细阐述双线性变换法、脉冲不变法等将模拟滤波器原型转化为数字滤波器的方法，并分析它们的优缺点。 IIR滤波器设计实例： 通过具体的低通、高通、带通、带阻滤波器设计实例，演示设计流程和参数选择。 第五章：有限冲激响应（FIR）滤波器 FIR滤波器的基本原理： 介绍FIR滤波器结构，其无反馈特性带来的优势（线性相位，稳定性）和劣势（计算量相对较大）。 窗函数法设计： 讲解利用各种窗函数（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等）来截断理想滤波器的冲激响应，并分析不同窗函数的频谱泄漏特性和设计效果。 频率采样法设计： 介绍根据特定频率点的幅度和相位响应来设计FIR滤波器的方法。 最优FIR滤波器设计（Parks-McClellan算法）： 深入探讨Parks-McClellan算法，它能够设计出在特定频带内达到最小最大纹波的最优FIR滤波器，是FIR滤波器设计中非常重要和高效的算法。 FIR滤波器设计实例： 通过实例演示不同设计方法的应用，包括低通、高通、带通、带阻FIR滤波器的设计。 第六章：数字滤波器实现 直接型结构： 讲解FIR和IIR滤波器最基本的直接型实现结构。 规范型结构： 介绍系数和谐振型的结构，能够减少系数数量和提高数值稳定性。 级联型和并联型结构： 探讨如何将滤波器分解为多个子滤波器进行级联或并联实现，以提高设计灵活性和性能。 硬件实现考虑： 讨论在DSP芯片或FPGA上实现数字滤波器的硬件资源消耗、运算速度和精度问题。 第三部分：数字信号处理的进阶理论与应用 在掌握了数字滤波器设计的基础上，本部分将进一步拓展DSP的应用范围，深入探讨更复杂的信号处理技术，并介绍一些关键的DSP应用领域。 第七章：离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT） DFT的详细性质： 深入研究DFT的各种性质，如周期性、对称性、线性卷积与循环卷积的关系等。 快速傅里叶变换（FFT）： 详细讲解Cooley-Tukey等经典的FFT算法，包括蝶形运算、信号流图等，解释如何大幅度降低DFT的计算复杂度，使其在实际应用中成为可能。 FFT在频谱分析中的应用： 演示如何利用FFT快速准确地计算信号的频谱，实现频谱分析、频率检测等功能。 FFT在卷积运算中的应用： 讲解如何利用FFT实现线性卷积，以及其在滤波器设计和系统模拟中的重要作用。 第八章：抽样定理的深入理解与信号重建 奈奎斯特抽样定理： 详细阐述奈奎斯特抽样定理，理解其保证信号信息不失真恢复的条件。 混叠现象及其避免： 深入分析混叠现象的产生原因，以及通过抗混叠滤波器和合适的抽样率来避免混叠的方法。 信号重建（插值）： 讲解如何根据抽样后的离散信号，利用插值技术（如sinc插值、多项式插值等）来重建连续时间信号。 第九章：现代谱估计算法 经典谱估计算法： 回顾周期图法、Welch法等基于DFT的谱估计算法，并分析它们的局限性（如分辨率和方差问题）。 参数化谱估计算法： 介绍AR模型、MA模型、ARMA模型等信号建模方法，以及基于这些模型的谱估计算法（如Burg法、Yule-Walker法等），它们能够获得更高的频率分辨率。 高分辨率谱估计算法： 探讨MUSIC、ESPRIT等现代高分辨率谱估计算法，它们在阵列信号处理、雷达等领域具有重要的应用价值。 第十章：自适应信号处理 自适应滤波器的基本原理： 介绍自适应滤波器的工作机制，即滤波器参数能够根据输入信号的统计特性自动调整。 最小均方（LMS）算法： 详细讲解LMS算法，这是最简单、最常用的自适应算法之一，并分析其收敛性能。 递归最小二乘（RLS）算法： 介绍RLS算法，它具有更快的收敛速度，但计算复杂度更高。 自适应滤波器的应用： 探讨自适应滤波器的实际应用，如噪声消除、回声消除、信道均衡、自适应均衡等。 第四部分：数字信号处理的应用实例 本部分将精选几个典型的DSP应用领域，结合前面所学的理论知识，展示DSP如何在实际工程中发挥关键作用。 第十一章：语音信号处理 语音信号的特性： 分析语音信号的声学特性、发音机制以及其在时域和频域的特点。 语音编码： 介绍脉冲编码调制（PCM）、线性预测编码（LPC）、码激励线性预测（CELP）等主流语音编码技术，以及它们在减小传输带宽、提高存储效率方面的作用。 语音识别与合成： 简要介绍语音识别的基本流程（预处理、特征提取、模式匹配、决策）和语音合成的技术原理。 声纹识别： 探讨如何利用DSP技术对说话人的身份进行识别。 第十二章：图像与视频信号处理 图像信号的表示与处理： 介绍数字图像的二维离散表示，以及灰度、颜色空间等概念。 图像增强与复原： 讲解空间域和频率域的图像增强技术（如对比度拉伸、直方图均衡化、滤波等），以及图像复原技术（如运动模糊复原、噪声去除等）。 图像压缩： 介绍离散余弦变换（DCT）、小波变换等在图像压缩中的应用，如JPEG和MPEG标准。 视频信号处理基础： 简要介绍视频信号的帧结构、运动估计与补偿等基本概念。 第十三章：通信系统中的DSP应用 数字调制解调： 介绍ASK、FSK、PSK、QAM等数字调制方式，以及相应的解调技术。 信道编码与解码： 讲解纠错码（如海明码、卷积码、Turbo码、LDPC码）在提高通信可靠性方面的作用。 OFDM技术： 深入介绍正交频分复用（OFDM）技术，其在高速率无线通信（如Wi-Fi、LTE）中的广泛应用，以及其基于IFFT/FFT的实现原理。 均衡技术： 讨论在存在多径效应的信道中，如何利用DSP技术进行信道均衡，消除码间串扰。 结论 数字信号处理是一门既有深厚理论基础又充满实际应用价值的学科。本书从最基本的概念出发，逐步深入到复杂的算法和前沿的应用，旨在帮助读者构建一个扎实的DSP知识体系。通过理论学习与案例分析相结合，读者将能够深刻理解DSP的强大威力，并将其应用于解决各种工程挑战。掌握DSP技术，就是在现代科技浪潮中立于不败之地的关键竞争力之一。希望本书能够成为您学习和探索DSP世界的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最初抱着试试看的心态买了这本关于DSP控制的书，毕竟市面上这方面的资料汗牛充栋，真正能沉下心来读完并觉得获益匪浅的，屈指可数。但这本书，完全超出了我的预期。它的叙事节奏把握得极其精准，你知道吗，很多技术书籍读起来就像在攀登一座陡峭的山峰，上来就是一堆公式和定义，让人望而却步。而这本书则像是被设计了一条平缓但持续向上的步道，每走一步，你都能看到新的风景，心境也随之开阔。我特别喜欢它在介绍新型控制算法时的那种前瞻性，没有固步自封于传统的PID控制，而是深入探讨了如模型预测控制（MPC）在嵌入式系统中的优化实现。作者显然对当前工业界面临的实时性挑战有着深刻的理解，书中的案例设计都紧密围绕着资源受限的微控制器环境展开，这对于我们这些做物联网和边缘计算的工程师来说，简直是太及时雨了。而且，书中对软硬件协同设计的论述也达到了一个新的高度，它没有将软件和硬件割裂开来，而是强调了在硬件选型阶段就必须考虑算法的并行性和缓存效率，这种系统级的思维方式，是我在其他许多书籍中未曾见过的深度和广度。读完这本，我感觉自己对整个控制系统的理解不再是零散的知识点堆砌，而是一个结构完整、逻辑自洽的工程体系。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到惊喜的是它对于前沿研究热点的关注和整合能力。它不仅仅局限于传统的数字控制领域，而是将目光投向了当下最火热的机器学习在实时控制中的应用，比如轻量级的神经网络模型如何部署到资源受限的DSP芯片上进行传感器数据的实时分类和异常检测。作者并没有泛泛而谈，而是给出了具体的案例：如何利用量化感知训练（QAT）来压缩模型，以及如何利用DSP的SIMD指令集来加速矩阵运算。这表明作者对于该领域的技术发展有着持续的追踪和深入的思考，而不是简单地将旧知识重新包装。此外，书中对调试和验证流程的重视也值得称赞。它提供了一套从软件仿真（如MATLAB/Simulink）到硬件在环（HIL）测试的完整流程建议，强调了“不经过严格验证的DSP代码就是不可信的代码”。对于需要进行产品认证或对可靠性要求极高的应用场景来说，这种严谨的验证理念至关重要。总而言之，这是一部面向未来、兼顾当下工程实际的典范之作，它的价值将随着技术的迭代而持续增值。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在校研究生，我深知教材的局限性，它们往往过于强调理论的完整性而牺牲了工程的实用性。然而，张老师的这本著作成功地架起了这座桥梁。它没有回避复杂的数学，比如Z变换和拉普拉斯变换在数字控制中的应用，但它处理这些内容的方式是“实用至上”的。它会告诉你，在实际的嵌入式DSP编程中，哪些数学公式可以被更高效的查找表或近似算法替代，以及在牺牲多少精度的情况下能换来多大的运算速度提升。这种“工程权衡”的艺术，才是真正的核心竞争力。书中对固定点数运算的专题讨论尤其深刻，这几乎是所有资源受限平台绕不开的坎。作者不仅解释了为什么需要固定点数，更重要的是，他提供了详细的溢出检测、量化误差分析的实用工具和方法论，甚至附带了在特定微处理器上进行定点数乘法累加（MAC）操作的汇编级优化技巧。阅读这些内容时，我仿佛能听到作者在耳边低语：“记住，在嵌入式世界里，每一个时钟周期都极其宝贵。”这种教导远胜于教科书上干巴巴的理论定义，它教会的是一种解决问题的思维范式。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色调，搭配着简洁有力的白色字体，一眼就能看出它的专业性和深度。拿到手里，首先感觉到的是纸张的质感，很扎实，不像有些技术书籍那样轻易就觉得廉价。翻开目录，章节的划分逻辑清晰得令人赞叹，从基础的数字信号处理概念，到复杂的滤波器设计，再到实时的系统实现，步步为营，构建了一个完整的知识体系。尤其值得一提的是，作者在讲解理论推导时，并没有采取那种晦涩难懂的纯数学轰炸，而是巧妙地穿插了大量的工程实践中的例子。比如，在讲解FFT算法时，他不仅仅给出了公式，还结合了实际的频谱分析需求，让读者能真切地体会到“为什么要这么做”以及“这样做有什么好处”。这种理论与实践紧密结合的叙述方式，极大地降低了初学者入门的门槛，同时也能让有经验的工程师从中找到新的视角来审视自己的工作。作者的语言风格非常严谨，但又不失生动，很多复杂的概念都能用非常形象的比喻来解释，比如用“信息的高速公路”来形容数据流的处理，让人茅塞顿开。我个人非常欣赏作者对细节的把控，即便是一个小小的代码片段，注释也写得详尽到位，几乎没有歧义，这对于需要自己动手搭建实验平台的读者来说，简直是福音。这本书无疑是为那些真正想在DSP领域深耕的人准备的精品，它不仅仅是一本工具书，更像是一位经验丰富的老工程师在旁边手把手地指导你成长。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示质量，简直是业界标杆。我经常在阅读其他技术书籍时遇到插图模糊不清、线条交错复杂到无法辨认的问题，但这本完全没有这种困扰。每一张系统框图、每一个波形图，都清晰锐利，色彩运用得当，关键的信号流路径一目了然。特别是那些涉及到时域和频域变换的对比图，作者用不同的颜色和标记符号将瞬态响应和稳态特性区分得非常到位，使得抽象的数学概念瞬间变得具象化。另外，书中对不同DSP架构特点的对比分析也做得非常到位，比如德州仪器、意法半导体等主流平台的指令集特性和内存访问模式差异，作者都进行了细致的剖析，这对于读者在项目初期选择合适的硬件平台时，提供了非常宝贵的参考意见。我记得有一次我被一个棘手的实时中断延迟问题困扰了很久，后来翻阅书中关于中断服务程序（ISR）设计与优化那一章时，作者提出的关于最小化ISR执行时间、使用DMA卸载数据搬运的策略，一下子点醒了我。很多时候，我们总是在代码逻辑上找问题，却忽略了底层硬件交互的效率瓶颈，这本书让我重新审视了“快”的真正含义。