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) 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
• 數字信號處理
• 控製器
• 應用技術
• 工業控製
• 信息化
• 教材
• 嵌入式係統
• 通信
• 濾波算法

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齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115362773

商品編碼：29729163887

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

字數：

頁碼：

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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數字信號處理（DSP）控製器原理與應用技術——解鎖工業智能化的核心引擎 在當今科技飛速發展的時代，數字信號處理（DSP）技術已成為推動各行各業創新與升級的關鍵驅動力。從通信、消費電子到汽車電子、醫療設備，再到日益重要的工業自動化領域，DSP芯片強大的實時計算和數據處理能力，正以前所未有的深度和廣度滲透並重塑著現代科技的麵貌。尤其是在工業領域，“中國製造2025”和“工業4.0”等戰略的深入推進，對生産過程的智能化、自動化和精細化提齣瞭更高的要求，而DSP控製器正是實現這些目標的核心技術之一。 本書旨在為廣大讀者，特彆是高等院校的師生、工業界的研發工程師、技術愛好者以及相關領域的從業人員，提供一個全麵、深入且極具實踐指導意義的學習平颱。本書並非僅僅羅列技術概念，而是力求將DSP控製器從基礎原理到實際應用的整個鏈條有機地串聯起來，幫助讀者真正掌握這一顛覆性技術的精髓。 核心原理：洞悉DSP的強大心髒 本書的首要目標是為讀者構建堅實的理論基礎。我們將從數字信號處理的基本概念入手，解釋什麼是數字信號，為何需要進行數字處理，以及DSP技術相較於傳統模擬信號處理的優勢所在。接著，我們將深入剖析DSP控製器的核心架構。這部分內容將詳細介紹DSP芯片的獨特設計，包括其高性能的算術邏輯單元（ALU）、特殊的指令集（如MAC指令）、多級流水綫技術、 DMA（直接內存訪問）控製器、中斷係統以及其特有的內存組織結構（如Harvard架構或Modified Harvard架構）。理解這些架構特性，是掌握DSP強大處理能力的關鍵。 我們將詳細闡述DSP控製器中的關鍵算法和處理單元。這包括但不限於： 有限脈衝響應（FIR）濾波器和無限脈衝響應（IIR）濾波器： 深入講解濾波器的設計原理、係數計算方法（如窗函數法、最小二乘法、頻率采樣法等）以及在實際應用中的濾波器實現，例如低通、高通、帶通、帶阻濾波器的具體設計與代碼實現。 離散傅裏葉變換（DFT）及其快速算法（FFT）： 闡述DFT的數學基礎，以及FFT算法如何極大地提高計算效率。我們將探討不同FFT算法的原理、計算量分析以及在頻譜分析、信號調製解調等領域的應用。 自適應濾波器： 介紹LMS（最小均方）算法、RLS（遞歸最小二乘）算法等，以及它們在噪聲消除、迴聲抵消、信道均衡等方麵的強大威力。 統計信號處理： 講解信號的統計特性（均值、方差、自相關函數、功率譜密度等），以及如何利用這些特性進行信號估計、檢測和分類。 調製與解調技術： 介紹AM、FM、ASK、FSK、PSK、QAM等基本調製解調原理，以及DSP在實現這些技術中的高效性。 此外，本書還會重點關注DSP控製器在執行這些復雜運算時的效率優化策略，包括指令集的使用、匯編語言編程技巧、以及如何利用DSP的硬件加速功能來最大限度地提升處理速度。 關鍵技術：解鎖DSP的實際應用能力 在掌握瞭DSP的核心原理之後，本書將著力於DSP控製器在實際工程中的應用技術。這部分內容強調理論與實踐的結閤，旨在讓讀者能夠將所學知識轉化為解決實際問題的能力。 DSP開發環境與工具鏈： 詳細介紹主流DSP廠商（如TI、ADI、NXP等）提供的開發環境（IDE）、編譯器、調試器、仿真器等工具鏈的使用方法。從項目創建、代碼編寫、編譯鏈接，到下載調試，將提供詳實的步驟指導。 硬件接口與外設： DSP控製器通常需要與各種外部設備進行交互。本書將詳細講解DSP與ADC（模數轉換器）、DAC（數模轉換器）、PWM（脈衝寬度調製）發生器、定時器、串行通信接口（如SPI、I2C、UART）、並行接口、以太網接口、USB接口等關鍵外設的連接與編程。理解這些接口的原理和控製方式，是實現DSP與傳感器、執行器、通信模塊等進行信息交互的基礎。 實時操作係統（RTOS）與任務調度： 在復雜的嵌入式係統中，RTOS扮演著至關重要的角色。本書將介紹RTOS的基本概念（任務、信號量、互斥鎖、消息隊列等），以及如何在DSP平颱上移植和使用RTOS，實現多任務並發、資源共享和高效的實時控製。 嵌入式係統設計與優化： 探討DSP在嵌入式係統中的整體設計思路，包括係統架構設計、功耗優化、內存管理、中斷處理策略以及性能調試與優化技巧。 應用實例：工業智能化的實踐藍圖 理論學習與技術掌握的最終目的是為瞭應用。本書的最後一部分，也是最精彩的一部分，將聚焦於DSP控製器在工業領域各個細分方嚮的實際應用案例。這些案例不僅具有典型性，更蘊含著作者在實際工程開發中的經驗總結。 工業電機驅動與控製： 深入講解如何利用DSP實現高性能的電機控製算法，如矢量控製（FOC）、直接轉矩控製（DTC）等。涵蓋永磁同步電機（PMSM）、交流感應電機（ACIM）等多種電機類型。討論PWM生成、電流采樣、速度與位置反饋等關鍵環節，以及如何通過DSP實現精確的速度、轉矩和位置控製，從而提高生産效率、降低能耗。 工業通信與網絡： 介紹DSP在工業現場總綫（如CAN、EtherCAT、Profibus）中的應用，以及如何利用DSP實現高效的數據采集、傳輸和協議處理。探討DSP在工業物聯網（IIoT）中的角色，如何連接傳感器、執行器，並與雲端或本地服務器進行通信。 工業測量與檢測： 講解DSP在各類工業傳感器信號處理中的應用，如溫度、壓力、位移、流量、力等傳感器的信號采集、濾波、校準和數字轉換。探討DSP在圖像處理和機器視覺中的應用，用於産品的缺陷檢測、尺寸測量、目標識彆等。 電力電子與新能源： 闡述DSP在電力變換器（如逆變器、變流器）、開關電源、不間斷電源（UPS）以及太陽能逆變器、風力發電機控製等領域的應用。強調DSP在提高電力轉換效率、穩定輸齣、保護功能以及實現能量管理方麵的關鍵作用。 工業自動化與過程控製： 結閤PID控製算法，講解DSP如何實現精確的溫度、壓力、液位等工業過程參數的閉環控製。探討DSP在PLC（可編程邏輯控製器）設計、運動控製、機器人控製等方麵的應用，展示其在構建高度自動化生産綫中的核心地位。 本書的每一個應用案例都將遵循“原理-實現-優化”的邏輯，從具體問題的提齣，到DSP控製器的選型與硬件設計，再到軟件算法的實現與調試，直至最終的性能優化，為讀者提供一個完整的解決方案。我們將力求案例的典型性和實用性，讓讀者在學習理論知識的同時，也能獲得寶貴的工程實踐經驗。 麵嚮讀者與學習目標 本書麵嚮的讀者群體廣泛，包括但不限於： 高等院校電子工程、自動化、計算機科學與技術等專業的研究生和本科生： 為學生提供係統、深入的DSP理論知識和實踐技能，為未來的科研和工程工作打下堅實基礎。 工業界的研發工程師、嵌入式係統設計師、自動化工程師： 幫助工程師快速掌握DSP控製器技術，解決實際工程問題，提升産品性能，加速産品開發周期。 技術愛好者和自學者： 為對DSP技術感興趣的學習者提供一個易於理解且內容豐富的入門和進階指導。 通過學習本書，讀者將能夠： 深刻理解DSP控製器的基本原理、架構和工作機製。 掌握數字信號處理的核心算法和在DSP上的實現方法。 熟練運用主流DSP開發工具鏈進行項目開發和調試。 理解DSP與各種硬件外設的接口原理和編程技巧。 掌握在DSP平颱上進行實時係統設計和優化的方法。 深入瞭解DSP控製器在工業自動化、通信、電力電子等領域的典型應用，並能獨立分析和設計相關係統。 本書不僅僅是一本教材，更是一本賦能讀者的工具書，一本引領工業智能化未來的實踐指南。我們相信，通過對本書內容的係統學習和深入實踐，讀者將能夠深刻理解DSP控製器在現代工業中的核心價值，並能有效地將其應用於自身的學習、研究和工程實踐中，共同推動工業技術的進步與發展。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的邏輯組織結構感到非常滿意，它不是簡單地羅列知識點，而是構建瞭一個嚴密的知識體係。開篇對於數字信號處理的基本概念迴顧得恰到好處，沒有過度糾纏於已經被無數教材講爛的基礎，而是迅速將重點聚焦到瞭“控製器”這一核心應用上。隨後，作者很巧妙地將理論算法的學習與具體的硬件實現平颱（比如某些主流DSP芯片的架構）進行瞭綁定，這種“知其所以然”的教學方式，比單純講算法原理要實在得多。我特彆欣賞它對實時性、資源約束等工程實際問題的關注，很多教材隻談理想情況下的最優解，而這本書則會告訴你，在有限的資源下，如何權衡精度和速度，做齣最實用的工程決策。這種由淺入深、層層遞進的敘事方式，讓初學者不會感到迷茫，有經驗的工程師也能從中找到新的思考角度。

評分☆☆☆☆☆

這套書的排版和印刷質量相當不錯，紙張的質感拿在手裏很舒服，字體大小適中，閱讀起來眼睛不纍。尤其值得稱贊的是，書中那些復雜的數學公式和電路圖都清晰無比，綫條銳利，標注一目瞭然。對於我們這些需要長時間麵對技術資料的工程師來說，這種細節上的用心真的能大大提升學習效率。我記得有一次為瞭理解一個采樣保持電路的轉換過程，翻閱瞭好幾傢資料，隻有這本教材裏對應的圖示能讓我瞬間抓住核心要點。作者在圖文編排上顯然是下瞭大功夫的，理論推導和實際應用框圖穿插得非常自然，不會讓人感覺生硬地從理論跳到實踐。而且，很多關鍵概念旁邊的注釋都非常精煉到位，避免瞭冗長拖遝的描述，直擊痛點。總而言之，從物理媒介的角度來看，這絕對是一本值得收藏和反復翻閱的工具書，不是那種看完一遍就想扔掉的快餐讀物。

評分☆☆☆☆☆

作者在處理復雜概念時的敘述風格非常獨特，帶有一種老派工程師特有的嚴謹與務實，少瞭一些花哨的修飾詞，多的是實實在在的數據和原理剖析。例如，在講解有限脈衝響應（FIR）濾波器設計時，它並沒有止步於窗口函數的簡單介紹，而是深入探討瞭不同窗口函數在過渡帶衰減和通帶紋波之間的權衡，並用直觀的圖錶展示瞭它們對係統穩定性的潛在影響。閱讀過程中，我感覺自己仿佛不是在讀一本教材，而是在聽一位經驗豐富的項目負責人講解項目難點。這種風格使得信息傳遞的效率極高，即便是初次接觸這些高階濾波技術的讀者，也能感受到其背後的工程哲學——在任何時候，我們都要對設計的後果負責。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實用性簡直超齣瞭我的預期，完全符閤“應用技術”這四個字的要求。我通常很反感那些隻停留在數學推導層麵而缺乏實際案例支撐的教材，但這本書在這方麵做得非常齣色。每一個章節的末尾，或者關鍵算法介紹之後，都會緊跟著一個或多個具體的應用案例分析，比如音頻濾波器的實現、電機控製中的PID算法優化等等。這些案例不僅提供瞭算法的僞代碼或C語言片段，更重要的是，它深入探討瞭如何將這些代碼移植到實際的DSP開發環境中去調試和優化，涉及到中斷服務程序的設計、內存映射、以及特定指令集的利用效率等硬核內容。對於那些渴望將理論快速轉化為生産力的人來說，這本書就像是一本詳細的“操作手冊”加“故障排除指南”，而不是一本空洞的“理論百科”。

評分☆☆☆☆☆

最讓我感到驚喜的是這本書對“工業和信息化部‘十二五’規劃教材”這一背景的真正貫徹。它體現齣的不僅僅是技術的前沿性，更是對國傢工業化標準和未來人纔需求的深刻洞察。書中所選取的案例和技術路綫，明顯傾嚮於那些在當前國內製造業升級中急需的領域，比如高精度運動控製和工業物聯網中的數據預處理。它不像一些翻譯過來的教材那樣，其應用背景完全脫離本土的産業生態。這種本土化的深度融閤，使得我們應用這些知識時，能夠更好地對接國內現有的工業標準和規範，減少瞭知識遷移的“水土不服”現象。可以說，這本書不僅是技術指南，更像是對未來幾年國內相關技術人纔能力畫像的一個清晰描繪。