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) 张小鸣 9787302185 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：29305794884

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)

定价：53.00元

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：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.840kg

编辑推荐

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内容提要

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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

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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

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文摘

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序言

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《DSP数字信号处理器原理与应用》 一、 引言：驾驭数字信号处理的强大引擎 在当今信息爆炸的时代，数字信号处理（DSP）技术扮演着至关重要的角色，它渗透到我们生活的方方面面，从高清影音播放、智能语音助手，到医疗影像分析、工业自动化控制，无不依赖于DSP技术的强大能力。数字信号处理器（DSP）作为这一技术的“心脏”，以其超乎寻常的计算速度和优化的指令集，成为实现复杂信号处理算法的理想选择。 本书旨在为读者系统地阐述DSP数字信号处理器的核心原理，并深入探讨其在各个领域的实际应用。我们力求通过详实的内容、清晰的逻辑和生动的实例，帮助读者建立对DSP技术全面而深刻的理解，掌握利用DSP芯片解决实际工程问题的能力。无论您是电子信息、电气工程、计算机科学等相关专业的学生，还是希望在相关领域进行技术深造的工程师，本书都将是您探索DSP奥秘、解锁数字世界潜能的得力助手。 二、 DSP数字信号处理器核心原理：深入理解其“大脑”与“神经” 理解DSP，首先需要洞悉其与传统微处理器在架构和指令集上的根本差异。本书将从以下几个关键维度，逐步揭示DSP的独特魅力。 1. DSP的独特架构：为高速运算而生 哈佛架构与改进型哈佛架构： 与冯·诺依曼架构的通用性不同，DSP普遍采用哈佛或改进型哈佛架构。这意味着指令存储器和数据存储器是分开的，允许同时进行指令的读取和数据的访问，极大地提高了处理效率。我们将详细分析这种架构如何打破“内存瓶颈”，实现指令流和数据流的并行处理。 专用硬件单元： DSP芯片集成了大量为信号处理任务优化的硬件单元，例如： MAC单元（乘加单元）： 这是DSP最核心的组成部分，能够在单个时钟周期内完成乘法和加法运算，对于滤波、卷积等核心算法至关重要。我们将深入解析MAC单元的工作原理及其在算法实现中的效率优势。 DMA控制器（直接存储器访问）： 允许DSP在CPU的干预最小的情况下，直接在外部设备和内部存储器之间传输数据，减轻CPU负担，提高系统吞吐量。 硬件定时器与中断控制器： 用于精确的时间控制和事件响应，对于实时信号采集和处理至关重要。 流水线技术： DSP广泛采用深度流水线技术，将一条指令的执行过程分解为多个阶段，不同指令的不同阶段可以并行执行，进一步提升了指令吞吐率。我们将剖析流水线的工作机制，以及如何通过指令调度来优化流水线效率。 2. DSP的指令集：为信号处理量身定制 向量指令： DSP指令集包含了大量针对向量运算的指令，能够一次性对多个数据进行相同的操作，显著提高了数据处理的并行度。 特殊指令： 例如饱和运算指令、算术移位指令等，这些指令能够高效地执行信号处理中常见的特定操作，避免了传统处理器中需要多条指令才能完成的任务。 汇编语言编程： 虽然高级语言可以用于DSP开发，但深入理解DSP的汇编语言对于充分发挥其性能至关重要。本书将引导读者理解DSP汇编语言的基本语法和常用指令，并介绍如何通过汇编语言优化关键算法。 3. DSP的存储器结构：高效的数据访问 片内RAM/ROM： 高速片内存储器用于存放程序代码和数据，减少对外部存储器的访问延迟。 片外存储器接口： 能够连接外部SDRAM、Flash等，以满足更大容量的代码和数据存储需求。 多通道缓冲串行端口（McBSP）： 专门用于高效地传输串行数字音频或数据，在音频和通信领域是必不可少的接口。 其他外设接口： 如SPI、I2C、UART等，用于与传感器、ADC/DAC、显示器等外部设备进行通信。 三、 DSP算法的实现：从理论到实践的桥梁 理解了DSP的硬件特性，下一步便是如何将经典的数字信号处理算法高效地移植到DSP平台上。本书将重点关注以下几类算法的实现。 1. 滤波器设计与实现 FIR（有限冲激响应）滤波器： 介绍FIR滤波器的基本原理，如移动平均滤波器、窗函数设计法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱叶窗等）、频率采样法。重点讲解如何在DSP上高效实现FIR滤波器的卷积运算，包括直接形式、转置形式以及利用MAC单元进行优化。 IIR（无限冲激响应）滤波器： 介绍IIR滤波器的基本原理，如双二阶段结构、格子结构等。分析IIR滤波器相比FIR滤波器的优势（阶数低、计算量小）和劣势（稳定性问题），并讲解如何在DSP上实现其差分方程，同样强调利用MAC单元和指令集优化。 自适应滤波器： 如LMS（最小均方）算法，讲解其工作原理和在噪声消除、均衡等方面的应用，以及在DSP上的实现策略。 2. 傅里叶变换与频谱分析 离散傅里叶变换（DFT）： 介绍DFT的定义和计算复杂性。 快速傅里叶变换（FFT）： 深入讲解FFT算法（如Cooley-Tukey算法），包括蝶形运算、重排等关键步骤。重点在于如何在DSP上高效实现FFT，例如利用位反转算法、蝶形运算流水线等技术，最大化利用DSP的并行计算能力。 短时傅里叶变换（STFT）和连续小波变换（CWT）： 介绍这些时频分析方法，并讨论其在DSP上的实现挑战和策略。 3. 其他关键算法 卷积与相关： 讲解DSP中卷积和相关运算的数学原理，并展示如何通过硬件加速实现高效计算。 离散余弦变换（DCT）： 在图像和视频压缩中发挥重要作用，介绍其基本原理和DSP实现。 语音信号处理算法： 如语音编码（如LPC）、语音识别（如DTW）等，介绍这些算法在DSP上的实现特点。 四、 DSP的应用实践：从理论到工程落地的飞跃 理论的海洋最终要汇入工程应用的河流。本书将精选一系列典型的DSP应用案例，带领读者体验DSP技术在真实世界中的强大威力。 1. 通信系统： 调制解调器（Modem）： 讲解数字通信中基带信号的产生和接收，包括ASK、FSK、PSK、QAM等调制方式的DSP实现。 信道编码与解码： 如卷积码、Turbo码的译码器实现，以及它们在提高通信可靠性方面的作用。 软件无线电（SDR）： 介绍SDR的概念，以及DSP如何在SDR中实现射频前端的数字化和信号处理。 2. 音频处理： 数字音频编码与解码： 如MP3、AAC、PCM等音频格式的编码器和解码器实现，探讨DSP如何高效处理高采样率的音频数据。 音频效果处理： 如混响、均衡、压缩、降噪等音频效果的DSP实现。 语音识别与合成： 介绍语音信号的特征提取、模式匹配等关键技术，以及DSP在其中的角色。 3. 图像与视频处理： 图像增强与滤波： 如边缘检测、平滑、锐化等图像处理算法在DSP上的实现。 图像压缩： 如JPEG、MPEG等图像和视频压缩标准中的DCT、量化、熵编码等环节的DSP实现。 实时视频分析： 如目标检测、运动跟踪等在嵌入式DSP上的应用。 4. 控制系统： 数字PID控制器： 讲解数字PID控制器在DSP上的实现，及其在电机控制、伺服系统等领域的应用。 电机控制： 如无刷直流电机（BLDC）、永磁同步电机（PMSM）的矢量控制等复杂算法的DSP实现。 工业自动化： 在传感器数据采集、信号滤波、逻辑控制等方面的DSP应用。 5. 其他新兴应用： 医疗诊断设备： 如心电图（ECG）、超声波成像等领域的信号处理。 汽车电子： 如ABS、ESP、ADAS（高级驾驶辅助系统）等。 物联网（IoT）： 在传感器数据融合、低功耗通信等方面的应用。 五、 学习方法与建议： 为了帮助读者更好地掌握DSP技术，本书提供以下学习建议： 理论与实践相结合： 在学习DSP原理的同时，务必动手实践。利用开发板、仿真工具，亲手实现算法，观察运行效果。 理解DSP芯片的数据手册（Datasheet）： 数据手册是DSP芯片最权威的参考资料，理解其内容是高效使用DSP的关键。 掌握汇编语言： 尽管高级语言方便开发，但要深入理解DSP的性能，掌握汇编语言是必要的。 关注DSP生态系统： 了解不同厂商的DSP产品系列，以及配套的开发工具和软件库。 阅读经典文献与案例： 学习他人成功的经验和解决方案，不断拓展视野。 六、 结论：开启数字信号处理新篇章 数字信号处理器以其独特的优势，正在以前所未有的速度推动着技术革新。本书希望通过对DSP原理的深入剖析和对丰富应用场景的展现，激发读者对DSP技术的浓厚兴趣，并为其在未来的学习和工作中打下坚实的基础。掌握DSP技术，就是掌握了驾驭数字信号的强大引擎，就能在瞬息万变的科技浪潮中，创造出更多令人惊叹的数字奇迹。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，第一感觉就是它的内容肯定非常扎实，作为“高等院校电子信息与电气学科特色教材”，它的内容必然是经过精心打磨的，内容深度和广度都应该能够满足高校教学的要求。我一直对DSP处理器在信号处理领域的强大能力感到惊叹，但同时也对其复杂性感到望而却步。我希望这本书能够成为我进入DSP世界的引路人，帮助我系统地建立起对DSP的认知框架。我期待它能够从DSP处理器的基本结构和工作原理讲起，例如其独特的指令集、乘加累加（MAC）单元、以及各种硬件加速器的作用。在此基础上，深入讲解如何利用DSP实现各种经典的信号处理算法，如数字滤波器、FFT、以及相关的各种变换。更重要的是，我希望书中能提供丰富的应用案例，例如在音频信号处理中的降噪、回声消除，在图像处理中的边缘检测、滤波，或者在通信系统中的调制解调器设计等。如果这些应用案例能够详细介绍其原理、算法实现以及在实际系统中的部署，那我相信这本书的实用价值将是无与伦比的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当朴实，一种经典的教材风格，没有太多花哨的图形，直接点明了主题“DSP控制器原理及应用”，副标题“高等院校电子信息与电气学科特色教材”也暗示了其定位和深度。作者张小鸣的名字虽然在专业领域不算家喻户晓，但凭借这本教材，我相信他一定在DSP领域有着深厚的积累。我个人对DSP一直充满好奇，尤其是在数字信号处理日益重要的今天，无论是通信、音频、图像还是控制系统，DSP都扮演着核心角色。我一直在寻找一本能够系统性介绍DSP原理，并且能结合实际应用的教材，能够让我从理论基础一步步构建起对DSP的理解，而不是停留在零散的知识点上。这本书的出版信息，特别是其“特色教材”的定位，让我对它寄予了厚望。我期待它能提供清晰的理论讲解，深入剖析DSP的架构、指令集、以及各种信号处理算法是如何在DSP平台上实现的。同时，应用部分也是我最看重的，希望它能涵盖一些典型的DSP应用案例，例如滤波器设计、FFT实现、以及在嵌入式系统中的集成等，这样我才能更好地将理论知识转化为实践能力，真正掌握DSP这门技术。

评分☆☆☆☆☆

从一个初学者兼实践者的角度来看，这本书的出版，对于许多希望深入了解DSP技术的读者来说，无疑是一场及时雨。我一直觉得，理论知识如果不能落地，就很难产生真正的价值。这本书的“应用”二字，在书名中占据了重要的位置，这让我对它充满了期待。我希望它不仅仅是理论的堆砌，更是一本能够指导实践的工具书。比如，在介绍完某个DSP算法原理后，能够提供相应的伪代码或者实际的C语言代码片段，并解释其在DSP处理器上的实现细节，包括如何优化代码以充分发挥DSP的性能。此外，我非常关注书中在实际工程项目中的案例分析。例如，如何在嵌入式系统中集成DSP，如何进行硬件选型，如何进行软件开发流程，以及如何对DSP系统进行调试和性能优化。如果书中能够提供一些完整的项目案例，从需求分析到最终实现，都能有详细的描述，那将是极大的帮助。这样，我才能真正理解DSP在解决实际工程问题中的强大能力，并能将其应用到我自己的项目开发中。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最直观的感受是它的权威性和系统性。作为一本高等院校的教材，它必然经过了严格的审校，内容也经过了精心的编排，以确保其知识的准确性和完整性。副标题中的“电子信息与电气学科特色教材”更是点出了它的目标受众和专业侧重点，这意味着它不仅会讲解通用的DSP原理，还会特别关注在这些学科领域内的应用和技术特点。我对于DSP的理解，很大程度上是零散的，通过一些零散的论文和技术文档学习。这本书的出现，就像给我提供了一张完整的地图，能够帮助我理清DSP技术发展的脉络，理解各种DSP处理器架构的演进，以及不同架构在性能、功耗、成本等方面的取舍。我特别期待它在DSP的底层原理，例如流水线技术、哈佛/冯·诺依曼架构、以及各种加速硬件的介绍上能有详尽的阐述。同时，高级的应用部分，比如在实时控制系统中的应用，如何利用DSP实现高精度的实时控制，以及在通信系统中的调制解调、信道编码等方面的应用，如果能有详细的案例分析和代码示例，那将极大地提升这本书的学习价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题就非常有吸引力，尤其是“DSP控制器原理及应用”这几个字，直接点出了它所涵盖的核心内容。作为一名正在学习电子信息专业的学生，我深知DSP技术在现代电子工程中的重要性，无论是通信、控制还是嵌入式系统，都离不开DSP的应用。然而，市面上关于DSP的教材良莠不齐，很多教材要么过于理论化，缺乏实际操作的指导，要么过于偏重某一个厂商的特定产品，不够普适。我希望这本书能够做到理论与实践的有机结合，既能深入讲解DSP的底层原理，例如指令集架构、流水线技术、中断处理等，又能结合实际的应用场景，介绍如何利用DSP实现各种信号处理算法。我尤其看重它在“应用”部分的内容，比如在嵌入式系统中的DSP集成，如何进行硬件选型，软件开发流程，以及如何利用DSP实现一些典型的信号处理功能，例如音频解码、图像滤波、或者实时控制等。如果书中能提供一些具体的代码示例和工程项目案例，那将大大提升学习的效率和效果，让我能够更快地掌握DSP技术，并将其应用于实际的工程项目中。