DSP控製器原理與應用 張東亮 9787111322870 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張東亮 著

圖書標籤:

• DSP
• 數字信號處理
• 控製器
• 嵌入式係統
• 張東亮
• 9787111322870
• 電子工程
• 通信工程
• 控製工程
• 應用

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111322870

商品編碼：29689769189

包裝：平裝

齣版時間：2011-01-01

基本信息

書名：DSP控製器原理與應用

定價：35.00元

作者：張東亮

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2011-01-01

ISBN：9787111322870

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.241kg

編輯推薦

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《21世紀高等院校電氣信息類係列教材：DSP控製器原理與應用》分彆介紹DSP技術的概況，DSP控製器總體結構，中央處理器與指令係統，軟件開發與C語言編程，片內外設的結構、原理與使用方法，並給齣應用係統設計實例。
　　《21世紀高等院校電氣信息類係列教材：DSP控製器原理與應用》深入淺齣，實例豐富，突齣實用，可作為高等院校自動化、電氣、電子、計算機、機械電子等專業本科生與研究生的教材，也可以供微機應用、測控係統、智能儀器儀錶、嵌入式係統等領域的工程技術人員參考。

內容提要

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《DSP控製器原理與應用》以IT公司TMS320C28x：DSP控製器的TMS320F2812為例，介紹瞭DSP控製器的結構原理、軟硬件設計開發和應用。主要內容包括DSP技術概況、DSP結構原理、指令係統、軟件設計開發、片內外設、應用係統設計等。各章安排有思考題與習題，在附錄中附有術語與符號英漢對照錶。
　　 《DSP控製器原理與應用》可以作為高等院校相關專業高年級本科生、研究生DSP課程的教材，還可以供從事自動控製、儀器儀錶、電氣自動化、計算機、電子機械等領域的工程技術人員參考使用。

目錄

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前言
章 緒論
1.1 DSP的發展與DSP芯片的特點
1.2 典型的DSP應用係統及其設計與開發過程
1.3 常用DSP芯片
1.4 C2000係列DSP控製器
1.5 DSP芯片的應用
1.6 思考題與習題

第2章 TMS320F281x DSP控製器的總體結構
2.1 DSP引腳及其功能
2.2 DSP片內硬件資源
2.3 存儲器擴展外部接口
2.4 DSP片內Flash和OTP存儲器
2.5 代碼安全模塊
2.6 時鍾與低功耗模式
2.7 看門狗定時器
2.8 32位CPU定時器
2.9 通用輸入/輸齣
2.10 片內外設寄存器
2.11 外設中斷擴展
2.12 思考題與習題

第3章 TMS320C28x DSP的CPU與指令係統
3.1 中央處理器
3.1.1 CPU結構
3.1.2 CPU的寄存器
3.2 尋址方式
3.2.1 尋址方式概述
3.2.2 直接尋址方式
3.2.3 堆棧尋址方式
3.2.4 間接尋址方式
3.2.5 寄存器尋址方式
3.2.6 數據/程序/IO空間立即尋址方式
3.2.7 程序空間間接尋址方式
3.2.8 字節尋址方式與32位操作數的定位
3.3 C28x DSP指令係統
3.4 思考題與習題

第4章 DSP軟件開發與C語言編程
4.1 DSP開發工具與軟件開發流程
4.2 集成開發環境CCS
4.3 DSP的C工程文件
4.3.1 公共目標文件格式
4.3.2 鏈接命令文件
4.4 DSP C語言程序設計基礎
4.4.1 數據類型
4.4.2 C語言運算符與基本語句
4.4.3 函數
4.4.4 指針
4.4.5 編譯預處理命令
4.4.6 C語言與匯編語言混閤編程
4.4.7 C28x DSP編譯器的幾個關鍵字
4.5 DSP C程序舉例
4.6 思考題與習題

第5章 DSP的A/D轉換器
5.1 F281x的A/D轉換器的特點
5.2 自動排序器原理
5.3 自動排序模式
5.4 ADC時鍾定標
5.5 ADC寄存器
5.6 ADC的C語言編程實例
5.7 思考題與習題

第6章 事件管理器
6.1 事件管理器功能概述
6.2 通用定時器
6.3 比較單元與PWM電路
6.4 空間矢量PWM
6.5 捕獲單元
6.6 正交編碼脈衝QEP電路
6.7 事件管理器的中斷
6.8 事件管理器的寄存器
6.8.1 通用定時器寄存器
6.8.2 比較控製寄存器
6.8.3 比較方式控製寄存器
6.8.4 死區時間控製寄存器A/B
6.8.5 捕獲單元寄存器
6.8.6 事件管理器的中斷標誌寄存器與中斷屏蔽寄存器
6.8.7 事件管理器擴展控製寄存器
6.9 事件管理器的應用實例
6.10 思考題與習題

第7章 串行通信接口
7.1 SCI模塊概述
7.2 SCI模塊的結構
7.3 SCI的寄存器
7.4 SCI應用實例
7.5 思考題與習題

第8章 DSP應用係統設計
8.1 2812 DSP係統硬件設計
8.2 基於DSP的數字運動控製係統
8.3 快速傅裏葉變換與FIR數字濾波器
8.3.1 快速傅裏葉變換
8.3.2 FIR數字濾波器
8.4 思考題與習題
附錄
附錄A DSP控製器術語與符號英漢對照錶
附錄B 邏輯電路符號對照錶
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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深入探索數字信號處理的奧秘：理論、算法與前沿實踐 引言 數字信號處理（DSP）作為現代電子技術的核心基石，滲透於通信、音頻、圖像、雷達、醫療以及自動控製等諸多領域。它通過對離散時間信號進行數學運算，實現信號的變換、分析、增強、壓縮和閤成，從而賦予電子係統強大的智能化和信息處理能力。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且兼具理論深度與實踐指導的數字信號處理知識體係，引領您踏入DSP的奇妙世界，掌握其核心原理，並能夠將其靈活應用於實際工程問題中。 第一部分：數字信號處理基礎理論 本部分將帶領讀者係統地學習數字信號處理的根基。我們將從信號與係統的基本概念入手，闡述模擬信號與數字信號的區彆，數字信號的采樣、量化和編碼過程，以及它們對信號信息保真度的影響。 第一章：信號與係統概述 信號的分類與錶示： 探討連續時間信號與離散時間信號的數學錶示方法，介紹周期信號、非周期信號、能量信號、功率信號等關鍵概念。 係統的基本性質： 深入剖析綫性、時不變、因果性、穩定性等係統性質，理解它們在係統分析與設計中的重要性。 捲積定理： 詳細闡述捲積運算在 LTI（綫性時不變）係統分析中的核心作用，揭示係統響應與輸入信號之間的關係。 傅裏葉級數與傅裏葉變換： 講解周期信號和非周期信號的頻譜分析方法，引入離散傅裏葉變換（DFT）及其性質，為後續的濾波器設計和信號分析奠定基礎。 第二章：離散時間信號分析 Z變換及其性質： 詳細介紹Z變換作為傅裏葉變換在離散時間係統分析中的推廣，重點講解收斂域（ROC）、性質（如時移、乘法、微分等）以及反Z變換，這是分析和設計離散時間係統不可或缺的工具。 拉普拉斯變換與Z變換的關係： 闡述連續時間係統分析中的拉普拉斯變換與離散時間係統分析中的Z變換之間的對應關係，幫助讀者建立跨域理解。 傅裏葉級數與傅裏葉變換在離散信號分析中的應用： 重新審視離散時間傅裏葉級數（DTFS）和離散時間傅裏葉變換（DTFT）在分析周期和非周期離散信號頻譜特性方麵的作用。 第三章：離散時間係統分析 差分方程描述： 講解如何用差分方程來錶示和分析離散時間係統，理解其與係統衝擊響應（IR）之間的緊密聯係。 衝激響應（IR）與係統函數： 深入分析係統的衝激響應，它是錶徵 LTI 係統特性的關鍵，並介紹係統函數（傳遞函數）的概念及其在頻域和Z域分析中的應用。 係統穩定性分析： 利用Z變換的根軌跡和收斂域（ROC）來判斷係統的穩定性，這是係統設計的首要考慮因素。 頻率響應： 探討離散時間係統的頻率響應，分析係統對不同頻率信號的增益和相位變化，這對於濾波器設計至關重要。 第二部分：數字濾波器設計與實現 濾波器是數字信號處理中最重要和最常用的工具之一，用於選擇性地保留或抑製信號中的特定頻率成分。本部分將詳細介紹兩種主要的數字濾波器類型：無限衝激響應（IIR）濾波器和有限衝激響應（FIR）濾波器，並提供多種設計方法和實現策略。 第四章：無限衝激響應（IIR）濾波器 IIR濾波器的基本原理： 介紹IIR濾波器結構，其反饋特性帶來的優勢（計算量小，過渡帶陡峭）和潛在問題（穩定性）。 模擬濾波器原型設計： 講解巴特沃斯、切比雪夫（I型和II型）、橢圓等經典模擬濾波器原型，它們是設計IIR數字濾波器的基礎。 從模擬到數字的變換： 詳細闡述雙綫性變換法、脈衝不變法等將模擬濾波器原型轉化為數字濾波器的方法，並分析它們的優缺點。 IIR濾波器設計實例： 通過具體的低通、高通、帶通、帶阻濾波器設計實例，演示設計流程和參數選擇。 第五章：有限衝激響應（FIR）濾波器 FIR濾波器的基本原理： 介紹FIR濾波器結構，其無反饋特性帶來的優勢（綫性相位，穩定性）和劣勢（計算量相對較大）。 窗函數法設計： 講解利用各種窗函數（如矩形窗、漢寜窗、海明窗、布萊剋曼窗等）來截斷理想濾波器的衝激響應，並分析不同窗函數的頻譜泄漏特性和設計效果。 頻率采樣法設計： 介紹根據特定頻率點的幅度和相位響應來設計FIR濾波器的方法。 最優FIR濾波器設計（Parks-McClellan算法）： 深入探討Parks-McClellan算法，它能夠設計齣在特定頻帶內達到最小最大紋波的最優FIR濾波器，是FIR濾波器設計中非常重要和高效的算法。 FIR濾波器設計實例： 通過實例演示不同設計方法的應用，包括低通、高通、帶通、帶阻FIR濾波器的設計。 第六章：數字濾波器實現 直接型結構： 講解FIR和IIR濾波器最基本的直接型實現結構。 規範型結構： 介紹係數和諧振型的結構，能夠減少係數數量和提高數值穩定性。 級聯型和並聯型結構： 探討如何將濾波器分解為多個子濾波器進行級聯或並聯實現，以提高設計靈活性和性能。 硬件實現考慮： 討論在DSP芯片或FPGA上實現數字濾波器的硬件資源消耗、運算速度和精度問題。 第三部分：數字信號處理的進階理論與應用 在掌握瞭數字濾波器設計的基礎上，本部分將進一步拓展DSP的應用範圍，深入探討更復雜的信號處理技術，並介紹一些關鍵的DSP應用領域。 第七章：離散傅裏葉變換（DFT）及其快速算法（FFT） DFT的詳細性質： 深入研究DFT的各種性質，如周期性、對稱性、綫性捲積與循環捲積的關係等。 快速傅裏葉變換（FFT）： 詳細講解Cooley-Tukey等經典的FFT算法，包括蝶形運算、信號流圖等，解釋如何大幅度降低DFT的計算復雜度，使其在實際應用中成為可能。 FFT在頻譜分析中的應用： 演示如何利用FFT快速準確地計算信號的頻譜，實現頻譜分析、頻率檢測等功能。 FFT在捲積運算中的應用： 講解如何利用FFT實現綫性捲積，以及其在濾波器設計和係統模擬中的重要作用。 第八章：抽樣定理的深入理解與信號重建 奈奎斯特抽樣定理： 詳細闡述奈奎斯特抽樣定理，理解其保證信號信息不失真恢復的條件。 混疊現象及其避免： 深入分析混疊現象的産生原因，以及通過抗混疊濾波器和閤適的抽樣率來避免混疊的方法。 信號重建（插值）： 講解如何根據抽樣後的離散信號，利用插值技術（如sinc插值、多項式插值等）來重建連續時間信號。 第九章：現代譜估計算法 經典譜估計算法： 迴顧周期圖法、Welch法等基於DFT的譜估計算法，並分析它們的局限性（如分辨率和方差問題）。 參數化譜估計算法： 介紹AR模型、MA模型、ARMA模型等信號建模方法，以及基於這些模型的譜估計算法（如Burg法、Yule-Walker法等），它們能夠獲得更高的頻率分辨率。 高分辨率譜估計算法： 探討MUSIC、ESPRIT等現代高分辨率譜估計算法，它們在陣列信號處理、雷達等領域具有重要的應用價值。 第十章：自適應信號處理 自適應濾波器的基本原理： 介紹自適應濾波器的工作機製，即濾波器參數能夠根據輸入信號的統計特性自動調整。 最小均方（LMS）算法： 詳細講解LMS算法，這是最簡單、最常用的自適應算法之一，並分析其收斂性能。 遞歸最小二乘（RLS）算法： 介紹RLS算法，它具有更快的收斂速度，但計算復雜度更高。 自適應濾波器的應用： 探討自適應濾波器的實際應用，如噪聲消除、迴聲消除、信道均衡、自適應均衡等。 第四部分：數字信號處理的應用實例 本部分將精選幾個典型的DSP應用領域，結閤前麵所學的理論知識，展示DSP如何在實際工程中發揮關鍵作用。 第十一章：語音信號處理 語音信號的特性： 分析語音信號的聲學特性、發音機製以及其在時域和頻域的特點。 語音編碼： 介紹脈衝編碼調製（PCM）、綫性預測編碼（LPC）、碼激勵綫性預測（CELP）等主流語音編碼技術，以及它們在減小傳輸帶寬、提高存儲效率方麵的作用。 語音識彆與閤成： 簡要介紹語音識彆的基本流程（預處理、特徵提取、模式匹配、決策）和語音閤成的技術原理。 聲紋識彆： 探討如何利用DSP技術對說話人的身份進行識彆。 第十二章：圖像與視頻信號處理 圖像信號的錶示與處理： 介紹數字圖像的二維離散錶示，以及灰度、顔色空間等概念。 圖像增強與復原： 講解空間域和頻率域的圖像增強技術（如對比度拉伸、直方圖均衡化、濾波等），以及圖像復原技術（如運動模糊復原、噪聲去除等）。 圖像壓縮： 介紹離散餘弦變換（DCT）、小波變換等在圖像壓縮中的應用，如JPEG和MPEG標準。 視頻信號處理基礎： 簡要介紹視頻信號的幀結構、運動估計與補償等基本概念。 第十三章：通信係統中的DSP應用 數字調製解調： 介紹ASK、FSK、PSK、QAM等數字調製方式，以及相應的解調技術。 信道編碼與解碼： 講解糾錯碼（如海明碼、捲積碼、Turbo碼、LDPC碼）在提高通信可靠性方麵的作用。 OFDM技術： 深入介紹正交頻分復用（OFDM）技術，其在高速率無綫通信（如Wi-Fi、LTE）中的廣泛應用，以及其基於IFFT/FFT的實現原理。 均衡技術： 討論在存在多徑效應的信道中，如何利用DSP技術進行信道均衡，消除碼間串擾。 結論 數字信號處理是一門既有深厚理論基礎又充滿實際應用價值的學科。本書從最基本的概念齣發，逐步深入到復雜的算法和前沿的應用，旨在幫助讀者構建一個紮實的DSP知識體係。通過理論學習與案例分析相結閤，讀者將能夠深刻理解DSP的強大威力，並將其應用於解決各種工程挑戰。掌握DSP技術，就是在現代科技浪潮中立於不敗之地的關鍵競爭力之一。希望本書能夠成為您學習和探索DSP世界的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示質量，簡直是業界標杆。我經常在閱讀其他技術書籍時遇到插圖模糊不清、綫條交錯復雜到無法辨認的問題，但這本完全沒有這種睏擾。每一張係統框圖、每一個波形圖，都清晰銳利，色彩運用得當，關鍵的信號流路徑一目瞭然。特彆是那些涉及到時域和頻域變換的對比圖，作者用不同的顔色和標記符號將瞬態響應和穩態特性區分得非常到位，使得抽象的數學概念瞬間變得具象化。另外，書中對不同DSP架構特點的對比分析也做得非常到位，比如德州儀器、意法半導體等主流平颱的指令集特性和內存訪問模式差異，作者都進行瞭細緻的剖析，這對於讀者在項目初期選擇閤適的硬件平颱時，提供瞭非常寶貴的參考意見。我記得有一次我被一個棘手的實時中斷延遲問題睏擾瞭很久，後來翻閱書中關於中斷服務程序（ISR）設計與優化那一章時，作者提齣的關於最小化ISR執行時間、使用DMA卸載數據搬運的策略，一下子點醒瞭我。很多時候，我們總是在代碼邏輯上找問題，卻忽略瞭底層硬件交互的效率瓶頸，這本書讓我重新審視瞭“快”的真正含義。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實吸引人，那種深邃的藍色調，搭配著簡潔有力的白色字體，一眼就能看齣它的專業性和深度。拿到手裏，首先感覺到的是紙張的質感，很紮實，不像有些技術書籍那樣輕易就覺得廉價。翻開目錄，章節的劃分邏輯清晰得令人贊嘆，從基礎的數字信號處理概念，到復雜的濾波器設計，再到實時的係統實現，步步為營，構建瞭一個完整的知識體係。尤其值得一提的是，作者在講解理論推導時，並沒有采取那種晦澀難懂的純數學轟炸，而是巧妙地穿插瞭大量的工程實踐中的例子。比如，在講解FFT算法時，他不僅僅給齣瞭公式，還結閤瞭實際的頻譜分析需求，讓讀者能真切地體會到“為什麼要這麼做”以及“這樣做有什麼好處”。這種理論與實踐緊密結閤的敘述方式，極大地降低瞭初學者入門的門檻，同時也能讓有經驗的工程師從中找到新的視角來審視自己的工作。作者的語言風格非常嚴謹，但又不失生動，很多復雜的概念都能用非常形象的比喻來解釋，比如用“信息的高速公路”來形容數據流的處理，讓人茅塞頓開。我個人非常欣賞作者對細節的把控，即便是一個小小的代碼片段，注釋也寫得詳盡到位，幾乎沒有歧義，這對於需要自己動手搭建實驗平颱的讀者來說，簡直是福音。這本書無疑是為那些真正想在DSP領域深耕的人準備的精品，它不僅僅是一本工具書，更像是一位經驗豐富的老工程師在旁邊手把手地指導你成長。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我最初抱著試試看的心態買瞭這本關於DSP控製的書，畢竟市麵上這方麵的資料汗牛充棟，真正能沉下心來讀完並覺得獲益匪淺的，屈指可數。但這本書，完全超齣瞭我的預期。它的敘事節奏把握得極其精準，你知道嗎，很多技術書籍讀起來就像在攀登一座陡峭的山峰，上來就是一堆公式和定義，讓人望而卻步。而這本書則像是被設計瞭一條平緩但持續嚮上的步道，每走一步，你都能看到新的風景，心境也隨之開闊。我特彆喜歡它在介紹新型控製算法時的那種前瞻性，沒有固步自封於傳統的PID控製，而是深入探討瞭如模型預測控製（MPC）在嵌入式係統中的優化實現。作者顯然對當前工業界麵臨的實時性挑戰有著深刻的理解，書中的案例設計都緊密圍繞著資源受限的微控製器環境展開，這對於我們這些做物聯網和邊緣計算的工程師來說，簡直是太及時雨瞭。而且，書中對軟硬件協同設計的論述也達到瞭一個新的高度，它沒有將軟件和硬件割裂開來，而是強調瞭在硬件選型階段就必須考慮算法的並行性和緩存效率，這種係統級的思維方式，是我在其他許多書籍中未曾見過的深度和廣度。讀完這本，我感覺自己對整個控製係統的理解不再是零散的知識點堆砌，而是一個結構完整、邏輯自洽的工程體係。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在校研究生，我深知教材的局限性，它們往往過於強調理論的完整性而犧牲瞭工程的實用性。然而，張老師的這本著作成功地架起瞭這座橋梁。它沒有迴避復雜的數學，比如Z變換和拉普拉斯變換在數字控製中的應用，但它處理這些內容的方式是“實用至上”的。它會告訴你，在實際的嵌入式DSP編程中，哪些數學公式可以被更高效的查找錶或近似算法替代，以及在犧牲多少精度的情況下能換來多大的運算速度提升。這種“工程權衡”的藝術，纔是真正的核心競爭力。書中對固定點數運算的專題討論尤其深刻，這幾乎是所有資源受限平颱繞不開的坎。作者不僅解釋瞭為什麼需要固定點數，更重要的是，他提供瞭詳細的溢齣檢測、量化誤差分析的實用工具和方法論，甚至附帶瞭在特定微處理器上進行定點數乘法纍加（MAC）操作的匯編級優化技巧。閱讀這些內容時，我仿佛能聽到作者在耳邊低語：“記住，在嵌入式世界裏，每一個時鍾周期都極其寶貴。”這種教導遠勝於教科書上乾巴巴的理論定義，它教會的是一種解決問題的思維範式。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我感到驚喜的是它對於前沿研究熱點的關注和整閤能力。它不僅僅局限於傳統的數字控製領域，而是將目光投嚮瞭當下最火熱的機器學習在實時控製中的應用，比如輕量級的神經網絡模型如何部署到資源受限的DSP芯片上進行傳感器數據的實時分類和異常檢測。作者並沒有泛泛而談，而是給齣瞭具體的案例：如何利用量化感知訓練（QAT）來壓縮模型，以及如何利用DSP的SIMD指令集來加速矩陣運算。這錶明作者對於該領域的技術發展有著持續的追蹤和深入的思考，而不是簡單地將舊知識重新包裝。此外，書中對調試和驗證流程的重視也值得稱贊。它提供瞭一套從軟件仿真（如MATLAB/Simulink）到硬件在環（HIL）測試的完整流程建議，強調瞭“不經過嚴格驗證的DSP代碼就是不可信的代碼”。對於需要進行産品認證或對可靠性要求極高的應用場景來說，這種嚴謹的驗證理念至關重要。總而言之，這是一部麵嚮未來、兼顧當下工程實際的典範之作，它的價值將隨著技術的迭代而持續增值。