DSP控制器原理及应用(高等院校电子信息与电气学科特色教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张小鸣 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302185741

商品编码：29693467591

包装：平装

出版时间：2009-02-01

基本信息

书名:DSP控制器原理及应用(高等院校电子信息与电气学科特色教材)

：53.00元

售价：36.0元,便宜17.0元,折扣67

作者:张小鸣

出版社：清华大学出版社

出版日期：2009-02-01

ISBN：9787302185741

字数：

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版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.840kg

编辑推荐

内容提要

本文以TI（Texas Instruments，美国德州仪器公司）生产的TMS320C2000 的系列DSP芯片为主线、TMS320LF2407A芯片为例，全面介绍了TI2000系列DSP的硬件结构、接口技术、数值运算基础、指令系统、程序结构与设计方法、CC(Code Composer，代码生成器)集成开发环境、C编译器、DSP汇编语言与C语言混合编程规则、常用C语言函数库、典型数字信号处理算法——快速傅里叶换FFT、FIR数字滤波器、IIR数字滤波器的DSP实现方法等。详细介绍了TMS320C2xx及TMS320LF2407A芯片的CPU结构、TMS320LF2407A的中断系统、事件管理、ADC、SCI、SPI、CAN、通用I/O器、WD、PLL等丰富DSP集成外设模块的软硬件资源与编程方法，对选用DSP开发流程、结构合理、重点突出、内容翔实、通俗易懂，工程应用实例丰富。前10章附有习题与思考题，有助于教学与自学。
全书共分12章，章节安排符合DSP 开发流程、结构合理、重点突出、内容翔实、通俗易懂，工程应用实例丰富。前10章附有习题与思考题，有助于教学与自学。
本文可作为普通高等院校自动化、通信工程、电子信息、计算机应用等专业本科或专科学生的“DSP控制器原理及应用”课程教材，也可供大科技人员与研究生自学参考。

目录

章 DSP 概述
　1.1 DSP 概述
　　1.1.1 DSP 的两种含义
　　1.1.2 DSP 芯片组成的数字信号处理系统结构
　1.2 DSP 芯片的主要应用领域
　1.3 DSP 芯片的主要应用领域
　1.4 DSP 芯片的分类
　　1.4.1 按数据格式分类
　　1.4.2 按用途分类
　1.5 DSP 芯片的主要特点
　　1.5.1 高集成度
　　1.5.2 低功耗
　　1.5.3 高速度
　　1.5.4 开发工具更加完善
　1.6 DSP 芯片与单片机的关系
　　1.6.1 DSP 与 MCU
　　1.6.2 冯·诺伊曼结构与哈佛结构
　　1.6.3 CISC 与　RISC
　　1.6.4 DSP 与单片机融合技术
　　1.6.5 DSP 与 FPGA 融合技术
　　1.6.6 JTAG 仿真接口
　1.7 数值运算基础
　　1.7.1 二进制补码的定义
　　1.7.2 二进制补码运算规则
　　1.7.3 二进制补码运算溢出问题
　　1.7.4 小数点定标与 Q 表示法
　　1.7.5 二进制补码的真值
　　1.7.6 二进制浮点数表示法
　　1.7.7 二进制定点数位长扩展与符号扩展
　　1.7.8 十进制定点数与十进制实数的转换公式
　　1.7.9 16 位十进制定点数与 C 语言 int 型变量之间的转换
　习题与思考题
第2章 CPU 结构和存储器配置
　2.1 TMS320LF2407A DSP 结构
　　2.1.1 TMS320LF2407A 结构
　　2.1.2 TMS320LF2407A 引脚图
　　2.1.3 TMS320LF2407A 引脚功能
　2.2 TMS320LF2407A 总线结构框图
　　2.2.1 哈佛总线框图
　　2.2.2 多存储器存取与双存取 RAM
　2.3 TMS320LF2407A 内部结构
　　2.3.1 TMS320LF2407A CPU 功能模块结构
　　2.3.2 C2xx DSP 内核结构图
　　2.3.3 中央算术逻辑单元 CALU 及累加器 ACC
　　2.3.4 输入定标移位器
　　2.3.5 输出定标移位器
　　2.3.6 乘法器
　　2.3.7 辅助寄存器算术单元 ARAU 与当前 AR
　　2.3.8 状态寄存器 STO 和 ST1
　2.4 TMS320LF2407A 存储与 I/O 空间
　　2.4.1 存储器映射图
　　2.4.2 数据存储器与外设寄存器映射图
　　2.4.3 I/O 空间
　　2.4.4 外部程序存储器扩展技术
　　2.4.5 数据存储器扩展技术
　　2.4.6 I/O 空间扩展技术
　2.5 程序地址控制
　　2.5.1 程序地址生成器
　　2.5.2 硬堆栈与微堆栈
　习题与思考题
第3章 寻址方式与指令系统
　3.1 寻址方式
　　3.1.1 立即寻址方式
　　3.1.2 直接寻址方式
　　3.1.3 间接寻址方式
　3.2 指令系统
　　3.2.1 指令集分类与列表
　　3.2.2 汇编指令详解
　　3.2.3 汇编指令语法
　……
第4章 DSP 程序结构与设计方法
第5章 初始化配置与中断系统
第6章 通用数字输入引脚
第7章 事件管理器
第8章 ADC、SCI、SPI 外设模块
第9章 CAN 控制器
0章 数字信号处理算法的 DSP 实现
1章 DSP 在高爆开关微机保护系统中的应用
2章 TMS320LF240xA 引导 ROM 程序——协议与接口
参考文献

作者介绍

文摘

序言

数字信号处理（DSP）控制器原理与应用 一、 引言 数字信号处理（DSP）技术是现代电子信息与电气工程领域的核心基石之一，其应用范围涵盖通信、医疗、工业控制、消费电子等几乎所有与信号相关的领域。DSP控制器，作为实现复杂数字信号处理算法的硬件载体，其重要性不言而喻。它们能够高效、精确地执行诸如滤波、变换、调制解调、特征提取等任务，为智能化、高性能的系统设计提供了强大的支撑。 本书旨在系统深入地阐述DSP控制器的核心原理，并结合丰富的实际应用案例，为高等院校电子信息与电气学科的学生、科研人员以及工程技术人员提供一本全面、深入的学习与参考资料。我们力求在理论深度与实践可操作性之间取得平衡，既能让读者深刻理解DSP控制器的底层运作机制，又能掌握如何将其应用于解决实际工程问题。 二、 DSP控制器核心原理 1. 数字信号处理基础概念回顾 信号的数字化： 信号的采样、量化、编码过程，理解数字信号与模拟信号的区别与联系。 离散时间信号与系统： 单位脉冲响应、卷积、系统稳定性与因果性等基本概念。 Z变换与傅里叶变换： 它们在分析离散时间系统中的作用，频率域分析的重要性。 滤波器设计基础： FIR与IIR滤波器的原理，通带、阻带、过渡带的定义，设计指标及其意义。 2. DSP控制器的硬件架构 核心处理器（CPU）： DSP处理器特有的指令集，如MAC（乘累加）操作的硬件支持，流水线技术，低功耗设计考量。 片上存储器： 程序存储器（ROM/Flash）与数据存储器（RAM）的类型、组织方式与访问机制。 总线结构： 地址总线、数据总线、控制总线的作用，以及内部数据通路的设计。 外围接口： 模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）： 采样率、分辨率、量化误差等参数的意义，以及它们与DSP控制器的集成方式。 定时器/计数器： 生成精确时间信号，实现周期性采样与控制，实现PWM（脉冲宽度调制）输出。 中断控制器： 响应外部事件，提高系统实时性，不同中断优先级的设计。 DMA（直接存储器访问）控制器： 实现CPU与外设之间数据的直接传输，减轻CPU负担，提高数据处理效率。 通信接口： UART, SPI, I2C, CAN, USB等，实现DSP控制器与其他设备之间的数据交换，构建分布式系统。 3. DSP控制器的核心指令与运算 MAC指令： DSP处理器最核心的指令之一，能够在一个时钟周期内完成乘法和累加操作，极大地提升了卷积、滤波等运算的速度。 位操作指令： 用于数据位的高效操作，在控制和状态管理中至关重要。 地址生成单元（AGU）： DSP处理器通常拥有特殊的AGU，支持块地址寻址、位反转寻址等，用于高效访问数据存储器，特别是用于FFT（快速傅里叶变换）等算法。 零开销循环： DSP控制器支持零开销循环机制，允许在不消耗CPU周期的情况下重复执行指令块，适用于重复性强的信号处理算法。 4. DSP控制器的开发流程与工具链 硬件选型： 根据应用需求选择合适的DSP处理器，考虑性能、功耗、成本、接口等因素。 软件开发环境（IDE）： 编译器、汇编器、链接器、调试器等集成开发环境的组成与使用。 算法实现： C/C++语言编程： DSP处理器通常支持高级语言编程，如何编写高效的DSP算法。 汇编语言优化： 在性能关键部分，可能需要使用汇编语言进行精细优化。 DSP库函数： 利用供应商提供的优化库，如TMS320C6000系列中的DSPLIB、Image Library等，加速开发。 仿真与调试： 软件仿真、硬件仿真器、在线调试技术，确保算法的正确性与系统的稳定性。 嵌入式系统设计： 操作系统（RTOS）的应用，任务调度，内存管理，驱动程序开发。 三、 DSP控制器的典型应用 1. 通信系统 基带信号处理： 调制解调、信道编码/解码、均衡等。 语音处理： 回声消除、噪声抑制、语音编码/解码（如MP3, AAC）。 无线通信： 蜂窝网络基站、手机、Wi-Fi设备中的信号处理。 软件定义无线电（SDR）： 利用DSP的灵活性实现多种无线通信协议。 2. 工业控制与自动化 电机控制： 矢量控制、直接转矩控制等，实现高精度、高效率的电机驱动。 过程控制： PID控制器的高速、高精度实现，数据采集与分析。 机器人控制： 运动控制、传感器数据融合、路径规划。 工业视觉： 图像采集、特征提取、目标识别与跟踪。 3. 音频与视频处理 音频编解码： MP3, AAC, Dolby Digital等。 音频效果器： 混响、均衡、压缩等。 视频编码/解码： H.264, H.265等（虽然更专业的芯片如ASIC/FPGA也常用，但DSP在嵌入式系统中仍有应用）。 图像处理： 降噪、边缘检测、图像增强。 4. 医疗电子 医学成像： 超声波、CT、MRI等设备中的信号处理与图像重建。 生物信号处理： 心电图（ECG）、脑电图（EEG）信号的采集、滤波与分析。 助听器： 声音信号的增强与降噪。 医疗设备控制： 监护仪、呼吸机等。 5. 汽车电子 音频系统： 车载音响的信号处理。 导航系统： GPS信号处理，地图数据处理。 高级驾驶辅助系统（ADAS）： 雷达、摄像头数据的处理，目标检测与跟踪。 动力总成控制： 发动机、变速箱的电子控制单元（ECU）中的部分信号处理。 6. 消费电子 数码相机： 图像信号处理。 MP3播放器、智能手机： 音频、视频编解码，以及各种APP中的信号处理。 智能家居设备： 语音识别、传感器数据处理。 四、 DSP控制器的未来发展趋势 1. 多核与异构集成： 单核DSP性能已接近瓶颈，多核DSP和将DSP核心与CPU、GPU等其他处理单元集成到同一芯片将成为主流，以应对日益增长的计算需求。 2. 低功耗设计： 随着便携式设备和物联网（IoT）的普及，对DSP控制器的功耗要求越来越高，低功耗设计技术将持续发展。 3. AI与机器学习的融合： DSP控制器将越来越多地集成AI推理能力，用于边缘端的智能应用，如语音识别、图像识别、异常检测等。 4. 专用指令集与加速器： 针对特定算法（如FFT、卷积、矩阵运算）的专用指令集和硬件加速器将不断涌现，进一步提升处理效率。 5. 软件定义和可编程性： 软件定义无线电（SDR）和软件定义网络（SDN）等理念将进一步推动DSP控制器的可编程性和灵活性，使其能够适应不断变化的应用需求。 6. 与FPGA/ASIC的协同： 在一些高性能场景下，DSP控制器将与FPGA（现场可编程门阵列）或ASIC（专用集成电路）协同工作，利用各自的优势完成复杂的系统设计。 五、 结论 DSP控制器作为实现数字信号处理的关键硬件平台，其技术发展日新月异，应用领域不断拓展。掌握DSP控制器的核心原理、开发技术以及典型应用，对于培养新一代电子信息与电气工程领域的优秀人才至关重要。本书的编写，正是希望能够为读者构建一个扎实的理论基础，并提供清晰的实践指引，帮助大家理解并驾驭这一强大而灵活的技术，为未来的科技创新贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我过去翻阅过不少关于嵌入式系统和实时控制的书籍，但很多要么过于偏重理论的数学推导，让应用工程师望而却步；要么就是过于偏重某一特定平台的代码实现，使得知识的普适性很差。然而，这本书巧妙地找到了一个完美的平衡点。它在保证核心理论严谨性的同时，花了大量的篇幅来探讨不同类型DSP芯片（比如德州仪器和ADI系列）在实际应用中的特性差异和编程陷阱。这种“跨平台”的视角，让读者在掌握通用原理后，能够更灵活地应对不同厂商硬件的需求。我尤其喜欢其中关于中断服务程序（ISR）编写和流水线优化那一节，讲解得深入且透彻，对于提升代码执行效率具有极强的指导意义，这在实时性要求极高的工业控制领域是至关重要的技能点。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到惊喜的是其丰富的案例库和配套资源的丰富性。书后附带的光盘或者在线资源中，提供的不仅仅是课后习题的答案，更包含了若干个基于真实工业场景的项目源码框架。这些框架代码结构清晰，注释详尽，是教科书范例的完美延伸。我尝试着跑通了其中关于自适应滤波器的实例，发现代码效率很高，并且作者在代码中融入了许多工程实践中才会注意到的细节处理，例如看门狗定时器的使用、低功耗模式的切换等。这种将理论知识“落地”的实践导向，极大地提升了学习的成就感和解决实际问题的能力。一本好的教材，理应如此，它不仅教会你“是什么”，更要教会你“怎么做”，而这本教材在这方面做得非常出色，绝对是值得投入时间的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

如果说有什么地方让我觉得需要多花些时间去消化的，那大概就是其中涉及的某些高级算法的数学推导部分了。虽然我理解，要真正掌握DSP的精髓，这些基础是绕不过去的，但对于初次接触的同学而言，可能需要结合配套的习题和参考资料反复研读。不过，正是这种对深度的坚守，使得这本书的价值得以凸显——它不是一本浅尝辄止的入门手册，而是一本能够伴随工程师走过多个项目周期的进阶参考书。作者在这些复杂推导后，总会给出清晰的“结论提炼”，用通俗的语言总结出公式背后的物理意义和工程含义，这无疑是给理解力稍弱的读者架起了一座桥梁，确保我们不会在数学的迷雾中迷失方向，而是能把握住核心的工程价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和印刷质量真是令人眼前一亮，封面设计简洁大气，字体选择也很考究，让人一看就知道是正经的学术著作。内页纸张的质感也很好，墨色清晰，排版布局合理，阅读体验非常舒适。作为一本面向电子信息与电气学科的教材，它在细节上的用心可见一斑，这对于长时间面对书本学习的我们来说，无疑是一个加分项。特别是那些复杂的公式和电路图，印制得非常清晰锐利，即便是初学者也能较快地捕捉到关键信息，不容易产生阅读疲劳。书本的开本适中，方便携带和在不同场合翻阅。整体来看，它不仅仅是一本工具书，更像是一件精心制作的工艺品，让人愿意拿起它来钻研。这种对物理形态的重视，往往也暗示着内容编排上的严谨性，让人对后续的学习充满期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容组织逻辑性强得惊人，从最基础的数字信号处理概念出发，循序渐进地过渡到具体的控制器设计和应用实例，整个知识体系构建得非常扎实。我特别欣赏作者在引入新概念时，总是能用最直观的方式进行阐释，很少出现那种晦涩难懂、让人摸不着头脑的跳跃式讲解。比如在介绍滤波器设计章节时，作者不仅给出了理论推导，还紧密结合了实际的软件仿真结果进行对比分析，这种“理论+实践”的双重教学模式，极大地加深了对抽象概念的理解。对于我们这些需要将理论知识快速转化为工程能力的学习者来说，这种详尽且贴合实际的讲解路径简直是太友好了。它没有停留在概念的堆砌上，而是真正做到了“授人以渔”，教会我们如何系统性地思考和解决问题。