HJ DSP控製器原理與應用技術(工業和信息化部“十二五”規劃教材) 978711536 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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姚睿，付大豐，儲劍波 著

圖書標籤:

• DSP
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• 應用
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• 數字信號處理
• 工業控製
• 教材
• 通信
• 嵌入式係統

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齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115362773

商品編碼：29296072206

包裝：平裝

齣版時間：2014-08-01

基本信息

書名：DSP控製器原理與應用技術(工業和信息化部“十二五”規劃教材)

定價：39.00元

作者：姚睿,付大豐,儲劍波

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2014-08-01

ISBN：9787115362773

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書選擇TI C2000中32位浮點處理器TMS320F28335為例，全麵介紹瞭DSP控製器的原理與應用技術。全書共分8章，係統地講述瞭DSP的基本概念、硬件基礎、軟件開發基礎、基本外設及其應用開發方法、常用控製類和通信類外設模塊原理及其應用開發方法、應用係統設計方法，以及基於Proteus的DSP係統設計與仿真方法。全書內容詳實，通俗易懂，章節安排符閤DSP開發流程，結構閤理、重點突齣、應用實例豐富。每章配有內容提要，附有習題與思考題，便於教學與自學。通過本書的學習，讀者可以由淺入深地掌握DSP控製器原理與開發應用技術。

本書可作為普通高等院校相關專業研究生、高年級本科學生的DSP控製器原理與技術應用類課程教材，也可供科技人員自學時參考。

目錄

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章 緒論1
1.1 概述1
1.1.1 數字信號處理及其實現方法1
1.1.2 DSP的主要特點2
1.2 DSP的發展及應用3
1.2.1 DSP的發展3
1.2.2 DSP的典型應用4
1.3 DSP應用係統及其設計開發5
1.3.1 DSP應用係統的構成5
1.3.2 DSP應用係統的設計方法5
1.4 典型DSP簡介6
1.4.1 市場上DSP概況6
1.4.2 TI的DSP處理器概況6
1.4.3 TMS320C2000係列DSP控製器7
1.5 TMS320F28335 DSP控製器簡介9
1.5.1 TMS320F28335芯片封裝和引腳9
1.5.2 TMS320F28335 DSP控製器性能概述10
1.6 DSP控製器的基本原理和學習方法11
習題與思考題12
第2章 硬件基礎13
2.1 內部功能結構13
2.1.1 總體結構及功能模塊概述13
2.1.2 總綫結構與流水綫14
2.2 中央處理單元16
2.2.1 C28x CPU執行單元16
2.2.2 C28x CPU兼容模式18
2.2.3 C28x CPU寄存器組18
2.2.4 浮點處理單元FPU及其寄存器組21
2.3 存儲器與存儲空間22
2.3.1 存儲空間映射22
2.3.2 片內存儲器配置22
2.3.3 外部存儲器接口24
2.4 時鍾源模塊24
2.4.1 概述24
2.4.2 各子模塊及其控製25
2.5 電源與係統復位30
2.5.1 供電電源30
2.5.2 係統復位30
習題與思考題30
第3章 軟件開發基礎32
3.1 DSP軟件開發流程32
3.2 匯編程序開發基礎33
3.2.1 尋址方式與指令係統33
3.2.2 公共目標文件格式36
3.2.3 匯編程序開發40
3.3 C/C 程序開發基礎42
3.3.1 TMS320x28xx C/C 優化編譯器42
3.3.2 C/C 編程基礎44
3.4 C/C 和匯編混閤編程48
3.4.1 C/C 編譯器運行環境48
3.4.2 C/C 和匯編接口52
3.4.3 混閤編程方法53
3.5 集成開發環境及其應用57
3.5.1 集成開發環境簡介57
3.5.2 DSP應用程序開發調試示例60
3.5.3 程序燒寫66
3.5.4 通用擴展語言（GEL）簡介66
3.5.5 DSP/BIOS工具簡介67
3.6 基於示例模闆的驅動程序開發67
3.6.1 驅動程序開發包簡介67
3.6.2 外設寄存器訪問的硬件抽象層方法68
3.6.3 片內外設驅動程序示例文件模闆71
3.6.4 驅動程序設計方法72
習題與思考題72
第4章 基本外設及其應用開發75
4.1 通用數字輸入/輸齣（GPIO）模塊75
4.1.1 GPIO模塊結構與工作原理75
4.1.2 GPIO寄存器76
4.1.3 GPIO模塊應用示例80
4.2 中斷管理係統83
4.2.1 中斷管理係統概述83
4.2.2 各級中斷及其管理84
4.2.3 中斷響應過程87
4.2.4 中斷嚮量錶及其映射與描述88
4.3 CPU定時器92
4.3.1 CPU定時器結構與工作原理92
4.3.2 CPU定時器的寄存器92
4.3.3 CPU定時器中斷示例93
習題與思考題94
第5章 控製類外設及其應用開發96
5.1　增強脈寬調製（ePWM）模塊96
5.1.1　ePWM模塊結構及工作原理96
5.1.2　ePWM各子模塊及其控製98
5.1.3 ePWM應用示例109
5.1.4 高精度脈寬調製模塊111
5.2 增強捕獲（eCAP）模塊112
5.2.1 捕獲模式下結構及工作原理113
5.2.2 APWM模式下結構及工作原理114
5.2.3 eCAP中斷控製115
5.2.4 eCAP模塊的寄存器115
5.2.5 eCAP應用示例116
5.3 增強正交編碼脈衝（eQEP）模塊119
5.3.1 光電編碼器工作原理119
5.3.2 eQEP模塊結構及工作原理120
5.3.3 eQEP子模塊及其控製120
5.3.4 eQEP中斷控製129
5.3.5 eQEP應用示例130
5.4 模/數轉換（ADC）模塊134
5.4.1 ADC模塊結構及工作原理134
5.4.2 ADC模塊的寄存器141
5.4.3 ADC模塊應用示例144
習題與思考題145
第6章 通信類外設及其應用開發148
6.1　串行通信（SCI）模塊148
6.1.1　SCI模塊的結構與工作原理148
6.1.2 SCI模塊的寄存器154
6.1.3 SCI模塊應用示例158
6.2　串行外設（SPI）模塊160
6.2.1　SPI模塊結構與工作原理160
6.2.2 SPI模塊的寄存器163
6.2.3 SPI模塊應用示例166
6.3 增強控製器局域網（eCAN）模塊168
6.3.1 CAN總綫及CAN幀格式168
6.3.2 eCAN結構與工作原理168
6.3.3 eCAN模塊的寄存器169
6.3.4 eCAN模塊的操作控製176
6.3.5 eCAN模塊應用示例180
6.4 多通道緩衝串口（McBSP）模塊182
6.4.1 McBSP的結構與工作原理182
6.4.2 McBSP寄存器185
6.4.3 McBSP模塊應用示例189
6.5 I2C總綫模塊192
6.5.1 I2C總綫的構成及信號類型192
6.5.2 I2C總綫模塊結構與工作原理192
6.5.3 I2C總綫模塊的寄存器193
6.5.4 I2C總綫模塊應用示例196
習題與思考題200
第7章 DSP應用係統設計201
7.1 DSP小係統設計201
7.1.1 電源電路設計201
7.1.2 復位電路設計204
7.1.3 時鍾電路設計205
7.1.4 JTAG接口電路設計205
7.1.5 3.3V和5V混閤邏輯係統接口設計205
7.1.6 外部存儲器擴展206
7.2 模數接口電路設計207
7.2.1 片內ADC模塊輸入保護電路設計208
7.2.2 並行ADC接口電路設計209
7.2.3 並行DAC接口電路設計210
7.2.4 擴展並行接口的訪問211
7.3 串行數據通信接口電路設計212
7.3.1 串行通信接口（SCI）212
7.3.2 串行外設接口（SPI）212
7.3.3 CAN總綫控製器接口213
7.3.4 I2C日曆時鍾電路設計213
7.4 人機接口及顯示電路設計217
7.4.1 鍵盤接口電路217
7.4.2 LED顯示電路218
7.4.3 LCD及其接口電路222
7.5 永磁同步電機DSP控製係統設計225
7.5.1 永磁同步電機的數學模型225
7.5.2 基於DSP的永磁同步電動機矢量控製係統設計227
習題與思考題237
第8章 基於Proteus的DSP係統設計與仿真238
8.1 Proteus開發環境簡介238
8.1.1 Proteus的軟件組成238
8.1.2 Proteus ISIS基本操作239
8.2 Proteus ISIS原理圖設計241
8.2.1 智能原理圖輸入流程241
8.2.2 原理圖繪製常用工具241
8.2.3 Proteus VSM虛擬係統模型244
8.3 DSP係統設計與仿真244
8.3.1 設計示例245
8.3.2 仿真示例251
習題與思考題252
附錄 176引腳LQFP封裝F28335引腳功能分配和描述253
參考文獻259

作者介紹

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文摘

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序言

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工業自動化控製係統中的關鍵技術：HJ DSP 控製器原理與應用 在現代工業生産日益精密化、智能化和自動化的浪潮中，高效、可靠的控製係統扮演著至關重要的角色。從復雜的機器人手臂到精密的生産綫，再到能源管理係統，無一不依賴於強大的計算能力和精確的算法來實現預期的功能。而數字信號處理器（DSP）作為一類專為高速數字信號處理而設計的微處理器，憑藉其在運算速度、並行處理能力和低功耗等方麵的獨特優勢，已成為構建高性能工業自動化控製係統的核心組件。 本文旨在深入探討DSP控製器在工業自動化領域的原理與應用技術，重點聚焦於如何利用DSP強大的處理能力，實現對各類工業過程的精確、實時和高效控製。我們將從DSP的基本原理齣發，逐步深入到其在工業控製係統中的具體應用，並結閤實際案例，展示DSP控製器如何解決工業生産中的實際問題，提升生産效率和産品質量。 DSP 基礎原理：高效處理數字信號的引擎 DSP，即Digital Signal Processor，是一種微處理器，其核心在於其優化的架構和指令集，使其能夠以極高的效率執行大量的數學運算，尤其是乘纍加（MAC）運算，這在信號處理中是極其普遍的操作。與通用微處理器不同，DSP芯片通常集成瞭專門的硬件單元，如專用乘法器、纍加器、快速傅裏葉變換（FFT）單元等，極大地加速瞭信號處理過程。 理解DSP的原理，首先要關注其獨特的架構。DSP通常采用哈佛架構，將指令存儲器和數據存儲器分開，允許同時進行指令讀取和數據訪問，從而提高處理速度。此外，DSP還常常具備流水綫技術，將指令的執行過程分解成若乾個階段，並讓多個指令在不同階段並行執行，進一步提升吞吐量。 在指令集方麵，DSP擁有特殊的指令，能夠高效地執行數學運算，如MAC指令，可以在一個時鍾周期內完成一次乘法和一次加法，這對於數字濾波、頻譜分析等算法至關重要。同時，DSP的DMA（Direct Memory Access）控製器允許數據在處理器和外部設備之間直接傳輸，無需CPU的乾預，從而釋放CPU資源，專注於更復雜的控製任務。 DSP在處理數字信號的優勢主要體現在以下幾個方麵： 高速運算能力： DSP芯片內部的專用硬件和優化指令集，使其能夠完成每秒數百萬甚至數十億次的乘纍加運算，遠超通用處理器。 實時性： DSP能夠以極高的速度響應和處理輸入信號，滿足工業控製對實時性的嚴苛要求。 低功耗： 相比於通用處理器，DSP在完成特定任務時通常具有更高的能效比，這在電池供電或對散熱有嚴格要求的應用中尤為重要。 並行處理： DSP的架構設計支持高度的並行處理，能夠同時執行多個任務，進一步提升整體效率。 DSP 在工業自動化控製係統中的核心作用 工業自動化控製係統的目標是實現生産過程的無人化、智能化和高效化。DSP作為控製係統的“大腦”，扮演著至關重要的角色，其核心作用體現在以下幾個層麵： 1. 精確的運動控製 在需要精確控製物體位置、速度和加速度的工業場景中，例如機器人、數控機床、伺服驅動等，DSP的快速響應和高精度運算能力是不可或缺的。DSP可以接收編碼器、傳感器等反饋信號，通過復雜的PID（比例-積分-微分）控製器、模糊邏輯控製器、模型預測控製器等算法，計算齣精確的控製量，並將其輸齣給執行器（如電機驅動器），實現對運動軌跡的精準追蹤和控製。 PID控製： DSP能夠高效地實現PID算法，根據誤差信號的當前值、纍積值和變化率，實時調整輸齣，實現穩定、精確的控製。 更高級的控製算法： 對於更復雜的動態係統，DSP可以承載如自適應控製、模糊控製、神經網絡控製等更高級的算法，以應對非綫性、時變等復雜工況。 多軸聯動控製： 在機器人和大型機床上，需要實現多個軸之間的協同運動。DSP強大的計算能力和實時性使其能夠處理復雜的運動規劃和軌跡生成，實現平滑、精確的多軸聯動。 2. 信號采集與處理 工業生産過程中會産生大量的傳感信號，如溫度、壓力、流量、振動、圖像等。DSP能夠高效地對這些模擬信號進行采樣、量化，並通過數字濾波、特徵提取、模式識彆等算法進行處理，提取有用的信息，為後續的決策和控製提供依據。 數字濾波： 工業環境通常存在噪聲乾擾，DSP可以高效地實現低通、高通、帶通等數字濾波器，去除噪聲，提取純淨的信號。 數據采集與預處理： DSP能夠高速采集多個傳感器的數據，並進行必要的預處理，如校準、單位轉換等。 狀態監測與診斷： 通過對振動、聲學等信號的分析，DSP可以實現設備的狀態監測和早期故障診斷，避免生産中斷，降低維護成本。 機器視覺： 在自動化檢測和質量控製領域，DSP可以用於圖像采集、圖像增強、目標檢測、特徵提取等，實現對産品外觀、尺寸等的自動化檢測。 3. 通信與聯網 現代工業係統需要實現設備之間的互聯互通，以及與上位機、雲平颱的通信。DSP可以集成各種通信接口（如CAN、Ethernet、RS-485等），並實現相應的通信協議棧，使得控製單元能夠與其他設備進行高效、可靠的數據交換。 現場總綫通信： DSP支持CAN、EtherCAT、Profibus等工業現場總綫，實現設備之間的高效實時通信。 網絡通信： DSP可以集成TCP/IP協議棧，實現與PLC、HMI、MES係統以及雲平颱的聯網通信，實現數據的上傳下載和遠程監控。 數據同步： 在分布式控製係統中，DSP能夠協調各控製單元的工作，確保數據的一緻性和同步性。 4. 能源管理與優化 隨著能源成本的不斷上升和環保要求的提高，工業生産的能源效率成為關注的焦點。DSP在能源管理和優化方麵也發揮著重要作用，例如： 電機驅動優化： DSP可以實現高效的電機控製算法，如矢量控製（FOC），最大限度地提高電機效率，降低能耗。 功率因數校正（PFC）： DSP可以實現實時PFC控製，提高電網的功率因數，減少無功損耗。 智能電網集成： DSP可以實現與智能電網的交互，根據電網的負荷情況和電價信息，優化生産調度，實現削峰填榖。 DSP 在不同工業領域的具體應用 DSP控製器在各個工業領域的應用可謂是百花齊放，其通用性和高性能使其能夠勝任各種復雜的控製任務。 製造業： 機器人控製： 高精度關節控製、路徑規劃、力反饋控製。 數控機床： 高速高精度加工軌跡生成與控製，刀具軌跡補償。 自動化生産綫： 生産設備間的協同控製，産品在綫檢測，物料搬運。 伺服驅動： 精密位置、速度、扭矩控製，能量再生。 能源行業： 風力發電機控製： 槳葉角度控製、偏航控製，最大限度地捕獲風能。 光伏逆變器： 最大功率點跟蹤（MPPT），電網同步控製，電能質量優化。 智能電網設備： 變電站自動化，配電網監測與控製。 汽車電子： 發動機控製單元（ECU）： 燃油噴射、點火正時、排放控製。 製動防抱死係統（ABS）、電子穩定程序（ESP）： 實時監測車輪狀態，快速調整製動力。 電動汽車動力總成控製： 電機控製、電池管理係統（BMS）。 航空航天： 飛行控製係統： 飛機的姿態、速度、方嚮控製。 導航與製導係統： 精確的定位和航跡保持。 發動機管理係統： 燃油供給、點火、排氣控製。 醫療設備： 醫療成像設備： CT、MRI等設備的掃描控製和圖像處理。 手術機器人： 精密的手臂控製和力反饋。 生命支持係統： 呼吸機、輸液泵等設備的精確控製。 DSP 控製器選型與開發考量 在選擇和開發DSP控製器時，需要考慮以下幾個關鍵因素： 性能需求： 根據應用場景對運算速度、實時性、功耗等方麵的要求，選擇閤適的DSP芯片。 外設接口： 確保DSP芯片提供足夠且符閤需求的通信接口、ADC/DAC、定時器等外設。 開發工具鏈： 評估廠商提供的編譯器、調試器、仿真器等開發工具是否成熟易用。 功耗與散熱： 對於嵌入式應用，功耗和散熱是重要的考量因素。 成本： 在滿足性能需求的前提下，選擇性價比高的DSP解決方案。 軟件生態係統： 考慮DSP的軟件庫、操作係統支持以及第三方支持情況。 DSP的開發通常涉及硬件平颱搭建、驅動程序編寫、應用程序開發以及係統集成等多個環節。熟練掌握DSP的開發語言（通常是C/C++），理解其指令集和寄存器操作，以及熟悉相關的算法實現，是成功開發DSP應用的關鍵。 結語 DSP控製器以其強大的計算能力、卓越的實時性以及靈活的編程特性，已經成為現代工業自動化控製係統不可或缺的核心部件。從基礎的信號處理到復雜的運動控製，再到智能化的決策與優化，DSP的應用範圍正在不斷拓展，為工業生産的智能化、高效化和綠色化發展注入瞭強勁的動力。隨著技術的不斷進步，新的DSP架構和更強大的處理能力將會不斷湧現，為工業自動化領域帶來更多創新與突破。理解DSP的原理與應用技術，對於從事工業自動化、嵌入式係統設計、機器人技術等領域的專業人士來說，具有極其重要的現實意義和長遠的戰略價值。

評分☆☆☆☆☆

作為一本被納入“十二五”規劃的教材，這本書在理論的係統性和前瞻性上做得非常到位。它沒有固步自封於某一特定版本的芯片架構，而是著眼於DSP技術棧的演進趨勢，即便是對較新推齣的功能模塊，也有相當篇幅的介紹和接口說明。從數據采集的精度保證，到通信協議（如CAN/EtherCAT）的底層實現，這本書提供瞭一個相當完整的知識閉環。它的敘事邏輯非常清晰，從最基本的時鍾源配置開始，逐步過渡到復雜的算法移植，層層遞進，環環相扣。即便是章節之間內容的切換，也處理得非常平滑，讓人感覺閱讀體驗是一種自然的知識積纍過程，而不是碎片信息的拼湊。這種結構上的嚴謹性，確保瞭讀者在掌握基礎後，能夠自信地將所學知識遷移到不同復雜度、不同側重點的工業控製項目中去，體現瞭教材應有的廣度和深度。

評分☆☆☆☆☆

這本書真正讓我感到驚喜的是它在“調試與故障排查”這一環節的處理方式。在實際的嵌入式開發中，代碼跑通隻是第一步，如何高效地發現和修復那些在特定工況下纔會暴露齣來的隱性Bug，纔是真正的挑戰。該書非常務實地介紹瞭利用DSP的片上調試工具（JTAG/SWD）進行斷點設置、寄存器實時監控以及內存映像分析的具體步驟和常用技巧。作者甚至模擬瞭幾個在實際項目中最常見的“死鎖”和“資源競爭”場景，並提供瞭基於DSP內部狀態機的診斷思路。這種強調實踐性診斷方法的講解，遠比教科書上常見的理論性描述要寶貴得多。它教會的不是如何寫齣“完美”的代碼，而是如何應對“必然齣錯”的現實，這對於每一個要對自己的産品負責任的工程師而言，是至關重要的軟技能。這本書成功地搭建瞭一座理論殿堂與實際車間之間的橋梁。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量可以說是工業教材中的上乘之作，這一點對於需要長時間研讀的讀者來說至關重要。紙張的觸感厚實，墨色濃淡適中，長時間盯著那些密集的程序代碼和波形圖也不會感到強烈的視覺疲勞，這極大提升瞭閱讀體驗。更讓我印象深刻的是，作者在講解一些關鍵算法，比如PID控製器的離散化和濾波器的設計時，並沒有止步於給齣標準公式，而是用瞭一種非常“接地氣”的方式，分析瞭不同參數設置在實際工況下可能産生的動態響應差異和潛在的性能瓶頸。這體現瞭作者深厚的工程經驗，而非純粹的學術堆砌。書中穿插的“注意事項”或“陷阱提示”環節，往往能精準地指齣初學者在硬件選型或軟件移植過程中容易忽略的細節問題，這種前瞻性的提醒，避免瞭我走許多彎路。總而言之，這本書的物理呈現和內容細節都展現齣對目標讀者群體的深切關懷，使得學習過程的效率和愉悅度都得到瞭顯著提升。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡約而專業，光是看到“HJ DSP控製器原理與應用技術”這幾個字，就立刻讓人聯想到精密、高效的工業控製領域。我最初翻開它的時候，是帶著一種既期待又略微忐忑的心情。期待是因為我確實需要一本係統闡述DSP在現代工業控製中應用的權威教材，而忐忑則是因為這類技術書籍往往內容深奧，晦澀難懂。然而，深入閱讀後，我發現作者在結構編排上著實下瞭一番苦功。它並非簡單地堆砌理論公式，而是非常巧妙地將復雜的數字信號處理理論與實際的HJ係列DSP控製器的硬件架構、編程接口緊密結閤起來。尤其是關於實時操作係統（RTOS）在其中的調度機製那幾章，講解得深入淺齣，即便是初次接觸嵌入式實時係統的人，也能通過書中的大量圖示和流程圖，迅速把握其核心思想。書中對中斷處理、定時器配置的實戰案例分析得極為細緻，簡直可以作為手把手的操作指南。這種理論深度與工程實踐的完美融閤，使得這本書不僅僅是一本教科書，更像是工程師案頭必備的參考手冊，為我們理解和開發高性能的工業自動化解決方案提供瞭堅實的理論基石和可操作的路綫圖。

評分☆☆☆☆☆

對於我們這些長期在産綫一綫工作的技術人員來說，最看重的就是知識的“即戰力”。翻閱這本書時，我一直在尋找那種能立刻在手中項目上得到驗證和應用的技術點。幸運的是，該書在最後幾章集中展示的幾種典型工業應用案例，如高精度伺服驅動的電流環控製，以及復雜的步進電機閉環控製策略，完全滿足瞭這一需求。這些案例不僅展示瞭如何調用HJ DSP特有的外設寄存器，更關鍵的是，它深入剖析瞭為什麼要選擇特定的采樣頻率和控製周期，這纔是決定最終産品性能的關鍵所在。書中對浮點運算單元（FPU）的優化使用技巧也值得稱贊，它揭示瞭如何在保證精度的同時，有效管理DSP的有限資源，這對追求極緻性能的工程師來說，簡直是如獲至寶。我甚至根據書中的一個優化實例，對我們現有産品中的一個控製模塊進行瞭重構，效果立竿見影，係統的響應時間成功縮短瞭近15%，這種直接的價值轉化，是任何其他宣傳材料都無法比擬的。