高速DSP原理、應用與實驗教程(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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李海森，李思純，周天 著

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齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302197539

商品編碼：29692186147

包裝：平裝

齣版時間：2009-05-01

基本信息

書名:高速DSP原理、應用與實驗教程(高等院校電子信息與電氣學科特色教材)

定價：32.00元

售價：21.8元,便宜10.2元,摺扣68

作者:李海森,李思純,周天

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2009-05-01

ISBN：9787302197539

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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

美國德州儀器（TI）公司的數字信號處理器（DSP）自從20世紀80年代初問世以來，以其獨特的體係結構、靈活的資源配置方式、快速實現各種數字信號處理和精密控製算法的突齣優點成為全球市場占有率高的主流産品。本書以TI公司三個主推DSP係列産品之一的C2XXX定點芯片為核心，係統地論述其結構組成原理、工程應用和驗證實驗，並配閤一定的思考與練習題。
　　本書適閤於從事TIDSP研究和開發的電氣工程和電子信息類學科等的高年級本科生或研究生，以及業界的工師和其他專業相關人員參考。

目錄

原理篇
　章 緒論
　　1.1 數字信號處理係統概述
　　1.2 數字信號處理實現技術途徑
　　　1.2.1 什麼是DSP
　　　1.2.2 數字信號處理的實現方法
　　1.3 DSP芯片的發展現狀與趨勢
　　　1.3.1 什麼是DSP芯片
　　　1.3.2 DSP、DSP芯片與DSPS
　　　1.3.3 DSP芯片的産生與主要生産廠商
　　　1.3.4 DSP芯片的發展趨勢
　　1.4 DSP芯片的分類
　　1.5 DSP芯片的應用
　　1.6 TMS320C2XXDSP的主要特點
　　　1.6.1 TMS320係列
　　　1.6.2 TMS320C2XX的主要特點
　　本章思考題
　第2章 C2XX硬件組成與體係結構
　　2.1 概述
　　2.2 C2XX的硬件組成
　　　2.2.1 中央處理單元（CPU）
　　　2.2.2 存儲器和I／O空間
　　　2.2.3 片內外圍
　　2.3 C2XX的總綫結構
　　2.4 引腳和信號說明
　　　2.4.1 邏輯掃描電路
　　　2.4.2 C203和F206芯片的封裝
　　　2.4.3 C203和F206信號描述
　　本章思考題
　第3章 C2XX中央處理單元與程序控製
　　3.1 概述
　　3.2 輸入定標部分
　　3.3 乘法部分
　　　3.3.1 乘法器
　　　3.3.2 乘積定標移位器
　　3.4 中央算術邏輯部分
　　　3.4.1 中央算術邏輯單元（CALU）
　　　3.4.2 纍加器
　　　3.4.3 輸齣數據定標移位器
　　3.5 輔助寄存器與狀態寄存器
　　　3.5.1 ARAU和輔助寄存器功能　　
　　　3.5.2 狀態寄存器ST。和ST1
　　3.6 程序地址生成與流水綫
　　　3.6.1 程序計數器（PC）
　　　3.6.2 堆棧（STACK）
　　　3.6.3 微堆棧（MSTACK）
　　　3.6.4 流水綫操作
　　3.7 轉移、調用和返迴
　　　3.7.1 無條件轉移、調用及返迴
　　　3.7.2 有條件轉移、調用和返迴
　　3.8 重復指令
　　3.9 中斷與中斷管理
　　　3.9.1 中斷操作的三個階段
　　　3.9.2 中斷錶
　　　3.9.3 可屏蔽中斷
　　　3.9.4 中斷標誌寄存器（IFR）
　　　3.9.5 中斷屏蔽寄存器（IMR）
　　　3.9.6 中斷控製寄存器（ICR）
　　　3.9.7 非屏蔽中斷
　　　3.9.8 中斷服務程序（ISR）
　　　3.9.9 中斷等待時間
　　3.10 復位操作
　　3.11 節能方式
　　本章思考題
　第4章 C2XX存儲空間與I／O空間
　　4.1 概述
　　4.2 存儲器和I／O空間概況
　　4.3 程序存儲器
　　4.4 數據存儲器
　……
　第5章 C2XX片內外設接口
　第6章 C2XX尋址試試和指令係統
應用篇
第7章 係統硬件應用
第8章 係統軟件應用
第9章 定點DSP數據格式及定標技術
0章 C2XX DSP開發工具與實驗平颱
1章 DSP專門實驗
附錄 習題參考答案
參考文獻

作者介紹

文摘

序言

《高性能信號處理係統設計：理論、實踐與前沿探索》 第一章 現代信號處理的基石 本章將深入剖析現代信號處理在科學技術各個領域中扮演的核心角色。我們將從曆史的角度迴顧信號處理的發展曆程，重點闡述其從早期的模擬技術嚮數字信號處理（DSP）的演進過程，並分析這一轉變的關鍵驅動力，如計算能力的飛躍、算法的創新以及需求的增長。 在數字信號處理部分，我們將係統性地介紹數字信號處理的基本概念，包括信號的采樣、量化和編碼過程，並詳細解釋離散時間信號與離散傅裏葉變換（DFT）之間的內在聯係。我們將重點講解傅裏葉變換（FT）、離散傅裏葉變換（DFT）以及快速傅裏葉變換（FFT）等核心算法。其中，FFT算法將作為重點，深入探討其算法原理、復雜度分析以及在實際應用中的效率優勢。本章還會初步介紹Z變換和傅裏葉級數等數學工具，為後續章節的深入分析奠定堅實的理論基礎。 我們還將探討濾波器在信號處理中的重要性。從基本的FIR（有限脈衝響應）濾波器和IIR（無限脈衝響應）濾波器齣發，我們將詳細講解它們的結構、設計方法和性能指標，包括幅度響應、相位響應、過渡帶寬度、阻帶衰減等。此外，還會涉及窗函數法、頻率采樣法等常用的FIR濾波器設計技術，以及Bilinear變換法、脈衝不變法等IIR濾波器設計技術。 第二章 高性能計算架構與DSP處理器 本章將全麵審視構建高性能信號處理係統的核心計算架構。我們將從通用微處理器（CPU）和專用信號處理器（DSP）的架構差異入手，分析它們在指令集、數據通路、存儲器層次結構以及並行處理能力等方麵的根本區彆。CPU擅長通用計算和復雜的邏輯控製，而DSP則以其高速的乘纍加（MAC）單元、專門的指令集（如SIMD）和優化的內存訪問機製，在處理大量並行化的數學運算方麵展現齣無與倫比的優勢。 我們將深入剖析典型的DSP處理器架構。這包括其核心運算單元（如MAC單元）的內部設計，如何實現高效的乘法和纍加操作；其指令流水綫技術，如何通過重疊執行多條指令來提高吞吐量；其數據存儲器和程序存儲器的組織方式，以及DMA（直接內存訪問）控製器如何實現處理器與外部設備之間的高效數據傳輸，從而減輕CPU負擔，加速數據吞吐。 此外，我們還將介紹並行處理技術在高性能信號處理中的作用。這包括多核DSP設計，如何通過增加多個獨立的DSP核心來並行執行任務；以及GPU（圖形處理器）作為一種強大的並行計算平颱，其在信號處理領域的應用潛力，例如利用其大量的並行處理單元加速FFT、捲積等運算。 第三章 實時信號處理與係統實現 本章將聚焦於高性能信號處理係統在實時應用中的關鍵挑戰與解決方案。我們將詳細闡述實時信號處理的定義、性能指標（如延遲、吞吐量、響應時間）以及其在通信、雷達、音頻、視頻等領域的廣泛應用。 我們將深入探討係統實現的關鍵環節，包括A/D（模數轉換）和D/A（數模轉換）過程。我們將分析采樣率、量化位數、動態範圍、信噪比等關鍵參數對信號處理性能的影響，並討論抗混疊濾波器和量化噪聲等實際問題。 在嵌入式係統設計方麵，我們將介紹如何將DSP處理器集成到完整的信號處理係統中。這包括係統硬件平颱的選擇，如選擇閤適的DSP芯片、存儲器、接口芯片等；以及係統軟件的設計，包括嵌入式操作係統（RTOS）的選擇與配置，驅動程序的編寫，以及應用層算法的實現。我們將強調嵌入式係統在資源受限環境下的設計考量，如功耗、體積和成本。 此外，本章還將介紹高速數據采集與處理技術。我們將討論如何利用高性能的ADC/DAC芯片實現高采樣率和高精度的信號采集，以及如何通過高效的數據緩衝和傳輸機製，確保數據在處理器和存儲器之間流暢地流動，滿足實時處理的需求。 第四章 高級信號處理算法與高性能實現 本章將深入探討一係列先進的信號處理算法，並重點關注其在高性能計算平颱上的高效實現策略。 我們將從自適應信號處理入手，講解其基本原理，如維納濾波、最小均方（LMS）算法、遞歸最小二乘（RLS）算法等。我們將分析這些算法如何根據輸入信號的統計特性動態調整濾波器係數，從而有效地抑製噪聲、消除乾擾或進行信道均衡。 在譜分析領域，我們將介紹多種高級譜估計方法，超越傳統的周期圖法。這包括 Welch法（用於降低方差）、多窗口法（用於提高精度）、AR（自迴歸）模型譜估計、ARMA（自迴歸滑動平均）模型譜估計等。我們將詳細分析這些方法的數學原理、計算復雜度以及在識彆不同類型信號頻率成分時的優缺點。 我們還將深入研究現代通信係統中的關鍵信號處理技術。這包括現代調製解調技術，如QAM（正交幅度調製）、PSK（相移鍵控）等，以及它們在高速數據傳輸中的作用。我們將探討信道編碼與解碼技術，如捲積碼、Turbo碼、LDPC碼等，以及它們如何提高數據傳輸的可靠性。此外，還將涉及盲均衡、同步技術以及乾擾抑製等在實際通信係統中不可或缺的算法。 在圖像和視頻信號處理方麵，我們將介紹一些重要的算法。這包括圖像增強、去噪、邊緣檢測、特徵提取等基礎技術。對於視頻處理，我們將探討運動估計、幀間預測、塊匹配等核心算法，以及它們在視頻壓縮標準（如H.264、HEVC）中的應用。 第五章 DSP在現代工程領域的應用實踐 本章將通過一係列具體的工程應用案例，展示DSP在各個前沿領域的實際價值和廣闊前景。 在通信係統領域，我們將深入分析DSP在軟件定義無綫電（SDR）中的核心作用。SDR允許通過軟件配置和更新來實現復雜的信號處理功能，極大地提高瞭無綫通信係統的靈活性和可重構性。我們將探討DSP在基帶信號處理、調製解調、信道估計、功率控製等方麵的應用。 在雷達與聲納係統方麵，我們將展示DSP如何實現復雜的信號生成、接收、處理和目標檢測。這將包括脈衝壓縮、多普勒處理、自適應波束形成、目標識彆等關鍵技術。我們將分析DSP在提高雷達的探測距離、分辨率和抗乾擾能力方麵所扮演的關鍵角色。 在醫療診斷與生物醫學工程領域，我們將探討DSP在醫學成像（如CT、MRI、超聲）中的應用。DSP能夠高效地處理海量的原始數據，重建高質量的醫學圖像，輔助醫生進行準確診斷。此外，還將涉及生物信號（如心電圖ECG、腦電圖EEG）的采集、濾波和特徵提取，以及在可穿戴設備中的應用。 在工業自動化與控製領域，DSP被廣泛應用於電機控製、傳感器信號處理、故障診斷等方麵。我們將介紹DSP如何實現精確的電機轉速和扭矩控製，如何處理來自各種傳感器的實時數據以實現閉環控製，以及如何通過分析運行數據來預測和診斷設備故障，從而提高生産效率和設備可靠性。 最後，我們還將展望DSP在新興技術領域的應用，例如人工智能（AI）與機器學習（ML）在信號處理中的融閤。我們將探討如何利用DSP硬件加速AI/ML模型的訓練和推理，特彆是在邊緣計算場景下，DSP在處理本地數據、降低延遲、保護隱私方麵的優勢。 第六章 DSP係統性能優化與調試 本章將專注於提升DSP係統的運行效率，並提供實用的調試技巧。 我們將從軟件優化角度齣發，深入探討代碼生成和編譯器優化的技術。這包括理解DSP編譯器的優化選項，如何利用其進行循環展開、函數內聯、寄存器分配等；以及手工優化策略，例如利用匯編語言編寫關鍵函數，或者對算法進行數據流分析和並行化改進。 在硬件加速方麵，我們將介紹如何利用DSP特有的硬件特性來優化算法。例如，如何最大化利用MAC單元進行乘纍加操作，如何設計數據訪問模式以充分發揮內存帶寬，以及如何利用SIMD指令集並行處理數據。 對於嵌入式DSP係統，功耗管理是一個至關重要的方麵。本章將探討低功耗設計技術，包括利用DSP的低功耗模式、動態電壓頻率調整（DVFS）、以及優化的電源管理策略，以延長電池壽命或降低係統功耗。 在係統調試方麵，我們將介紹一套係統化的調試流程。這包括使用仿真器和調試器進行代碼級的調試，例如設置斷點、單步執行、查看變量值、分析寄存器狀態等。還將介紹邏輯分析儀和示波器等硬件調試工具，用於觀察和分析信號在硬件係統中的實際行為，幫助定位硬件和軟件之間的接口問題。 最後，我們將討論性能測量與分析工具。我們將介紹如何使用性能分析器來識彆代碼中的性能瓶頸，例如哪些函數占用瞭最多的CPU時間，哪些部分的計算效率低下。通過這些分析，我們可以有針對性地進行優化，以達到最佳的係統性能。 第七章 DSP未來發展趨勢與挑戰 本章將對DSP技術的發展方嚮進行前瞻性分析，並探討其麵臨的挑戰。 我們將深入探討多核與異構計算在DSP領域的演進。隨著計算需求的不斷增長，單一DSP核心已難以滿足要求，多核DSP以及將DSP與其他處理器（如CPU、GPU、FPGA）集成形成的異構係統將成為主流。我們將分析這種趨勢對算法設計和軟件開發帶來的影響。 人工智能（AI）與機器學習（ML）的深度融閤是DSP發展的另一重要方嚮。我們將探討DSP在嵌入式AI推理、邊緣AI計算中的作用，以及如何設計更適閤AI/ML算法的DSP架構。 在通信技術方麵，我們將展望DSP在5G/6G通信、物聯網（IoT）以及車聯網（V2X）等領域的新應用。這些新興技術對信號處理的帶寬、延遲、功耗和智能化程度都提齣瞭更高的要求，DSP將是實現這些要求的關鍵技術之一。 此外，我們將探討DSP在可穿戴設備、智能傢居、自動駕駛等新興領域的應用潛力。這些應用場景對DSP的小型化、低功耗化和高集成度提齣瞭更高要求。 最後，本章還將討論DSP領域麵臨的一些關鍵挑戰，包括算法復雜度的持續增加、日益嚴格的功耗和成本限製、以及對更高級彆編程抽象和開發工具的需求。我們將分析這些挑戰如何驅動DSP技術的持續創新和發展。

評分☆☆☆☆☆

這次拿到這本書，我最大的感受就是它的“乾貨”十足，完全沒有那種學院派教材常見的晦澀難懂和故作高深的腔調。作者的語言風格非常直白且富有條理，即便是初次接觸這個領域的新手，也能憑藉清晰的邏輯脈絡抓住重點。特彆欣賞它在講解一些關鍵算法時，會輔以大量的圖示和流程圖，這些視覺輔助工具極大地降低瞭理解復雜數學模型的難度。我翻閱瞭其中關於某個核心模塊的章節，發現作者對不同實現路徑的優缺點進行瞭非常客觀的對比分析，這體現瞭作者深厚的行業積纍，而不是簡單的知識搬運工。這種深入剖析的寫作手法，使得讀者在學習知識的同時，還能培養齣批判性思維和工程決策能力。這套教材的編寫質量，絕對是能與市麵上那些頂尖的國外原版教材相媲美的，甚至在某些方麵更貼閤我們本土的學習和應用環境。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我對技術教材的期待通常都很高，但常常會失望。然而，這本書在細節處理上的匠心獨運，讓我感到驚喜。比如，在處理一個涉及到快速傅裏葉變換的章節時，作者不僅清晰地推導瞭蝶形運算的公式，還特意用一個錶格對比瞭不同算法在計算復雜度上的細微差異，這種對性能瓶頸的敏感度，體現瞭作者極高的工程素養。再者，全書的術語翻譯和定義都非常統一和規範，這對於建立跨團隊的交流標準至關重要。我注意到，書中對一些容易混淆的概念，比如采樣率與帶寬的關係，都進行瞭非常詳盡和多角度的解釋，確保讀者不會産生根深蒂固的錯誤理解。這本書的價值不僅在於傳授知識，更在於塑造一種嚴謹、細緻、注重實效的工程思維模式。如果能配上一套配套的在綫資源庫，提供更多的代碼示例和硬件接口說明，那將會是完美無缺的。

評分☆☆☆☆☆

我從一個更偏嚮於教學管理的角度來審視這本教材。首先，它在章節末尾設置的“思考題與自測”部分的詳略得當，既能幫助學生鞏固當天學到的知識，又不會因為題量過大而産生畏難情緒。這種平衡的難度設置，非常適閤作為高校核心課程的指定教材。其次，教材中穿插的“拓展閱讀”或“工程實例點撥”部分，雖然篇幅不長，但往往能將理論知識與前沿的研究熱點或實際工業應用場景聯係起來，這極大地激發瞭學生的學習興趣，讓他們看到瞭所學知識的實際價值。從整體的敘事風格來看，作者非常擅長用一種既保持學術嚴謹性又不失親切感的語調進行闡述，這對於提升課堂教學的效率和效果是極為有利的。它成功地搭建瞭一座從基礎理論到復雜應用的橋梁，相信無論是在本科高年級還是研究生入門階段，都能發揮齣巨大的作用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得相當紮實，一看就是那種為專業學習者量身打造的教材。裝幀和紙張質量都挺上乘的，拿在手裏很有分量感，翻閱起來也比較舒服，長時間閱讀眼睛不容易疲勞。內容上，首先映入眼簾的是清晰的目錄結構，這對於我們快速定位知識點至關重要。我注意到它在章節安排上似乎遵循瞭循序漸進的原則，從基礎概念的引入到復雜算法的深入探討，邏輯過渡非常自然，這點對於自學者來說簡直是福音。而且，從章節標題的措辭來看，作者對學科的把握非常精準，沒有那種為瞭湊字數而堆砌的空泛理論，每一個標題都直指核心技術點。整體感覺是，這本書不僅僅是一本教材，更像是一位經驗豐富的工程師手把手帶著你走過整個技術棧的路綫圖，讓人對其內容的深度和廣度充滿瞭期待。希望它在後續的實戰案例和代碼示例上也能保持這種高水準，真正做到理論與實踐緊密結閤，而不是停留在紙上談兵的階段。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深技術人員，我更關注教材的實用性和前瞻性。這本書的排版設計給我留下瞭深刻印象，注釋、公式推導和關鍵術語的標注都做得極為精細，幾乎沒有産生閱讀上的歧義。我特地翻閱瞭關於係統級設計與調試的那部分，發現它不僅僅停留在告訴我們“怎麼做”，更深層次地探討瞭“為什麼這樣做”，這一點非常關鍵，它指導我們構建的是一個健壯的知識體係，而不是一堆零散的知識點。從章節結構來看，它似乎很注重工程實現細節的把控，比如不同硬件平颱的適配性討論，以及如何處理實際項目中的噪聲和時序問題，這些都是教科書往往會避開但對工程師至關重要的環節。如果後續章節能夠提供更多關於最新一代處理器的特性分析和優化技巧，那麼這本書的價值將得到進一步的幾何級提升。總體而言，它的專業度毋庸置疑，是一部值得反復研讀的工具書。