DSP控製器原理及應用(高等院校電子信息與電氣學科特色教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張小鳴 著

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• 嵌入式係統
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齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302185741

商品編碼：29693467591

包裝：平裝

齣版時間：2009-02-01

基本信息

書名:DSP控製器原理及應用(高等院校電子信息與電氣學科特色教材)

：53.00元

售價：36.0元,便宜17.0元,摺扣67

作者:張小鳴

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2009-02-01

ISBN：9787302185741

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

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編輯推薦

內容提要

本文以TI（Texas Instruments，美國德州儀器公司）生産的TMS320C2000 的係列DSP芯片為主綫、TMS320LF2407A芯片為例，全麵介紹瞭TI2000係列DSP的硬件結構、接口技術、數值運算基礎、指令係統、程序結構與設計方法、CC(Code Composer，代碼生成器)集成開發環境、C編譯器、DSP匯編語言與C語言混閤編程規則、常用C語言函數庫、典型數字信號處理算法——快速傅裏葉換FFT、FIR數字濾波器、IIR數字濾波器的DSP實現方法等。詳細介紹瞭TMS320C2xx及TMS320LF2407A芯片的CPU結構、TMS320LF2407A的中斷係統、事件管理、ADC、SCI、SPI、CAN、通用I/O器、WD、PLL等豐富DSP集成外設模塊的軟硬件資源與編程方法，對選用DSP開發流程、結構閤理、重點突齣、內容翔實、通俗易懂，工程應用實例豐富。前10章附有習題與思考題，有助於教學與自學。
全書共分12章，章節安排符閤DSP 開發流程、結構閤理、重點突齣、內容翔實、通俗易懂，工程應用實例豐富。前10章附有習題與思考題，有助於教學與自學。
本文可作為普通高等院校自動化、通信工程、電子信息、計算機應用等專業本科或專科學生的“DSP控製器原理及應用”課程教材，也可供大科技人員與研究生自學參考。

目錄

章 DSP 概述
　1.1 DSP 概述
　　1.1.1 DSP 的兩種含義
　　1.1.2 DSP 芯片組成的數字信號處理係統結構
　1.2 DSP 芯片的主要應用領域
　1.3 DSP 芯片的主要應用領域
　1.4 DSP 芯片的分類
　　1.4.1 按數據格式分類
　　1.4.2 按用途分類
　1.5 DSP 芯片的主要特點
　　1.5.1 高集成度
　　1.5.2 低功耗
　　1.5.3 高速度
　　1.5.4 開發工具更加完善
　1.6 DSP 芯片與單片機的關係
　　1.6.1 DSP 與 MCU
　　1.6.2 馮·諾伊曼結構與哈佛結構
　　1.6.3 CISC 與　RISC
　　1.6.4 DSP 與單片機融閤技術
　　1.6.5 DSP 與 FPGA 融閤技術
　　1.6.6 JTAG 仿真接口
　1.7 數值運算基礎
　　1.7.1 二進製補碼的定義
　　1.7.2 二進製補碼運算規則
　　1.7.3 二進製補碼運算溢齣問題
　　1.7.4 小數點定標與 Q 錶示法
　　1.7.5 二進製補碼的真值
　　1.7.6 二進製浮點數錶示法
　　1.7.7 二進製定點數位長擴展與符號擴展
　　1.7.8 十進製定點數與十進製實數的轉換公式
　　1.7.9 16 位十進製定點數與 C 語言 int 型變量之間的轉換
　習題與思考題
第2章 CPU 結構和存儲器配置
　2.1 TMS320LF2407A DSP 結構
　　2.1.1 TMS320LF2407A 結構
　　2.1.2 TMS320LF2407A 引腳圖
　　2.1.3 TMS320LF2407A 引腳功能
　2.2 TMS320LF2407A 總綫結構框圖
　　2.2.1 哈佛總綫框圖
　　2.2.2 多存儲器存取與雙存取 RAM
　2.3 TMS320LF2407A 內部結構
　　2.3.1 TMS320LF2407A CPU 功能模塊結構
　　2.3.2 C2xx DSP 內核結構圖
　　2.3.3 中央算術邏輯單元 CALU 及纍加器 ACC
　　2.3.4 輸入定標移位器
　　2.3.5 輸齣定標移位器
　　2.3.6 乘法器
　　2.3.7 輔助寄存器算術單元 ARAU 與當前 AR
　　2.3.8 狀態寄存器 STO 和 ST1
　2.4 TMS320LF2407A 存儲與 I/O 空間
　　2.4.1 存儲器映射圖
　　2.4.2 數據存儲器與外設寄存器映射圖
　　2.4.3 I/O 空間
　　2.4.4 外部程序存儲器擴展技術
　　2.4.5 數據存儲器擴展技術
　　2.4.6 I/O 空間擴展技術
　2.5 程序地址控製
　　2.5.1 程序地址生成器
　　2.5.2 硬堆棧與微堆棧
　習題與思考題
第3章 尋址方式與指令係統
　3.1 尋址方式
　　3.1.1 立即尋址方式
　　3.1.2 直接尋址方式
　　3.1.3 間接尋址方式
　3.2 指令係統
　　3.2.1 指令集分類與列錶
　　3.2.2 匯編指令詳解
　　3.2.3 匯編指令語法
　……
第4章 DSP 程序結構與設計方法
第5章 初始化配置與中斷係統
第6章 通用數字輸入引腳
第7章 事件管理器
第8章 ADC、SCI、SPI 外設模塊
第9章 CAN 控製器
0章 數字信號處理算法的 DSP 實現
1章 DSP 在高爆開關微機保護係統中的應用
2章 TMS320LF240xA 引導 ROM 程序——協議與接口
參考文獻

作者介紹

文摘

序言

數字信號處理（DSP）控製器原理與應用 一、 引言 數字信號處理（DSP）技術是現代電子信息與電氣工程領域的核心基石之一，其應用範圍涵蓋通信、醫療、工業控製、消費電子等幾乎所有與信號相關的領域。DSP控製器，作為實現復雜數字信號處理算法的硬件載體，其重要性不言而喻。它們能夠高效、精確地執行諸如濾波、變換、調製解調、特徵提取等任務，為智能化、高性能的係統設計提供瞭強大的支撐。 本書旨在係統深入地闡述DSP控製器的核心原理，並結閤豐富的實際應用案例，為高等院校電子信息與電氣學科的學生、科研人員以及工程技術人員提供一本全麵、深入的學習與參考資料。我們力求在理論深度與實踐可操作性之間取得平衡，既能讓讀者深刻理解DSP控製器的底層運作機製，又能掌握如何將其應用於解決實際工程問題。 二、 DSP控製器核心原理 1. 數字信號處理基礎概念迴顧 信號的數字化： 信號的采樣、量化、編碼過程，理解數字信號與模擬信號的區彆與聯係。 離散時間信號與係統： 單位脈衝響應、捲積、係統穩定性與因果性等基本概念。 Z變換與傅裏葉變換： 它們在分析離散時間係統中的作用，頻率域分析的重要性。 濾波器設計基礎： FIR與IIR濾波器的原理，通帶、阻帶、過渡帶的定義，設計指標及其意義。 2. DSP控製器的硬件架構 核心處理器（CPU）： DSP處理器特有的指令集，如MAC（乘纍加）操作的硬件支持，流水綫技術，低功耗設計考量。 片上存儲器： 程序存儲器（ROM/Flash）與數據存儲器（RAM）的類型、組織方式與訪問機製。 總綫結構： 地址總綫、數據總綫、控製總綫的作用，以及內部數據通路的設計。 外圍接口： 模數轉換器（ADC）與數模轉換器（DAC）： 采樣率、分辨率、量化誤差等參數的意義，以及它們與DSP控製器的集成方式。 定時器/計數器： 生成精確時間信號，實現周期性采樣與控製，實現PWM（脈衝寬度調製）輸齣。 中斷控製器： 響應外部事件，提高係統實時性，不同中斷優先級的設計。 DMA（直接存儲器訪問）控製器： 實現CPU與外設之間數據的直接傳輸，減輕CPU負擔，提高數據處理效率。 通信接口： UART, SPI, I2C, CAN, USB等，實現DSP控製器與其他設備之間的數據交換，構建分布式係統。 3. DSP控製器的核心指令與運算 MAC指令： DSP處理器最核心的指令之一，能夠在一個時鍾周期內完成乘法和纍加操作，極大地提升瞭捲積、濾波等運算的速度。 位操作指令： 用於數據位的高效操作，在控製和狀態管理中至關重要。 地址生成單元（AGU）： DSP處理器通常擁有特殊的AGU，支持塊地址尋址、位反轉尋址等，用於高效訪問數據存儲器，特彆是用於FFT（快速傅裏葉變換）等算法。 零開銷循環： DSP控製器支持零開銷循環機製，允許在不消耗CPU周期的情況下重復執行指令塊，適用於重復性強的信號處理算法。 4. DSP控製器的開發流程與工具鏈 硬件選型： 根據應用需求選擇閤適的DSP處理器，考慮性能、功耗、成本、接口等因素。 軟件開發環境（IDE）： 編譯器、匯編器、鏈接器、調試器等集成開發環境的組成與使用。 算法實現： C/C++語言編程： DSP處理器通常支持高級語言編程，如何編寫高效的DSP算法。 匯編語言優化： 在性能關鍵部分，可能需要使用匯編語言進行精細優化。 DSP庫函數： 利用供應商提供的優化庫，如TMS320C6000係列中的DSPLIB、Image Library等，加速開發。 仿真與調試： 軟件仿真、硬件仿真器、在綫調試技術，確保算法的正確性與係統的穩定性。 嵌入式係統設計： 操作係統（RTOS）的應用，任務調度，內存管理，驅動程序開發。 三、 DSP控製器的典型應用 1. 通信係統 基帶信號處理： 調製解調、信道編碼/解碼、均衡等。 語音處理： 迴聲消除、噪聲抑製、語音編碼/解碼（如MP3, AAC）。 無綫通信： 蜂窩網絡基站、手機、Wi-Fi設備中的信號處理。 軟件定義無綫電（SDR）： 利用DSP的靈活性實現多種無綫通信協議。 2. 工業控製與自動化 電機控製： 矢量控製、直接轉矩控製等，實現高精度、高效率的電機驅動。 過程控製： PID控製器的高速、高精度實現，數據采集與分析。 機器人控製： 運動控製、傳感器數據融閤、路徑規劃。 工業視覺： 圖像采集、特徵提取、目標識彆與跟蹤。 3. 音頻與視頻處理 音頻編解碼： MP3, AAC, Dolby Digital等。 音頻效果器： 混響、均衡、壓縮等。 視頻編碼/解碼： H.264, H.265等（雖然更專業的芯片如ASIC/FPGA也常用，但DSP在嵌入式係統中仍有應用）。 圖像處理： 降噪、邊緣檢測、圖像增強。 4. 醫療電子 醫學成像： 超聲波、CT、MRI等設備中的信號處理與圖像重建。 生物信號處理： 心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）信號的采集、濾波與分析。 助聽器： 聲音信號的增強與降噪。 醫療設備控製： 監護儀、呼吸機等。 5. 汽車電子 音頻係統： 車載音響的信號處理。 導航係統： GPS信號處理，地圖數據處理。 高級駕駛輔助係統（ADAS）： 雷達、攝像頭數據的處理，目標檢測與跟蹤。 動力總成控製： 發動機、變速箱的電子控製單元（ECU）中的部分信號處理。 6. 消費電子 數碼相機： 圖像信號處理。 MP3播放器、智能手機： 音頻、視頻編解碼，以及各種APP中的信號處理。 智能傢居設備： 語音識彆、傳感器數據處理。 四、 DSP控製器的未來發展趨勢 1. 多核與異構集成： 單核DSP性能已接近瓶頸，多核DSP和將DSP核心與CPU、GPU等其他處理單元集成到同一芯片將成為主流，以應對日益增長的計算需求。 2. 低功耗設計： 隨著便攜式設備和物聯網（IoT）的普及，對DSP控製器的功耗要求越來越高，低功耗設計技術將持續發展。 3. AI與機器學習的融閤： DSP控製器將越來越多地集成AI推理能力，用於邊緣端的智能應用，如語音識彆、圖像識彆、異常檢測等。 4. 專用指令集與加速器： 針對特定算法（如FFT、捲積、矩陣運算）的專用指令集和硬件加速器將不斷湧現，進一步提升處理效率。 5. 軟件定義和可編程性： 軟件定義無綫電（SDR）和軟件定義網絡（SDN）等理念將進一步推動DSP控製器的可編程性和靈活性，使其能夠適應不斷變化的應用需求。 6. 與FPGA/ASIC的協同： 在一些高性能場景下，DSP控製器將與FPGA（現場可編程門陣列）或ASIC（專用集成電路）協同工作，利用各自的優勢完成復雜的係統設計。 五、 結論 DSP控製器作為實現數字信號處理的關鍵硬件平颱，其技術發展日新月異，應用領域不斷拓展。掌握DSP控製器的核心原理、開發技術以及典型應用，對於培養新一代電子信息與電氣工程領域的優秀人纔至關重要。本書的編寫，正是希望能夠為讀者構建一個紮實的理論基礎，並提供清晰的實踐指引，幫助大傢理解並駕馭這一強大而靈活的技術，為未來的科技創新貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

如果說有什麼地方讓我覺得需要多花些時間去消化的，那大概就是其中涉及的某些高級算法的數學推導部分瞭。雖然我理解，要真正掌握DSP的精髓，這些基礎是繞不過去的，但對於初次接觸的同學而言，可能需要結閤配套的習題和參考資料反復研讀。不過，正是這種對深度的堅守，使得這本書的價值得以凸顯——它不是一本淺嘗輒止的入門手冊，而是一本能夠伴隨工程師走過多個項目周期的進階參考書。作者在這些復雜推導後，總會給齣清晰的“結論提煉”，用通俗的語言總結齣公式背後的物理意義和工程含義，這無疑是給理解力稍弱的讀者架起瞭一座橋梁，確保我們不會在數學的迷霧中迷失方嚮，而是能把握住核心的工程價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和印刷質量真是令人眼前一亮，封麵設計簡潔大氣，字體選擇也很考究，讓人一看就知道是正經的學術著作。內頁紙張的質感也很好，墨色清晰，排版布局閤理，閱讀體驗非常舒適。作為一本麵嚮電子信息與電氣學科的教材，它在細節上的用心可見一斑，這對於長時間麵對書本學習的我們來說，無疑是一個加分項。特彆是那些復雜的公式和電路圖，印製得非常清晰銳利，即便是初學者也能較快地捕捉到關鍵信息，不容易産生閱讀疲勞。書本的開本適中，方便攜帶和在不同場閤翻閱。整體來看，它不僅僅是一本工具書，更像是一件精心製作的工藝品，讓人願意拿起它來鑽研。這種對物理形態的重視，往往也暗示著內容編排上的嚴謹性，讓人對後續的學習充滿期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我感到驚喜的是其豐富的案例庫和配套資源的豐富性。書後附帶的光盤或者在綫資源中，提供的不僅僅是課後習題的答案，更包含瞭若乾個基於真實工業場景的項目源碼框架。這些框架代碼結構清晰，注釋詳盡，是教科書範例的完美延伸。我嘗試著跑通瞭其中關於自適應濾波器的實例，發現代碼效率很高，並且作者在代碼中融入瞭許多工程實踐中纔會注意到的細節處理，例如看門狗定時器的使用、低功耗模式的切換等。這種將理論知識“落地”的實踐導嚮，極大地提升瞭學習的成就感和解決實際問題的能力。一本好的教材，理應如此，它不僅教會你“是什麼”，更要教會你“怎麼做”，而這本教材在這方麵做得非常齣色，絕對是值得投入時間的經典之作。

評分☆☆☆☆☆

我過去翻閱過不少關於嵌入式係統和實時控製的書籍，但很多要麼過於偏重理論的數學推導，讓應用工程師望而卻步；要麼就是過於偏重某一特定平颱的代碼實現，使得知識的普適性很差。然而，這本書巧妙地找到瞭一個完美的平衡點。它在保證核心理論嚴謹性的同時，花瞭大量的篇幅來探討不同類型DSP芯片（比如德州儀器和ADI係列）在實際應用中的特性差異和編程陷阱。這種“跨平颱”的視角，讓讀者在掌握通用原理後，能夠更靈活地應對不同廠商硬件的需求。我尤其喜歡其中關於中斷服務程序（ISR）編寫和流水綫優化那一節，講解得深入且透徹，對於提升代碼執行效率具有極強的指導意義，這在實時性要求極高的工業控製領域是至關重要的技能點。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容組織邏輯性強得驚人，從最基礎的數字信號處理概念齣發，循序漸進地過渡到具體的控製器設計和應用實例，整個知識體係構建得非常紮實。我特彆欣賞作者在引入新概念時，總是能用最直觀的方式進行闡釋，很少齣現那種晦澀難懂、讓人摸不著頭腦的跳躍式講解。比如在介紹濾波器設計章節時，作者不僅給齣瞭理論推導，還緊密結閤瞭實際的軟件仿真結果進行對比分析，這種“理論+實踐”的雙重教學模式，極大地加深瞭對抽象概念的理解。對於我們這些需要將理論知識快速轉化為工程能力的學習者來說，這種詳盡且貼閤實際的講解路徑簡直是太友好瞭。它沒有停留在概念的堆砌上，而是真正做到瞭“授人以漁”，教會我們如何係統性地思考和解決問題。