高速DSP原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)教程

前言

　　數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）自從20世紀(jì)70年代末問世以來，以其獨(dú)特的性能在通信、雷達(dá)、聲納、語音合成和識(shí)別、圖像處理、影視、高速控制、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等眾多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)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(jià)格比將不斷提高，開發(fā)環(huán)境將更加完善，應(yīng)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(duì)開發(fā)者來說是至關(guān)重要的?！　∮捎贒SP技術(shù)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(dú)特的硬件結(jié)構(gòu)，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(shù)學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用帶來了不少困難和時(shí)間的花費(fèi)。近年來，DSP芯片呈現(xiàn)系列化的趨勢(shì)，其體系結(jié)構(gòu)和基本構(gòu)成大致相同或者相似，通過對(duì)該系列核心芯片的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用，就可以觸類旁通，因此系列化DSP芯片對(duì)知識(shí)的繼承和拓展、提高具有極大的優(yōu)勢(shì)。作者通過十幾年的研究生和本科生教學(xué)經(jīng)驗(yàn)體會(huì)到： 選擇一種性能先進(jìn)的、系列化的主流DSP芯片，深入了解和掌握其結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用，再通過專門的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，對(duì)于DSP入門或者舉一反三地學(xué)習(xí)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(diǎn)DSP芯片——TMS320C2XXX(以下簡(jiǎn)稱C2XXX)為核心芯片編寫了本書。　　本書的初稿曾作為TI—中國大學(xué)計(jì)劃培訓(xùn)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(hào)處理、通信與信息系統(tǒng)、自動(dòng)控制、儀器科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的高年級(jí)本科生或者研究生學(xué)習(xí)時(shí)參考，書中很多應(yīng)用實(shí)例來自工程項(xiàng)目，對(duì)讀者有參考價(jià)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(fù)責(zé)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(duì)全書進(jìn)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(xué)計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人沈潔經(jīng)理、王春容助理和潘亞濤工程師的指點(diǎn)和大力幫助，哈爾濱工程大學(xué)（HEU）—美國德州儀器(TI)DSP聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室原主任桑恩方教授對(duì)本書的編寫給予了積極支持和熱情關(guān)注，并提出了很多寶貴建議。DSP實(shí)驗(yàn)室的孟宇高級(jí)工程師在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)維護(hù)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(xué)水聲工程學(xué)院DSP創(chuàng)新基地的李陽碩士、杜偉東碩士、朱瑞龍碩士上機(jī)驗(yàn)證了全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。沒有這些研究生的辛勤勞動(dòng)，本書就不可能這么快地付梓出版。水聲工程學(xué)院2001、2002、2003、2004、2005級(jí)本科生，以及理學(xué)院2002、2003、2004、2005級(jí)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(xué)出版社王敏稚編輯及其同事對(duì)本書的出版工作給予了具體指導(dǎo)和大力支持，并對(duì)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接邢蓿瑫绣e(cuò)誤之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

美國德州儀器（TI）公司的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）自從20世紀(jì)80年代初問世以來，以其獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)、靈活的資源配置方式、快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理和精密控制算法的突出優(yōu)點(diǎn)成為全球市場(chǎng)占有率最高的主流產(chǎn)品。本書以TI公司三個(gè)主推DSP系列產(chǎn)品之一的C2XXX定點(diǎn)芯片為核心，系統(tǒng)地論述其結(jié)構(gòu)組成原理、工程應(yīng)用和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，并配合一定的思考與練習(xí)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(xué)科等的高年級(jí)本科生或研究生，以及業(yè)界的工師和其他專業(yè)相關(guān)人員參考。

書籍目錄

原理篇　第1章 緒論　　1.1 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)概述　　1.2 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)技術(shù)途徑　　　1.2.1 什么是DSP　　　1.2.2 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法　　1.3 DSP芯片的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)　　　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(shì)　　1.4 DSP芯片的分類　　1.5 DSP芯片的應(yīng)用　　1.6 TMS320C2XXDSP的主要特點(diǎn)　　　1.6.1 TMS320系列　　　1.6.2 TMS320C2XX的主要特點(diǎn)　　本章思考題　第2章 C2XX硬件組成與體系結(jié)構(gòu)　　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(chǔ)器和I／O空間　　　2.2.3 片內(nèi)外圍　　2.3 C2XX的總線結(jié)構(gòu)　　2.4 引腳和信號(hào)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(hào)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(biāo)部分　　3.3 乘法部分　　　3.3.1 乘法器　　　3.3.2 乘積定標(biāo)移位器　　3.4 中央算術(shù)邏輯部分　　　3.4.1 中央算術(shù)邏輯單元（CALU）　　　3.4.2 累加器　　　3.4.3 輸出數(shù)據(jù)定標(biāo)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(jì)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(zhuǎn)移、調(diào)用和返回　　　3.7.1 無條件轉(zhuǎn)移、調(diào)用及返回　　　3.7.2 有條件轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回　　3.8 重復(fù)指令　　3.9 中斷與中斷管理　　　3.9.1 中斷操作的三個(gè)階段　　　3.9.2 中斷表　　　3.9.3 可屏蔽中斷　　　3.9.4 中斷標(biāo)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(wù)程序（ISR）　　　3.9.9 中斷等待時(shí)間　　3.10 復(fù)位操作　　3.11 節(jié)能方式　　本章思考題　第4章 C2XX存儲(chǔ)空間與I／O空間　　4.1 概述　　4.2 存儲(chǔ)器和I／O空間概況　　4.3 程序存儲(chǔ)器　　4.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器　……　第5章 C2XX片內(nèi)外設(shè)接口　第6章 C2XX尋址試試和指令系統(tǒng)應(yīng)用篇  第7章 系統(tǒng)硬件應(yīng)用  第8章 系統(tǒng)軟件應(yīng)用  第9章 定點(diǎn)DSP數(shù)據(jù)格式及定標(biāo)技術(shù)  第10章 C2XX DSP開發(fā)工具與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)  第11章 DSP專門實(shí)驗(yàn)附錄 習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)概述　　目前，隨著計(jì)算機(jī)和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理學(xué)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(hào)和信息處理的一個(gè)重要組成部分，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)已滲透到科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、國防和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，取得了豐碩的成果。通過數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字采集并在時(shí)域或變換域進(jìn)行特性分析和處理，使人們能對(duì)信號(hào)的特性和本質(zhì)有更清楚的認(rèn)識(shí)和理解，得到實(shí)際需要的信號(hào)形式，提高信息的利用程度，進(jìn)而在更廣和更深層次上獲取信息。歸納一下，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的優(yōu)越性表現(xiàn)為：（1）靈活性好：當(dāng)處理方法和參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，處理系統(tǒng)只需通過改變軟件設(shè)計(jì)以適應(yīng)相應(yīng)的變化?！　。?）精度高：信號(hào)處理系統(tǒng)可以通過模／數(shù)（A／D）轉(zhuǎn)換的位數(shù)、處理器的字長(zhǎng)和適當(dāng)?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(chǎng)的干擾所造成的影響較小。　?。?）可大規(guī)模集成：隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)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(diǎn)?！　≌怯捎跀?shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的上述優(yōu)勢(shì)，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(shì)，特別是在信號(hào)處理環(huán)節(jié)，數(shù)字化占主導(dǎo)地位。但是，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)也有不利的因素，主要表現(xiàn)為：　?。?）必須模／數(shù)轉(zhuǎn)換：進(jìn)行數(shù)字處理前必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，增加了系統(tǒng)成本，特別是對(duì)高頻信號(hào)需要很高的采樣率，而高速模／數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格不菲。　?。?）存在量化誤差：通過A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(zhǎng)?！　。?）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(zhuǎn)化前要進(jìn)行低通濾處理，增加了硬件成本?！　。?）對(duì)處理完信號(hào)的利用需要數(shù)／模轉(zhuǎn)換器：如果用處理完的信號(hào)去控制系統(tǒng)，必須通過D／A轉(zhuǎn)換器，同樣增加了硬件成本?！　。?）受信號(hào)處理部件處理能力的制約，對(duì)于高頻信號(hào)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(chǎng)合仍然難以滿足實(shí)時(shí)性處理要求。面對(duì)這個(gè)制約數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)應(yīng)用的瓶頸問題，業(yè)界、科學(xué)家、工程師投入了大量人力、物力，目前已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。其中，高速可編程通用DSP器件發(fā)揮了舉足輕重的地位。

圖書封面

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