高速DSP原理、應用與實驗教程

前言

　　數(shù)字信號處理器（DSP）自從20世紀70年代末問世以來，以其獨特的性能在通信、雷達、聲納、語音合成和識別、圖像處理、影視、高速控制、儀器儀表、醫(yī)療設備、家用電器等眾多領域獲得了廣泛的應用。隨著計算機技術和超大規(guī)模集成電路工藝的不斷發(fā)展，新款DSP芯片的性能價格比將不斷提高，開發(fā)環(huán)境將更加完善，應用也將更加深化。在此過程中，一本系統(tǒng)、全面、承前啟后的專業(yè)書籍對開發(fā)者來說是至關重要的?！　∮捎贒SP技術發(fā)展迅速，生產(chǎn)DSP芯片的廠家又多，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短。早期，每一種芯片都有其獨特的硬件結構，而且還有一套專門的指令系統(tǒng)和開發(fā)工具。這給DSP技術學習、開發(fā)與應用帶來了不少困難和時間的花費。近年來，DSP芯片呈現(xiàn)系列化的趨勢，其體系結構和基本構成大致相同或者相似，通過對該系列核心芯片的學習、開發(fā)與應用，就可以觸類旁通，因此系列化DSP芯片對知識的繼承和拓展、提高具有極大的優(yōu)勢。作者通過十幾年的研究生和本科生教學經(jīng)驗體會到： 選擇一種性能先進的、系列化的主流DSP芯片，深入了解和掌握其結構、原理和應用，再通過專門的實驗訓練，對于DSP入門或者舉一反三地學習和掌握其他DSP芯片，不能不說是一種較為行之有效的方法。據(jù)此，作者以美國德州儀器（TI）公司系列化新一代定點DSP芯片——TMS320C2XXX(以下簡稱C2XXX)為核心芯片編寫了本書?！　”緯某醺逶鳛門I—中國大學計劃培訓教材，并先后多次用作我校電類本科生教材。本書也可以作為全日制本科高等院校信息與信號處理、通信與信息系統(tǒng)、自動控制、儀器科學與技術、計算機應用等專業(yè)的高年級本科生或者研究生學習時參考，書中很多應用實例來自工程項目，對讀者有參考價值?！　”窘滩挠衫詈Ｉ淌冢ㄖ骶帲?、李思純副教授（副主編）、周天副教授（副主編）合作編著。李海森教授負責全書的規(guī)劃并制定編寫原則。其中，第1、2、3、4、5章由李海森教授編寫，第6、8、10章由李思純副教授編寫，第7、9、11章由周天副教授編寫。李海森教授對全書進行了統(tǒng)稿和審核。在本書編著過程中，我們得到了美國TI公司亞洲大學計劃項目負責人沈潔經(jīng)理、王春容助理和潘亞濤工程師的指點和大力幫助，哈爾濱工程大學（HEU）—美國德州儀器(TI)DSP聯(lián)合實驗室原主任桑恩方教授對本書的編寫給予了積極支持和熱情關注，并提出了很多寶貴建議。DSP實驗室的孟宇高級工程師在實驗平臺維護與保障方面發(fā)揮了重要作用。劉曉博士和田曉東碩士參與了本書文字編排、整理以及全部圖片的繪制工作，田曉東碩士還制作了電子課件初稿，張淑娟碩士制作了電子課件的第二稿，哈爾濱工程大學水聲工程學院DSP創(chuàng)新基地的李陽碩士、杜偉東碩士、朱瑞龍碩士上機驗證了全部實驗內容。沒有這些研究生的辛勤勞動，本書就不可能這么快地付梓出版。水聲工程學院2001、2002、2003、2004、2005級本科生，以及理學院2002、2003、2004、2005級本科生在本書稿的使用中也提出了許多有益的建議。清華大學出版社王敏稚編輯及其同事對本書的出版工作給予了具體指導和大力支持，并對書稿提出了許多合理的建議，在此向他（她）們一并表示由衷的感謝?！　∮捎谧髡咚接邢?，書中錯誤之處在所難免，敬請讀者批評指正。

內容概要

美國德州儀器（TI）公司的數(shù)字信號處理器（DSP）自從20世紀80年代初問世以來，以其獨特的體系結構、靈活的資源配置方式、快速實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理和精密控制算法的突出優(yōu)點成為全球市場占有率最高的主流產(chǎn)品。本書以TI公司三個主推DSP系列產(chǎn)品之一的C2XXX定點芯片為核心，系統(tǒng)地論述其結構組成原理、工程應用和驗證實驗，并配合一定的思考與練習題?！　”緯m合于從事TIDSP研究和開發(fā)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(yè)界的工師和其他專業(yè)相關人員參考。

書籍目錄

原理篇　第1章 緒論　　1.1 數(shù)字信號處理系統(tǒng)概述　　1.2 數(shù)字信號處理實現(xiàn)技術途徑　　　1.2.1 什么是DSP　　　1.2.2 數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法　　1.3 DSP芯片的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢　　　1.3.1 什么是DSP芯片　　　1.3.2 DSP、DSP芯片與DSPS　　　1.3.3 DSP芯片的產(chǎn)生與主要生產(chǎn)廠商　　　1.3.4 DSP芯片的發(fā)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系列　　　1.6.2 TMS320C2XX的主要特點　　本章思考題　第2章 C2XX硬件組成與體系結構　　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的總線結構　　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制　　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 累加器　　　3.4.3 輸出數(shù)據(jù)定標移位器　　3.5 輔助寄存器與狀態(tài)寄存器　　　3.5.1 ARAU和輔助寄存器功能　　　　　3.5.2 狀態(tài)寄存器ST。和ST1　　3.6 程序地址生成與流水線　　　3.6.1 程序計數(shù)器（PC）　　　3.6.2 堆棧（STACK）　　　3.6.3 微堆棧（MSTACK）　　　3.6.4 流水線操作　　3.7 轉移、調用和返回　　　3.7.1 無條件轉移、調用及返回　　　3.7.2 有條件轉移、調用和返回　　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 中斷表　　　3.9.3 可屏蔽中斷　　　3.9.4 中斷標志寄存器（IFR）　　　3.9.5 中斷屏蔽寄存器（IMR）　　　3.9.6 中斷控制寄存器（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(jié)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(shù)據(jù)存儲器　……　第5章 C2XX片內外設接口　第6章 C2XX尋址試試和指令系統(tǒng)應用篇  第7章 系統(tǒng)硬件應用  第8章 系統(tǒng)軟件應用  第9章 定點DSP數(shù)據(jù)格式及定標技術  第10章 C2XX DSP開發(fā)工具與實驗平臺  第11章 DSP專門實驗附錄 習題參考答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　數(shù)字信號處理系統(tǒng)概述　　目前，隨著計算機和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理學科不但在理論上，而且在方法上都得到了飛速發(fā)展，作為信號和信息處理的一個重要組成部分，數(shù)字信號處理系統(tǒng)已滲透到科學研究、技術開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、國防和國民經(jīng)濟的各個領域，取得了豐碩的成果。通過數(shù)字信號處理系統(tǒng)對信號進行數(shù)字采集并在時域或變換域進行特性分析和處理，使人們能對信號的特性和本質有更清楚的認識和理解，得到實際需要的信號形式，提高信息的利用程度，進而在更廣和更深層次上獲取信息。歸納一下，數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)越性表現(xiàn)為：（1）靈活性好：當處理方法和參數(shù)發(fā)生變化時，處理系統(tǒng)只需通過改變軟件設計以適應相應的變化?！　。?）精度高：信號處理系統(tǒng)可以通過模／數(shù)（A／D）轉換的位數(shù)、處理器的字長和適當?shù)乃惴M足精度要求?！　。?）可靠性好：處理系統(tǒng)受環(huán)境溫度、濕度、噪聲及電磁場的干擾所造成的影響較小?！　。?）可大規(guī)模集成：隨著半導體集成電路技術的發(fā)展，數(shù)字電路的集成度可以做得很高，具有體積小、功耗小、產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點?！　≌怯捎跀?shù)字信號處理系統(tǒng)的上述優(yōu)勢，數(shù)字化的產(chǎn)品大有全面替代傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)的趨勢，特別是在信號處理環(huán)節(jié)，數(shù)字化占主導地位。但是，數(shù)字信號處理系統(tǒng)也有不利的因素，主要表現(xiàn)為：　?。?）必須模／數(shù)轉換：進行數(shù)字處理前必須對信號進行模／數(shù)轉換，增加了系統(tǒng)成本，特別是對高頻信號需要很高的采樣率，而高速模／數(shù)轉換器價格不菲?！　。?）存在量化誤差：通過A／D轉換器實現(xiàn)信號數(shù)字化不可避免地存在量化誤差，因此需要較高位數(shù)的分辨率和處理器的字長?！　。?）需要抗混疊濾波器：為了滿足采樣定理，盡可能降低采樣頻率，在模／數(shù)轉化前要進行低通濾處理，增加了硬件成本?！　。?）對處理完信號的利用需要數(shù)／模轉換器：如果用處理完的信號去控制系統(tǒng)，必須通過D／A轉換器，同樣增加了硬件成本?！　。?）受信號處理部件處理能力的制約，對于高頻信號的數(shù)字化處理，即使采用帶寬采樣或者降頻處理，在很多場合仍然難以滿足實時性處理要求。面對這個制約數(shù)字信號處理系統(tǒng)應用的瓶頸問題，業(yè)界、科學家、工程師投入了大量人力、物力，目前已經(jīng)取得了重大進展。其中，高速可編程通用DSP器件發(fā)揮了舉足輕重的地位。

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