DSP控制器原理与应用技术(工业和信息化部“十二五”规划教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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姚睿，付大丰，储剑波 著

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• 滤波算法

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出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115362773

商品编码：29729202140

包装：平装

出版时间：2014-08-01

基本信息

书名:DSP控制器原理与应用技术(工业和信息化部“十二五”规划教材)

定价：39.00元

售价：26.5元,便宜12.5元,折扣67

作者:姚睿,付大丰,储剑波

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2014-08-01

ISBN：9787115362773

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

本书选择TI C2000中32位浮点处理器TMS320F28335为例，全面介绍了DSP控制器的原理与应用技术。全书共分8章，系统地讲述了DSP的基本概念、硬件基础、软件开发基础、基本外设及其应用开发方法、常用控制类和通信类外设模块原理及其应用开发方法、应用系统设计方法，以及基于Proteus的DSP系统设计与仿真方法。全书内容详实，通俗易懂，章节安排符合DSP开发流程，结构合理、重点突出、应用实例丰富。每章配有内容提要，附有习题与思考题，便于教学与自学。通过本书的学习，读者可以由浅入深地掌握DSP控制器原理与开发应用技术。

本书可作为普通高等院校相关专业研究生、高年级本科学生的DSP控制器原理与技术应用类课程教材，也可供科技人员自学时参考。

目录

章 绪论1
1.1 概述1
1.1.1 数字信号处理及其实现方法1
1.1.2 DSP的主要特点2
1.2 DSP的发展及应用3
1.2.1 DSP的发展3
1.2.2 DSP的典型应用4
1.3 DSP应用系统及其设计开发5
1.3.1 DSP应用系统的构成5
1.3.2 DSP应用系统的设计方法5
1.4 典型DSP简介6
1.4.1 市场上DSP概况6
1.4.2 TI的DSP处理器概况6
1.4.3 TMS320C2000系列DSP控制器7
1.5 TMS320F28335 DSP控制器简介9
1.5.1 TMS320F28335芯片封装和引脚9
1.5.2 TMS320F28335 DSP控制器性能概述10
1.6 DSP控制器的基本原理和学习方法11
习题与思考题12
第2章 硬件基础13
2.1 内部功能结构13
2.1.1 总体结构及功能模块概述13
2.1.2 总线结构与流水线14
2.2 中央处理单元16
2.2.1 C28x CPU执行单元16
2.2.2 C28x CPU兼容模式18
2.2.3 C28x CPU寄存器组18
2.2.4 浮点处理单元FPU及其寄存器组21
2.3 存储器与存储空间22
2.3.1 存储空间映射22
2.3.2 片内存储器配置22
2.3.3 外部存储器接口24
2.4 时钟源模块24
2.4.1 概述24
2.4.2 各子模块及其控制25
2.5 电源与系统复位30
2.5.1 供电电源30
2.5.2 系统复位30
习题与思考题30
第3章 软件开发基础32
3.1 DSP软件开发流程32
3.2 汇编程序开发基础33
3.2.1 寻址方式与指令系统33
3.2.2 公共目标文件格式36
3.2.3 汇编程序开发40
3.3 C/C 程序开发基础42
3.3.1 TMS320x28xx C/C 优化编译器42
3.3.2 C/C 编程基础44
3.4 C/C 和汇编混合编程48
3.4.1 C/C 编译器运行环境48
3.4.2 C/C 和汇编接口52
3.4.3 混合编程方法53
3.5 集成开发环境及其应用57
3.5.1 集成开发环境简介57
3.5.2 DSP应用程序开发调试示例60
3.5.3 程序烧写66
3.5.4 通用扩展语言（GEL）简介66
3.5.5 DSP/BIOS工具简介67
3.6 基于示例模板的驱动程序开发67
3.6.1 驱动程序开发包简介67
3.6.2 外设寄存器访问的硬件抽象层方法68
3.6.3 片内外设驱动程序示例文件模板71
3.6.4 驱动程序设计方法72
习题与思考题72
第4章 基本外设及其应用开发75
4.1 通用数字输入/输出（GPIO）模块75
4.1.1 GPIO模块结构与工作原理75
4.1.2 GPIO寄存器76
4.1.3 GPIO模块应用示例80
4.2 中断管理系统83
4.2.1 中断管理系统概述83
4.2.2 各级中断及其管理84
4.2.3 中断响应过程87
4.2.4 中断向量表及其映射与描述88
4.3 CPU定时器92
4.3.1 CPU定时器结构与工作原理92
4.3.2 CPU定时器的寄存器92
4.3.3 CPU定时器中断示例93
习题与思考题94
第5章 控制类外设及其应用开发96
5.1　增强脉宽调制（ePWM）模块96
5.1.1　ePWM模块结构及工作原理96
5.1.2　ePWM各子模块及其控制98
5.1.3 ePWM应用示例109
5.1.4 高精度脉宽调制模块111
5.2 增强捕获（eCAP）模块112
5.2.1 捕获模式下结构及工作原理113
5.2.2 APWM模式下结构及工作原理114
5.2.3 eCAP中断控制115
5.2.4 eCAP模块的寄存器115
5.2.5 eCAP应用示例116
5.3 增强正交编码脉冲（eQEP）模块119
5.3.1 光电编码器工作原理119
5.3.2 eQEP模块结构及工作原理120
5.3.3 eQEP子模块及其控制120
5.3.4 eQEP中断控制129
5.3.5 eQEP应用示例130
5.4 模/数转换（ADC）模块134
5.4.1 ADC模块结构及工作原理134
5.4.2 ADC模块的寄存器141
5.4.3 ADC模块应用示例144
习题与思考题145
第6章 通信类外设及其应用开发148
6.1　串行通信（SCI）模块148
6.1.1　SCI模块的结构与工作原理148
6.1.2 SCI模块的寄存器154
6.1.3 SCI模块应用示例158
6.2　串行外设（SPI）模块160
6.2.1　SPI模块结构与工作原理160
6.2.2 SPI模块的寄存器163
6.2.3 SPI模块应用示例166
6.3 增强控制器局域网（eCAN）模块168
6.3.1 CAN总线及CAN帧格式168
6.3.2 eCAN结构与工作原理168
6.3.3 eCAN模块的寄存器169
6.3.4 eCAN模块的操作控制176
6.3.5 eCAN模块应用示例180
6.4 多通道缓冲串口（McBSP）模块182
6.4.1 McBSP的结构与工作原理182
6.4.2 McBSP寄存器185
6.4.3 McBSP模块应用示例189
6.5 I2C总线模块192
6.5.1 I2C总线的构成及信号类型192
6.5.2 I2C总线模块结构与工作原理192
6.5.3 I2C总线模块的寄存器193
6.5.4 I2C总线模块应用示例196
习题与思考题200
第7章 DSP应用系统设计201
7.1 DSP小系统设计201
7.1.1 电源电路设计201
7.1.2 复位电路设计204
7.1.3 时钟电路设计205
7.1.4 JTAG接口电路设计205
7.1.5 3.3V和5V混合逻辑系统接口设计205
7.1.6 外部存储器扩展206
7.2 模数接口电路设计207
7.2.1 片内ADC模块输入保护电路设计208
7.2.2 并行ADC接口电路设计209
7.2.3 并行DAC接口电路设计210
7.2.4 扩展并行接口的访问211
7.3 串行数据通信接口电路设计212
7.3.1 串行通信接口（SCI）212
7.3.2 串行外设接口（SPI）212
7.3.3 CAN总线控制器接口213
7.3.4 I2C日历时钟电路设计213
7.4 人机接口及显示电路设计217
7.4.1 键盘接口电路217
7.4.2 LED显示电路218
7.4.3 LCD及其接口电路222
7.5 永磁同步电机DSP控制系统设计225
7.5.1 永磁同步电机的数学模型225
7.5.2 基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统设计227
习题与思考题237
第8章 基于Proteus的DSP系统设计与仿真238
8.1 Proteus开发环境简介238
8.1.1 Proteus的软件组成238
8.1.2 Proteus ISIS基本操作239
8.2 Proteus ISIS原理图设计241
8.2.1 智能原理图输入流程241
8.2.2 原理图绘制常用工具241
8.2.3 Proteus VSM虚拟系统模型244
8.3 DSP系统设计与仿真244
8.3.1 设计示例245
8.3.2 仿真示例251
习题与思考题252
附录 176引脚LQFP封装F28335引脚功能分配和描述253
参考文献259

作者介绍

文摘

序言

数字信号处理（DSP）控制器核心技术与实践指南 内容概述 本书系统阐述了数字信号处理（DSP）控制器的基本原理、关键技术以及在工业及其他领域的广泛应用。本书以深入浅出的方式，旨在为读者构建一个全面而扎实的DSP控制器知识体系，使其能够理解DSP控制器的设计理念，掌握核心算法的实现，并能独立完成相关工程项目的设计与开发。全书内容紧密结合实际工程需求，理论与实践并重，尤其侧重于DSP控制器在现代工业自动化、通信系统、消费电子等领域中的关键作用和技术挑战。 第一章：DSP控制器概述与发展趋势 本章首先对数字信号处理（DSP）控制器进行了概念界定，明确其作为一种专门用于执行数字信号处理运算的高性能微处理器，在处理模拟信号的数字化、滤波、变换、分析等任务中的核心地位。我们将追溯DSP技术的发展历程，从早期的专用集成电路（ASIC）到如今功能强大、灵活高效的DSP处理器，分析其技术演进的驱动力，包括摩尔定律的推动、信号处理算法的不断创新以及应用需求的日益复杂化。 紧接着，本章将深入探讨DSP控制器的技术特点，如超大规模指令集（VLIW）架构、哈佛或改进型哈佛总线结构、内置MAC（乘累加）单元、专用指令集（如饱和运算、比特反转等）以及流水线技术等，这些特性使得DSP处理器在处理海量数据时能达到极高的运算效率。我们将详细解析这些硬件架构和指令集的优势，以及它们如何直接影响DSP在实时性、功耗和性能上的表现。 此外，本章还将展望DSP控制器未来的发展趋势。这包括对高性能计算、低功耗设计、嵌入式AI集成、异构计算架构（如CPU+DSP+GPU协同工作）以及面向特定领域的专用DSP解决方案（如针对通信、汽车电子、医疗设备等）的探讨。我们将分析这些趋势将如何改变DSP控制器的应用格局，以及对相关技术人员提出的新要求。 第二章：DSP控制器核心硬件架构与指令集 本章将聚焦于DSP控制器的底层硬件架构，为读者构建一个对DSP处理器工作机制的微观理解。我们将详细剖析DSP处理器典型的高性能架构，包括其核心运算单元（如ALU、MAC单元）、指令流水线、存储器层次结构（包括片内RAM、ROM、Cache等）以及I/O接口。我们将深入分析这些架构设计如何支持高速、并行的数据处理，例如，MAC单元如何高效执行乘累加运算，这是许多DSP算法（如卷积、FFT）的核心。 我们还将详细介绍DSP处理器特有的指令集。这包括常用的数据处理指令、控制流指令、位操作指令、数学运算指令（如快速傅里叶变换FFT、离散余弦变换DCT的硬件加速指令）以及特殊指令（如饱和运算、比特反转、零交叉检测等）。通过分析这些指令的特性和使用场景，读者将能理解为何DSP处理器在信号处理任务中远超通用CPU。 此外，本章还将探讨DSP处理器的片上外设，如定时器/计数器、中断控制器、DMA控制器、ADC/DAC接口、通信接口（如UART, SPI, I2C, Ethernet, USB等）以及专用硬件加速器（如滤波器、FFT引擎等）。我们将阐述这些外设如何与CPU协同工作，实现高效的数据采集、传输和控制，为实现复杂的DSP应用奠定基础。 第三章：DSP控制器软件开发环境与工具链 本章将引导读者进入DSP控制器的软件开发世界，介绍其开发环境和必要的工具链。我们将首先介绍DSP开发中常用的集成开发环境（IDE），如Texas Instruments的Code Composer Studio (CCS)、Analog Devices的CrossCore Embedded Studio (CCES)等，并详细讲解其主要功能，包括代码编辑器、编译器、调试器、仿真器等。 我们将深入讲解DSP软件开发的核心工具：编译器和汇编器。理解编译器如何将高级语言（如C/C++）代码转换为DSP处理器可执行的机器码，以及汇编器在底层优化中的作用。我们将重点介绍DSP特有的编译器选项和优化技术，如何通过调整编译参数来最大限度地发挥DSP处理器的性能。 调试与仿真技术是DSP开发中不可或缺的环节。本章将详细介绍各种调试技术，包括断点设置、单步执行、变量监视、内存查看、逻辑分析仪集成等。同时，我们将讲解不同类型的仿真器（如JTAG仿真器、USB仿真器）以及它们在硬件调试中的应用。仿真器的使用能帮助开发者在没有实际硬件的情况下进行代码验证和性能评估。 此外，本章还将介绍DSP开发中常用的库函数和API（应用程序编程接口）。我们将分析TI的BIOS/SYS/BIOS、RTOS（实时操作系统）以及第三方库的特点和使用方法，了解如何利用这些资源快速构建应用程序。对于嵌入式系统而言，实时操作系统的引入对于管理任务、调度资源、保证实时性至关重要。 第四章：DSP控制器核心信号处理算法 本章将深入探讨DSP控制器在信号处理领域的核心应用——各种经典的信号处理算法。我们将从基础的数字滤波开始，详细介绍FIR（有限冲激响应）滤波器和IIR（无限冲激响应）滤波器的原理、设计方法、不同结构（如直接型、级联型）以及在DSP上的实现技巧。我们将分析不同滤波器在通带、阻带、相位响应等方面的特性，以及如何根据应用需求选择合适的滤波器类型。 接着，我们将重点介绍在DSP应用中至关重要的傅里叶变换。详细讲解离散傅里叶变换（DFT）的原理，以及快速傅里叶变换（FFT）算法如何大幅度提高计算效率，并分析FFT在频谱分析、信号调制解调、噪声消除等方面的应用。我们将探讨FFT的各种实现方式，以及在DSP上进行高效FFT计算的优化策略。 本章还将介绍其他重要的信号处理算法，如自适应滤波（如LMS算法）、相关性分析、统计信号处理（如功率谱估计）、以及一些在通信和多媒体领域常用的算法（如星座图、编码解码等）。我们将深入分析这些算法的数学原理，并结合DSP处理器的特性，讲解如何在DSP平台上高效地实现这些算法。 第五章：DSP控制器在工业自动化领域的应用 本章将聚焦于DSP控制器在蓬勃发展的工业自动化领域中的关键应用。我们将从电机控制入手，详细讲解DSP在交流伺服电机、直流无刷电机、步进电机等不同类型电机的控制中的作用。我们将分析DSP如何通过高精度PWM（脉冲宽度调制）生成、电流采样与反馈、位置与速度控制算法（如PID控制器、滑向量控制等）来实现精确、高效的电机驱动。 接着，我们将探讨DSP在工业通信和网络中的应用。DSP在工业现场总线（如CAN、EtherCAT、Profibus等）的实现中扮演着重要角色，它能够高速地处理通信数据，实现设备之间的高效协同。我们还将讨论DSP在网络协议栈的实现，以及如何实现工业物联网（IIoT）相关的通信功能。 此外，本章还将深入分析DSP在智能传感器网络、数据采集与监控系统、工业视觉检测、机器人控制、以及过程控制等方面的应用。我们将通过具体的案例分析，展示DSP控制器如何通过其强大的计算能力和实时响应特性，提升工业生产的自动化水平、效率和可靠性。 第六章：DSP控制器在通信系统中的应用 本章将深入探讨DSP控制器在现代通信系统中的核心作用。我们将从数字信号的采样、量化、编码等基础概念出发，讲解DSP在基带信号处理中的关键任务。我们将重点分析DSP在调制解调技术中的应用，如ASK, FSK, PSK, QAM等，以及如何利用DSP实现高效的信号生成与恢复。 接着，我们将探讨DSP在信道编码与解码中的作用。详细讲解纠错码（如卷积码、BCH码、LDPC码）的基本原理，以及DSP如何高效地实现这些编码和解码算法，以提高通信系统的可靠性和抗干扰能力。 此外，本章还将重点关注DSP在无线通信（如Wi-Fi, Bluetooth, 4G/5G基站）、软件定义无线电（SDR）、以及数字电视、音频处理等通信相关领域的应用。我们将分析DSP如何实现复杂的通信协议栈，进行高速数据流的处理，并满足实时性要求。 第七章：DSP控制器在消费电子与嵌入式系统中的应用 本章将展示DSP控制器在日常生活中无处不在的消费电子产品和嵌入式系统中的广泛应用。我们将从音频和视频处理开始，详细讲解DSP在数字音频编解码（如MP3, AAC）、降噪、回声消除、音频效果增强等方面的应用。在视频处理方面，DSP在图像压缩（如JPEG, H.264）、图像增强、视频分析等领域也发挥着关键作用。 接着，我们将探讨DSP在智能家居设备、可穿戴设备、汽车电子（除了电机控制，还包括车载娱乐系统、ADAS辅助驾驶系统等）、医疗电子（如心电图分析、医疗成像处理）、以及工业物联网（IIoT）节点等嵌入式系统中的应用。我们将分析DSP如何通过其低功耗、高性能的特点，为这些设备提供强大的信号处理能力。 本章还将讨论在设计消费电子和嵌入式系统时，需要考虑的DSP选择因素，如功耗、成本、性能、开发周期以及特定应用的硬件加速需求。 第八章：DSP控制器设计与优化技术 本章将深入探讨DSP控制器在实际应用中的设计与优化策略，旨在帮助读者提升DSP应用的效率和性能。我们将从算法实现的角度出发，讲解如何对经典的DSP算法进行优化，以适应DSP处理器的架构特性，例如，如何利用SIMD（单指令多数据）指令、向量化处理、内存访问优化等技术来加速算法的执行。 我们将深入分析DSP处理器的功耗管理技术。这包括动态电压和频率调整（DVFS）、低功耗模式（如休眠模式、待机模式）以及功耗分析工具的使用。优化功耗对于电池供电的便携式设备尤为重要。 本章还将讨论DSP的性能评估与瓶颈分析。我们将介绍常用的性能测量工具和方法，如何通过分析程序的运行时间和资源占用情况，找出性能瓶颈，并提出相应的优化方案。这包括代码重构、硬件加速器的使用、以及与其他处理单元（如CPU、FPGA）的协同设计。 第九章：DSP控制器开发的挑战与未来展望 本章将对DSP控制器开发过程中可能遇到的挑战进行总结与分析，并对未来的发展方向进行展望。我们将讨论在实际工程项目中，DSP开发人员可能会面临的挑战，例如，实时性要求的严格性、复杂算法的实现难度、功耗与性能的权衡、以及跨平台开发与兼容性问题。 我们将重点关注DSP处理器在嵌入式AI（人工智能）与机器学习领域的融合。随着AI技术的飞速发展，将AI模型部署到资源受限的DSP处理器上已成为一个重要的研究方向。本章将探讨如何利用DSP的特性来实现高效的AI推理，以及相关的优化技术。 最后，本章将对DSP控制器的未来发展进行展望。我们将分析新兴的应用领域（如边缘计算、物联网安全、智能制造等）对DSP提出的新需求，以及DSP技术如何不断演进以适应这些需求。我们将讨论DSP在异构计算、软硬件协同设计、以及面向领域的特定架构（DSA）等方面的发展趋势，并为读者勾勒出DSP技术广阔的应用前景。 结论 本书力求为读者提供一个系统、深入的DSP控制器学习路径。通过对DSP控制器原理、硬件架构、软件工具、核心算法以及在各领域的应用进行详尽阐述，并结合设计与优化技术，我们期望读者能够充分掌握DSP控制器这一强大的技术工具，并在未来的工程实践中创造出更多创新性的应用。

评分☆☆☆☆☆

初翻阅目录时，我就被其中详尽的章节划分所吸引。它不像一些理论书籍那样只停留在抽象的数学推导，而是非常注重与实际应用的结合。比如，关于实时操作系统（RTOS）在DSP应用中的介绍，就显得特别贴合当前工程界的实际需求。我尤其欣赏它对不同类型DSP芯片架构的对比分析，这种比较性的讲解，极大地拓宽了我们对硬件选型的认识，避免了“只见树木不见森林”的局限。书中对于有限脉冲响应（FIR）和无限脉冲响应（IIR）滤波器的理论推导虽然深入，但作者很巧妙地穿插了大量的应用实例，使得那些原本枯燥的Z变换和复平面分析变得生动起来。这种理论与实践的无缝衔接，让学习过程充满了探索的乐趣，而不是单纯的公式记忆。对于一个希望从学生过渡到工程师的人来说，这种注重“如何用”的教学思路简直是福音。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格，说实话，初读时感觉稍微有些“学术腔”，但越往后读，就越能品味出其中蕴含的深厚功力。它不像那种面向大众科普读物那样轻描淡写，而是用一种非常精确、不容置疑的专业术语来构建知识体系。对于初学者来说，可能需要配合一些基础的信号与系统知识才能更顺畅地吸收，但对于有一定基础的读者而言，这种严谨的叙述方式反而提供了一种强大的确定性。作者在解释一些关键算法，比如快速傅里叶变换（FFT）的实现细节时，描述得极其到位，对于不同蝶形运算的位翻转等细节处理，都有明确的步骤说明。这种对细节的执着，保证了读者在尝试自己编写代码实现时，能够最大限度地减少因理解偏差而导致的错误。它更像是一位经验丰富的老教授，在为你一丝不苟地拆解每一个技术难点。

评分☆☆☆☆☆

学习DSP，绕不开的就是编程和仿真。我非常关注教材中关于软件工具链和实际项目实现的篇幅。这本教材在这方面做得相当出色，它没有简单地罗列几个代码片段，而是构建了一套完整的“算法设计—代码实现—硬件部署”的思维路径。书中对C语言在DSP中的高效编程技巧，如指针的使用、内存访问优化等方面都有详尽的论述，这对于提升代码的运行效率至关重要。更让人惊喜的是，书中关于特定应用案例的讲解，比如音频处理中的降噪算法或是通信系统中的调制解调，不仅仅停留在理论框图，而是给出了非常具体的实现思路和注意事项。这种手把手的指导，极大地缩短了知识从“知道”到“做到”的距离，让人感觉这本书不仅仅是用来“读”的，更是用来“操作”和“验证”的实践手册。

评分☆☆☆☆☆

整体来看，这本教材的知识密度非常高，它充分体现了国家级规划教材应有的水准和深度。它不是那种追求快速入门、浅尝辄止的读物，而是一本需要投入大量时间和精力去啃、去消化的硬核技术资料。它涵盖的内容非常全面，从最底层的硬件结构到上层的复杂算法应用，形成了一个非常坚实的知识闭环。我感觉，如果能将书中的所有案例和习题都动手实践一遍，那么对整个DSP领域都会建立起一套非常牢固且系统的认知框架。它对学习者的要求是比较高的，需要学习者具备一定的数学基础和一定的编程经验，但一旦跨过这道门槛，它所带来的知识回报是巨大的，是真正能帮助人建立起核心竞争力的“内功心法”级别的教材。

评分☆☆☆☆☆

这套教材的排版和装帧给人一种非常扎实可靠的感觉，厚厚的书脊一看就知道内容量十足。封面设计虽然不算惊艳，但那种带着些许工业风的简约风格，倒是很符合“十二五”规划教材的定位，显得严肃而专业。拿到手里沉甸甸的，仿佛握住了通往数字信号处理殿堂的钥匙。内页的纸张质量也相当不错，印刷清晰，图表线条分明，这对于阅读复杂的数学公式和系统框图来说至关重要。我注意到书中的插图大多采用了标准化的符号，虽然初看可能需要一点时间适应，但一旦掌握了，就能发现其严谨性。尤其是那些系统级的方框图，逻辑层次感非常清晰，这对于理解DSP从理论到实践的转换过程帮助极大。此外，装订工艺看起来也很结实，即便是经常翻阅和查阅，也不担心会出现散页的情况。整体而言，从实体书的触感和视觉感受上，就能感受到出版社在制作这本教材时所下的功夫，它给人的第一印象就是一本值得信赖、可以长期使用的工具书。