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) 張小鳴 9787302185 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張小鳴 著

圖書標籤:

• DSP
• 數字信號處理
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齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302185741

商品編碼：29305794884

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)

定價：53.00元

作者：張小鳴

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2009-02-01

ISBN：9787302185741

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.840kg

編輯推薦

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內容提要

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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

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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

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文摘

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序言

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《DSP數字信號處理器原理與應用》 一、 引言：駕馭數字信號處理的強大引擎 在當今信息爆炸的時代，數字信號處理（DSP）技術扮演著至關重要的角色，它滲透到我們生活的方方麵麵，從高清影音播放、智能語音助手，到醫療影像分析、工業自動化控製，無不依賴於DSP技術的強大能力。數字信號處理器（DSP）作為這一技術的“心髒”，以其超乎尋常的計算速度和優化的指令集，成為實現復雜信號處理算法的理想選擇。 本書旨在為讀者係統地闡述DSP數字信號處理器的核心原理，並深入探討其在各個領域的實際應用。我們力求通過詳實的內容、清晰的邏輯和生動的實例，幫助讀者建立對DSP技術全麵而深刻的理解，掌握利用DSP芯片解決實際工程問題的能力。無論您是電子信息、電氣工程、計算機科學等相關專業的學生，還是希望在相關領域進行技術深造的工程師，本書都將是您探索DSP奧秘、解鎖數字世界潛能的得力助手。 二、 DSP數字信號處理器核心原理：深入理解其“大腦”與“神經” 理解DSP，首先需要洞悉其與傳統微處理器在架構和指令集上的根本差異。本書將從以下幾個關鍵維度，逐步揭示DSP的獨特魅力。 1. DSP的獨特架構：為高速運算而生 哈佛架構與改進型哈佛架構： 與馮·諾依曼架構的通用性不同，DSP普遍采用哈佛或改進型哈佛架構。這意味著指令存儲器和數據存儲器是分開的，允許同時進行指令的讀取和數據的訪問，極大地提高瞭處理效率。我們將詳細分析這種架構如何打破“內存瓶頸”，實現指令流和數據流的並行處理。 專用硬件單元： DSP芯片集成瞭大量為信號處理任務優化的硬件單元，例如： MAC單元（乘加單元）： 這是DSP最核心的組成部分，能夠在單個時鍾周期內完成乘法和加法運算，對於濾波、捲積等核心算法至關重要。我們將深入解析MAC單元的工作原理及其在算法實現中的效率優勢。 DMA控製器（直接存儲器訪問）： 允許DSP在CPU的乾預最小的情況下，直接在外部設備和內部存儲器之間傳輸數據，減輕CPU負擔，提高係統吞吐量。 硬件定時器與中斷控製器： 用於精確的時間控製和事件響應，對於實時信號采集和處理至關重要。 流水綫技術： DSP廣泛采用深度流水綫技術，將一條指令的執行過程分解為多個階段，不同指令的不同階段可以並行執行，進一步提升瞭指令吞吐率。我們將剖析流水綫的工作機製，以及如何通過指令調度來優化流水綫效率。 2. DSP的指令集：為信號處理量身定製 嚮量指令： DSP指令集包含瞭大量針對嚮量運算的指令，能夠一次性對多個數據進行相同的操作，顯著提高瞭數據處理的並行度。 特殊指令： 例如飽和運算指令、算術移位指令等，這些指令能夠高效地執行信號處理中常見的特定操作，避免瞭傳統處理器中需要多條指令纔能完成的任務。 匯編語言編程： 雖然高級語言可以用於DSP開發，但深入理解DSP的匯編語言對於充分發揮其性能至關重要。本書將引導讀者理解DSP匯編語言的基本語法和常用指令，並介紹如何通過匯編語言優化關鍵算法。 3. DSP的存儲器結構：高效的數據訪問 片內RAM/ROM： 高速片內存儲器用於存放程序代碼和數據，減少對外部存儲器的訪問延遲。 片外存儲器接口： 能夠連接外部SDRAM、Flash等，以滿足更大容量的代碼和數據存儲需求。 多通道緩衝串行端口（McBSP）： 專門用於高效地傳輸串行數字音頻或數據，在音頻和通信領域是必不可少的接口。 其他外設接口： 如SPI、I2C、UART等，用於與傳感器、ADC/DAC、顯示器等外部設備進行通信。 三、 DSP算法的實現：從理論到實踐的橋梁 理解瞭DSP的硬件特性，下一步便是如何將經典的數字信號處理算法高效地移植到DSP平颱上。本書將重點關注以下幾類算法的實現。 1. 濾波器設計與實現 FIR（有限衝激響應）濾波器： 介紹FIR濾波器的基本原理，如移動平均濾波器、窗函數設計法（如矩形窗、漢寜窗、海明窗、布萊葉窗等）、頻率采樣法。重點講解如何在DSP上高效實現FIR濾波器的捲積運算，包括直接形式、轉置形式以及利用MAC單元進行優化。 IIR（無限衝激響應）濾波器： 介紹IIR濾波器的基本原理，如雙二階段結構、格子結構等。分析IIR濾波器相比FIR濾波器的優勢（階數低、計算量小）和劣勢（穩定性問題），並講解如何在DSP上實現其差分方程，同樣強調利用MAC單元和指令集優化。 自適應濾波器： 如LMS（最小均方）算法，講解其工作原理和在噪聲消除、均衡等方麵的應用，以及在DSP上的實現策略。 2. 傅裏葉變換與頻譜分析 離散傅裏葉變換（DFT）： 介紹DFT的定義和計算復雜性。 快速傅裏葉變換（FFT）： 深入講解FFT算法（如Cooley-Tukey算法），包括蝶形運算、重排等關鍵步驟。重點在於如何在DSP上高效實現FFT，例如利用位反轉算法、蝶形運算流水綫等技術，最大化利用DSP的並行計算能力。 短時傅裏葉變換（STFT）和連續小波變換（CWT）： 介紹這些時頻分析方法，並討論其在DSP上的實現挑戰和策略。 3. 其他關鍵算法 捲積與相關： 講解DSP中捲積和相關運算的數學原理，並展示如何通過硬件加速實現高效計算。 離散餘弦變換（DCT）： 在圖像和視頻壓縮中發揮重要作用，介紹其基本原理和DSP實現。 語音信號處理算法： 如語音編碼（如LPC）、語音識彆（如DTW）等，介紹這些算法在DSP上的實現特點。 四、 DSP的應用實踐：從理論到工程落地的飛躍 理論的海洋最終要匯入工程應用的河流。本書將精選一係列典型的DSP應用案例，帶領讀者體驗DSP技術在真實世界中的強大威力。 1. 通信係統： 調製解調器（Modem）： 講解數字通信中基帶信號的産生和接收，包括ASK、FSK、PSK、QAM等調製方式的DSP實現。 信道編碼與解碼： 如捲積碼、Turbo碼的譯碼器實現，以及它們在提高通信可靠性方麵的作用。 軟件無綫電（SDR）： 介紹SDR的概念，以及DSP如何在SDR中實現射頻前端的數字化和信號處理。 2. 音頻處理： 數字音頻編碼與解碼： 如MP3、AAC、PCM等音頻格式的編碼器和解碼器實現，探討DSP如何高效處理高采樣率的音頻數據。 音頻效果處理： 如混響、均衡、壓縮、降噪等音頻效果的DSP實現。 語音識彆與閤成： 介紹語音信號的特徵提取、模式匹配等關鍵技術，以及DSP在其中的角色。 3. 圖像與視頻處理： 圖像增強與濾波： 如邊緣檢測、平滑、銳化等圖像處理算法在DSP上的實現。 圖像壓縮： 如JPEG、MPEG等圖像和視頻壓縮標準中的DCT、量化、熵編碼等環節的DSP實現。 實時視頻分析： 如目標檢測、運動跟蹤等在嵌入式DSP上的應用。 4. 控製係統： 數字PID控製器： 講解數字PID控製器在DSP上的實現，及其在電機控製、伺服係統等領域的應用。 電機控製： 如無刷直流電機（BLDC）、永磁同步電機（PMSM）的矢量控製等復雜算法的DSP實現。 工業自動化： 在傳感器數據采集、信號濾波、邏輯控製等方麵的DSP應用。 5. 其他新興應用： 醫療診斷設備： 如心電圖（ECG）、超聲波成像等領域的信號處理。 汽車電子： 如ABS、ESP、ADAS（高級駕駛輔助係統）等。 物聯網（IoT）： 在傳感器數據融閤、低功耗通信等方麵的應用。 五、 學習方法與建議： 為瞭幫助讀者更好地掌握DSP技術，本書提供以下學習建議： 理論與實踐相結閤： 在學習DSP原理的同時，務必動手實踐。利用開發闆、仿真工具，親手實現算法，觀察運行效果。 理解DSP芯片的數據手冊（Datasheet）： 數據手冊是DSP芯片最權威的參考資料，理解其內容是高效使用DSP的關鍵。 掌握匯編語言： 盡管高級語言方便開發，但要深入理解DSP的性能，掌握匯編語言是必要的。 關注DSP生態係統： 瞭解不同廠商的DSP産品係列，以及配套的開發工具和軟件庫。 閱讀經典文獻與案例： 學習他人成功的經驗和解決方案，不斷拓展視野。 六、 結論：開啓數字信號處理新篇章 數字信號處理器以其獨特的優勢，正在以前所未有的速度推動著技術革新。本書希望通過對DSP原理的深入剖析和對豐富應用場景的展現，激發讀者對DSP技術的濃厚興趣，並為其在未來的學習和工作中打下堅實的基礎。掌握DSP技術，就是掌握瞭駕馭數字信號的強大引擎，就能在瞬息萬變的科技浪潮中，創造齣更多令人驚嘆的數字奇跡。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題就非常有吸引力，尤其是“DSP控製器原理及應用”這幾個字，直接點齣瞭它所涵蓋的核心內容。作為一名正在學習電子信息專業的學生，我深知DSP技術在現代電子工程中的重要性，無論是通信、控製還是嵌入式係統，都離不開DSP的應用。然而，市麵上關於DSP的教材良莠不齊，很多教材要麼過於理論化，缺乏實際操作的指導，要麼過於偏重某一個廠商的特定産品，不夠普適。我希望這本書能夠做到理論與實踐的有機結閤，既能深入講解DSP的底層原理，例如指令集架構、流水綫技術、中斷處理等，又能結閤實際的應用場景，介紹如何利用DSP實現各種信號處理算法。我尤其看重它在“應用”部分的內容，比如在嵌入式係統中的DSP集成，如何進行硬件選型，軟件開發流程，以及如何利用DSP實現一些典型的信號處理功能，例如音頻解碼、圖像濾波、或者實時控製等。如果書中能提供一些具體的代碼示例和工程項目案例，那將大大提升學習的效率和效果，讓我能夠更快地掌握DSP技術，並將其應用於實際的工程項目中。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最直觀的感受是它的權威性和係統性。作為一本高等院校的教材，它必然經過瞭嚴格的審校，內容也經過瞭精心的編排，以確保其知識的準確性和完整性。副標題中的“電子信息與電氣學科特色教材”更是點齣瞭它的目標受眾和專業側重點，這意味著它不僅會講解通用的DSP原理，還會特彆關注在這些學科領域內的應用和技術特點。我對於DSP的理解，很大程度上是零散的，通過一些零散的論文和技術文檔學習。這本書的齣現，就像給我提供瞭一張完整的地圖，能夠幫助我理清DSP技術發展的脈絡，理解各種DSP處理器架構的演進，以及不同架構在性能、功耗、成本等方麵的取捨。我特彆期待它在DSP的底層原理，例如流水綫技術、哈佛/馮·諾依曼架構、以及各種加速硬件的介紹上能有詳盡的闡述。同時，高級的應用部分，比如在實時控製係統中的應用，如何利用DSP實現高精度的實時控製，以及在通信係統中的調製解調、信道編碼等方麵的應用，如果能有詳細的案例分析和代碼示例，那將極大地提升這本書的學習價值。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，第一感覺就是它的內容肯定非常紮實，作為“高等院校電子信息與電氣學科特色教材”，它的內容必然是經過精心打磨的，內容深度和廣度都應該能夠滿足高校教學的要求。我一直對DSP處理器在信號處理領域的強大能力感到驚嘆，但同時也對其復雜性感到望而卻步。我希望這本書能夠成為我進入DSP世界的引路人，幫助我係統地建立起對DSP的認知框架。我期待它能夠從DSP處理器的基本結構和工作原理講起，例如其獨特的指令集、乘加纍加（MAC）單元、以及各種硬件加速器的作用。在此基礎上，深入講解如何利用DSP實現各種經典的信號處理算法，如數字濾波器、FFT、以及相關的各種變換。更重要的是，我希望書中能提供豐富的應用案例，例如在音頻信號處理中的降噪、迴聲消除，在圖像處理中的邊緣檢測、濾波，或者在通信係統中的調製解調器設計等。如果這些應用案例能夠詳細介紹其原理、算法實現以及在實際係統中的部署，那我相信這本書的實用價值將是無與倫比的。

評分☆☆☆☆☆

從一個初學者兼實踐者的角度來看，這本書的齣版，對於許多希望深入瞭解DSP技術的讀者來說，無疑是一場及時雨。我一直覺得，理論知識如果不能落地，就很難産生真正的價值。這本書的“應用”二字，在書名中占據瞭重要的位置，這讓我對它充滿瞭期待。我希望它不僅僅是理論的堆砌，更是一本能夠指導實踐的工具書。比如，在介紹完某個DSP算法原理後，能夠提供相應的僞代碼或者實際的C語言代碼片段，並解釋其在DSP處理器上的實現細節，包括如何優化代碼以充分發揮DSP的性能。此外，我非常關注書中在實際工程項目中的案例分析。例如，如何在嵌入式係統中集成DSP，如何進行硬件選型，如何進行軟件開發流程，以及如何對DSP係統進行調試和性能優化。如果書中能夠提供一些完整的項目案例，從需求分析到最終實現，都能有詳細的描述，那將是極大的幫助。這樣，我纔能真正理解DSP在解決實際工程問題中的強大能力，並能將其應用到我自己的項目開發中。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計相當樸實，一種經典的教材風格，沒有太多花哨的圖形，直接點明瞭主題“DSP控製器原理及應用”，副標題“高等院校電子信息與電氣學科特色教材”也暗示瞭其定位和深度。作者張小鳴的名字雖然在專業領域不算傢喻戶曉，但憑藉這本教材，我相信他一定在DSP領域有著深厚的積纍。我個人對DSP一直充滿好奇，尤其是在數字信號處理日益重要的今天，無論是通信、音頻、圖像還是控製係統，DSP都扮演著核心角色。我一直在尋找一本能夠係統性介紹DSP原理，並且能結閤實際應用的教材，能夠讓我從理論基礎一步步構建起對DSP的理解，而不是停留在零散的知識點上。這本書的齣版信息，特彆是其“特色教材”的定位，讓我對它寄予瞭厚望。我期待它能提供清晰的理論講解，深入剖析DSP的架構、指令集、以及各種信號處理算法是如何在DSP平颱上實現的。同時，應用部分也是我最看重的，希望它能涵蓋一些典型的DSP應用案例，例如濾波器設計、FFT實現、以及在嵌入式係統中的集成等，這樣我纔能更好地將理論知識轉化為實踐能力，真正掌握DSP這門技術。