DSP芯片的原理与开发应用(第3版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张雄伟，陈亮，徐光辉 著

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• 算法
• 第三版

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787505384286

商品编码：29657694560

包装：平装

出版时间：2003-02-01

基本信息

书名：DSP芯片的原理与开发应用(第3版)

定价：39.00元

作者：张雄伟,陈亮,徐光辉

出版社：电子工业出版社

出版日期：2003-02-01

ISBN：9787505384286

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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本书首先介绍了广泛应用的DSP芯片的基本结构和特征，以及定点和浮点DSP处理中的一些关键问题；其次介绍了目前应用*广的TI DSP芯片中的TMS320C5000系列及其硬件结构、汇编指令和寻址方式；然后介绍了基于C和汇编语言的开发方法、能过三个应用系统介绍了定点和浮点DSP芯片的开发过程，较为详细介绍了DSP系统的软硬件设计方法，通过三个应用系统介绍了定点和浮点DSP芯片的开发过程，并介绍了数字滤波器和FFT等常用数字信号处理算法的DSP实现；*后，为便于教学之用，提供了DSP实验指导

内容提要

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本书由浅入深、全面系统地介绍了DSP芯片的基本原理、开发和应用。首先介绍了广泛应用的DSP芯片的基本结构和特征，以及定点和浮点DSP处理中的一些关键问题；其次介绍了目前应用广的TI DSP芯片中的TMS320C5000系列及其硬件结构、汇编指令和寻址方式；然后介绍了基于C和汇编语言的开发方法、能过三个应用系统介绍了定点和浮点DSP芯片的开发过程，较为详细介绍了DSP系统的软硬件设计方法，通过三个应用系统介绍了定点和浮点DSP芯片的开发过程，并介绍了数字滤波器和FFT等常用数字信号处理算法的DSP实现；后，为便于教学之用，提供了DSP实验指导。
本书的目的是使读者了解DSP芯片的基本原理和常用DSP芯片的应用，熟悉DSP芯片开发工具及使用，掌握DSP系统的软硬件设计和应用系统开发方法，具备独立从事DSP应用开发的能力。
本书内容全面、举例丰富、实用性强，可作为通信和电子专业研究生和高年级大学生的教材以及DSP芯片应用人员的培训教训，对于从事DSP芯片开发应用的科技人员和高校教师也具重要的参考价值。

目录

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章概述第2章DSP芯片的基本结构和特征第3章DSP芯片的定点运算第4章DSP芯片的浮点运算第5章TMS320C5000系列DSP芯片的硬件结构第6章TMS320C5000DSP芯片的汇编语言第7章公共目标文件格式——COFF第8章DSP芯片的开发工具及应用第9章CCS集成开发环境的特征环境的特征及使用0章基于C语言的DSP芯片开发1章基于C和汇编语言混合的DSP芯片开发2章DSP小硬件系统的设计3章DSP硬件系统的接口设计4章DSP系统的软件设计5章DSP芯片应用开发实例6章数字滤波器的DSP实现7章FFT算法的DSP实现8章DSP应用实验指导附录A常用DSP芯片的引脚图附录BTMS320C54x汇编语言指令集附录CSEED系列DSP开发系统简介

作者介绍

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文摘

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序言

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《信号处理的艺术与实践：从理论到嵌入式实现的深度探索》 第一部分：信号处理的核心理论基石 信号处理，作为现代科学技术不可或缺的组成部分，其魅力在于能够从纷繁复杂的数据流中提取有价值的信息，并进行高效的处理与转换。本书旨在为读者构建一个扎实而深入的理论框架，引导读者理解信号处理的本质，掌握分析和设计信号处理系统的关键工具。 第一章：信号的本质与分类 本章将从最基本的概念出发，深入剖析“信号”的定义及其在不同学科中的表现形式。我们将详细介绍连续时间信号与离散时间信号的区别与联系，解析周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号等信号分类的数学依据和物理意义。通过对这些基本信号属性的理解，读者将初步建立对信号处理对象的直观认识。我们将探讨傅里叶级数与傅里叶变换在分解和分析信号频谱特性方面的重要作用，理解信号的频率域表示如何揭示其内在规律。此外，还将引入卷积的概念，阐述其在描述线性时不变系统对信号响应中的核心地位，为后续的系统分析打下基础。 第二章：数字信号处理的数学语言——离散傅里叶变换（DFT） DFT是数字信号处理的基石，本章将对其进行详尽的讲解。我们将详细推导DFT的数学公式，并深入分析其性质，包括线性性质、时域移位、频域移位、共轭对称性、周期性等。理解这些性质对于高效地应用DFT至关重要。接着，我们将重点介绍快速傅里叶变换（FFT）算法，这是DFT在实际应用中的关键加速技术。我们将详细阐述Cooley-Tukey算法等经典FFT算法的原理，分析其时间复杂度，并探讨不同FFT算法的优缺点及其适用场景。通过本章的学习，读者将掌握使用DFT和FFT分析信号频谱、进行滤波、求解卷积等基本操作的理论基础。 第三章：线性时不变（LTI）系统的分析与特性 LTI系统在信号处理中扮演着核心角色，因为许多实际系统都可以近似建模为LTI系统。本章将深入探讨LTI系统的定义、性质以及分析方法。我们将通过引入单位脉冲响应（impulse response）的概念，详细阐述卷积运算如何描述LTI系统对任意输入信号的输出。读者将学习如何通过单位脉冲响应来完全表征一个LTI系统，并理解因果性、稳定性等系统重要特性。我们将进一步介绍LTI系统的频率响应，以及频率响应与单位脉冲响应之间的傅里叶变换关系。理解频率响应对于设计滤波器、理解系统对不同频率分量的影响至关重要。本章还将涵盖Z变换及其逆变换，这是分析离散时间LTI系统的强大工具，我们将详细讲解Z变换的收敛域（ROC）概念，以及Z变换在系统稳定性分析、频率响应计算和传递函数表示中的应用。 第四章：滤波器设计——塑造信号的频率特征 滤波器在信号处理中无处不在，其作用是去除不需要的频率成分，保留或增强有用的频率成分。本章将系统地介绍各种类型滤波器的设计原理和方法。我们将首先区分模拟滤波器和数字滤波器，并重点关注数字滤波器的设计。数字滤波器又可分为无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器，我们将分别阐述它们的结构、优点和缺点。 对于IIR滤波器，我们将介绍巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和椭圆（Elliptic）等经典逼近类型，讲解如何从模拟滤波器设计过渡到数字滤波器设计，包括冲激不变法、双线性变换法等。我们将详细说明IIR滤波器的设计步骤，以及如何根据技术指标（如通带纹波、阻带衰减、过渡带宽等）选择合适的滤波器类型和阶数。 对于FIR滤波器，我们将重点介绍窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等）的设计原理，以及如何利用窗函数的特性来近似理想滤波器的频率响应。我们还将介绍更高级的FIR滤波器设计方法，如频率采样法和最优设计方法（如Parks-McClellan算法），这些方法能够获得更优越的滤波器性能。本章将提供丰富的滤波器设计实例，帮助读者将理论知识应用于实际。 第五章：随机信号分析与估计 现实世界中的许多信号都带有随机性，如噪声、传感器测量误差等。本章将引入随机信号分析的理论和方法。我们将详细讲解随机变量、概率密度函数（PDF）、累积分布函数（CDF）等基本概念，以及期望值、方差、协方差等统计量。接着，我们将介绍随机过程，并重点分析平稳随机过程，如宽平稳和窄平稳。我们将深入理解自相关函数和互相关函数，以及它们在描述随机信号统计特性和分析系统响应中的作用。 本章还将重点介绍谱密度（功率谱密度和能量谱密度），这是分析随机信号频率成分的重要工具。我们将介绍谱估计的基本方法，如周期图法、改进周期图法以及更高级的现代谱估计方法。此外，我们还将探讨维纳滤波器的设计原理，这是一种最优线性滤波器，用于在存在噪声的情况下最大化信号估计的信噪比。通过本章的学习，读者将能够有效地处理和分析包含噪声的信号，并进行信号的估计和增强。 第二部分：从理论走向实践——嵌入式系统中的信号处理 理解了信号处理的核心理论后，本章将带领读者深入了解如何在嵌入式系统中实现这些理论，将信号处理算法转化为实际可运行的应用程序。 第六章：DSP处理器架构与指令集 本章将深入剖析数字信号处理器（DSP）的独特架构，以及其与通用微处理器（CPU）在设计理念和指令集上的根本区别。我们将重点讲解DSP处理器特有的硬件加速功能，如哈佛架构（Harvard Architecture）带来的指令和数据并行访问能力，以及其对提高指令吞吐量的重要性。读者将了解DSP如何通过专门的硬件单元，如MAC（Multiply-Accumulate）单元，实现高效的乘法累加运算，这是许多DSP算法（如卷积、FFT）的核心。 我们将详细介绍DSP处理器中常见的指令集，并分析这些指令如何针对信号处理的计算模式进行优化。例如，我们将探讨数据单元（ALU）的并行操作能力、特殊寻址模式（如循环寻址、位反序寻址）如何简化算法实现、以及流水线（Pipelining）技术如何提高指令执行效率。通过对这些架构特性的理解，读者将能够更有效地编写和优化DSP算法，充分发挥DSP处理器的性能。 第七章：DSP开发环境与工具链 掌握DSP处理器的硬件特性只是第一步，本章将侧重于介绍实际的开发环境和工具链。我们将讲解如何使用集成开发环境（IDE），如CCS（Code Composer Studio）或其他厂商提供的开发工具，来进行代码编写、编译、调试。读者将学习如何配置项目、设置目标板连接、进行代码下载和运行。 调试是嵌入式开发中至关重要的一环，本章将深入讲解DSP调试器的使用，包括设置断点、单步执行、观察变量值、查看寄存器状态、内存监视等高级调试技巧。此外，我们还将介绍仿真器的作用，以及如何在仿真环境中进行算法的初步验证。对于需要进行性能优化的场景，本章还将介绍性能分析工具，如代码分析器（Profiler）的使用，以识别代码中的性能瓶颈，并指导读者进行优化。 第八章：嵌入式信号处理算法的实现 本章将重点是将理论章节中介绍的信号处理算法，如DFT/FFT、滤波器、相关性计算等，在DSP平台上进行高效的实现。我们将深入分析如何根据DSP处理器的架构特点，对算法进行优化。例如，如何利用DSP的MAC单元加速卷积运算，如何通过位反序寻址高效实现FFT，以及如何选择合适的滤波器结构（如直接型、级联型）以适应DSP的处理能力。 我们将详细讲解定点（Fixed-Point）运算在DSP中的应用及其挑战。由于DSP通常成本较低，其浮点运算能力可能有限，因此理解定点运算的原理、量化误差、溢出处理以及如何进行定点化转换是至关重要的。本章将提供具体的代码示例，展示如何在DSP上实现滤波、频谱分析等典型应用。 第九章：实时信号处理系统设计与应用 本章将引导读者将所学理论和实践技能融会贯通，设计和实现完整的实时信号处理系统。我们将探讨实时性的概念，以及在嵌入式系统中如何满足实时性要求。这涉及到对任务调度、中断处理、数据采集与输出（ADC/DAC）接口的深入理解。 我们将通过多个实际案例，全面展示DSP在不同领域的应用。例如，在通信系统中，我们将讲解如何利用DSP实现基带信号处理、调制解调等功能。在音频处理领域，我们将介绍语音编码、解码、回声消除、噪声抑制等应用。在工业控制领域，我们将探讨振动分析、状态监测等。对于需要处理连续数据流的场景，本章还将介绍数据采集（DAQ）系统的设计，以及如何有效地管理数据流。 第十章：高级信号处理技术在嵌入式系统中的应用 本章将进一步拓展读者的视野，介绍一些更高级的信号处理技术及其在嵌入式系统中的应用。我们将介绍自适应信号处理技术，如自适应滤波器，以及它们在噪声消除、信号跟踪等方面的强大能力。我们将探讨短时傅里叶变换（STFT）和 웨이블릿变换（Wavelet Transform）等时频分析方法，分析它们在分析非平稳信号方面的优势，并展示其在语音分析、图像处理等领域的应用。 此外，我们还将简要介绍机器学习与信号处理的结合，如如何利用DSP平台实现简单的模式识别或分类算法。本章旨在激发读者对更前沿信号处理技术的兴趣，并为其在实际项目中进行深入研究打下基础。 本书力求理论与实践相结合，通过深入的理论讲解和丰富的实例分析，帮助读者全面掌握信号处理的核心理论，并能够将其成功应用于嵌入式DSP开发。无论您是信号处理领域的初学者，还是希望在嵌入式开发方面进一步深造的工程师，本书都将为您提供宝贵的知识和实践指导。

评分☆☆☆☆☆

这本关于信号处理的书，从我拿到手的那一刻起，就给人一种厚重而扎实的感觉，装帧设计上看得出是用心了的，纸张的质感也很好，阅读体验是相当不错的。不过，我更关注的是它内在的深度和广度。我原本期待能在这本书里找到更多关于现代高精度模拟前端设计和高速ADC/DAC接口技术的详尽论述，毕竟在当前的超宽带应用中，这些是绕不开的关键瓶颈。书中虽然提到了基础的采样理论和量化误差分析，但对于如何在高噪声环境下，利用先进的数字校准技术（比如动态元件失配校正、时钟抖动对相位噪声的影响建模等）来榨取出芯片的极限性能，似乎只是浅尝辄止。尤其是对于那些新兴的Sigma-Delta调制器结构优化，以及在特定频率合成应用中如何选择和配置合适的锁相环（PLL）架构，期望它能有更深入、更具实战指导意义的章节。期望能看到更多关于如何从系统级指标反推到具体ADC/DAC架构选择的案例分析，而不是仅仅停留在理论公式的推导上。整体而言，作为一本入门或中级参考书尚可，但在追求前沿极限性能的研发人员眼中，可能在某些关键环节的深度上略显不足，期待未来版本能补足这些“硬核”细节。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，最直观的感受是它对基础概念的梳理非常清晰，对于初次接触数字信号处理（DSP）或FPGA设计的人来说，无疑是一盏明灯。它详尽地解释了FFT算法的每一步数学推导，以及定点运算与浮点运算在实际资源消耗上的权衡，这部分内容处理得非常到位，很容易让人建立起坚实的理论基础。然而，当我试图将这些理论应用于实际的嵌入式系统开发，特别是在资源极其受限的微控制器（MCU）平台或低功耗物联网设备中时，就发现这本书的侧重点明显偏向于纯粹的算法实现和芯片级架构介绍，对于软件层面的优化策略着墨不多。例如，如何利用C语言的编译器特性，如循环展开、指令级并行（ILP）优化来加速特定的滤波器运算，或者如何巧妙地利用Cache局部性来提升数据访问效率，这些实用的“黑科技”在书中几乎没有提及。如果能增加一章专门讨论在不同硬件约束下，如何将“理论上最优”的算法转化为“实践中最快”的代码，对于工程应用价值将是极大的提升。目前来看，它更像是一本教科书，而非一本面向解决实际工程难题的“工具书”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节编排逻辑性非常强，从底层硬件结构到上层算法实现，层次分明，循序渐进，这无疑是编者功力的体现。我对其中关于并行处理单元的描述印象深刻，它详尽地分析了哈佛、冯诺依曼结构在DSP流水线设计中的优劣势，这对于理解现代处理器设计的核心思想非常有帮助。但是，令我感到有些遗憾的是，在现代异构计算的大背景下，这本书对于通用处理器（CPU）中日益强大的向量指令集（如AVX-512）与专用DSP核之间的协同工作机制，探讨得不够深入。我们现在很多高性能应用，比如AI推理加速，都是依赖于CPU/GPU/NPU的混合加速。这本书似乎仍然固守在传统的“DSP芯片”这个范畴内，对于如何设计一个能够充分利用CPU SIMD单元来加速矩阵运算或卷积操作的软件架构，缺乏前瞻性的指导。如果能引入更多关于CUDA/OpenCL在信号处理任务中调度的案例，或者讨论如何将传统DSP算法映射到现代CPU并行架构上，这本书的适用范围和前沿性会大大增强。它现在的视角稍微有点聚焦于“专用芯片”，而忽略了“通用平台”的快速演进。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我特别关注了错误处理和系统鲁棒性设计的部分，因为在实际的工业控制或医疗设备中，系统的稳定性比单纯的运算速度更为重要。这本书对如何处理溢出、下溢以及固定点数运算中的截断误差给出了标准的数学处理方法，这部分内容是毋庸置疑的严谨。然而，在涉及系统级的容错机制时，描述显得比较单薄。例如，在实时系统中，当遇到突发的数据丢失或外部干扰导致计算结果失真时，如何设计一个有效的“看门狗”机制或快速的重同步算法，以保证系统能够在不完全重启的情况下快速恢复到稳定状态，这些工程实践中的“保命招数”，书中并没有详细展开。我期待看到的是关于如何设计内嵌的自检（BIST）逻辑，或者如何在硬件描述语言（HDL）层面实现对关键数据流的校验和仲裁机制的讨论。目前的内容更偏向于理想环境下的算法实现，对于充满“不确定性”的真实世界工控环境的适应性指导，显得力度不够，需要读者自行补全大量的工程经验。

评分☆☆☆☆☆

这本书在介绍各种调制解调技术时，对于通信原理的基础部分介绍得非常扎实，清晰地解释了星座图的构建和最佳判决准则的推导。对于理解OFDM系统的原理和信道编码的基本概念，它无疑是一本极佳的入门读物。但如果读者想深入到下一代通信系统（如5G/6G）对信道编码（如LDPC或Polar码）的硬件加速实现细节，这本书的深度就显得有些滞后了。例如，Turbo码译码器的迭代结构、并行化策略，以及如何设计高效的查表和加权机制来适配FPGA或ASIC的资源，这些是现代通信硬件设计的核心挑战。书中对于这些前沿编码方案的硬件实现描述，更多是停留在概念层面，缺乏关键的性能参数对比和流水线设计图示。因此，对于专注于物理层硬件加速的研究人员而言，这本书可能更像是一个理论回顾，而不是解决当前高速通信系统设计瓶颈的直接参考。它为构建基础知识提供了坚实的地基，但上层建筑的设计蓝图还需要其他更专业的资料来补充。