DSP控制工程技術(shù)應(yīng)用

　　內(nèi)容簡介目錄 本書對DSP控制器及其相關(guān)編程基礎(chǔ)知識和在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用進行了詳細(xì)全面的介紹。包括DSP的概念，DSP控制器的結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)，DSP控制器的片上外設(shè)，DSP控制器的簡單應(yīng)用，DSP控制器的應(yīng)用實例和優(yōu)化設(shè)計等內(nèi)容。本書內(nèi)容共分為13章。第1章至第3章介紹了DSP處理器的概念、最新發(fā)展、特點、技術(shù)應(yīng)用和技術(shù)展望；信號與系統(tǒng)的基本概念問題；DSP設(shè)計過程中的幾個變換等基礎(chǔ)問題。第4章至第6章講述了DSP控制器的概況、結(jié)構(gòu)和控制器的實現(xiàn)。第7章至第8章介紹了DSP控制器的編程實現(xiàn)，如何用程序?qū)崿F(xiàn)DSP控制器，以及對一些簡單命令的設(shè)計執(zhí)行。第9章比較系統(tǒng)地介紹了DSP控制器的簡單應(yīng)用，主要從程序?qū)崿F(xiàn)方面講述DSP控制器的設(shè)計。第10章講述了DSP設(shè)計的優(yōu)化。本書最后幾章著重講述了DSP控制器的開發(fā)，結(jié)合一些實例研究DSP設(shè)計開發(fā)過程中的相關(guān)問題。本書適合高等院校電力電子、自動控制、電氣工程等專業(yè)的高年級本科生閱讀，也可供從事DSP技術(shù)研究和開發(fā)的科研人員和工程技術(shù)人員參考閱讀。在過去短短的二十來年里，DSP控制器的性能得到了很大改善，軟件和開發(fā)工具也得到相應(yīng)的發(fā)展，價格卻大幅度地下降，從而得到越來越廣泛的應(yīng)用。通信領(lǐng)域（移動通信的交換設(shè)備、基站和手機，網(wǎng)絡(luò)的路由和交換設(shè)備，智能天線，軟件無線電，IP電話等），雷達和聲吶系統(tǒng)，巡航導(dǎo)彈、靈巧炸彈及各種武器系統(tǒng)，自動測試系統(tǒng)，醫(yī)療診斷設(shè)備（CT、核磁共振、B超等），計算機及其外設(shè)，消費類電子設(shè)備（VCD、DVD、HDTV、機頂盒、MP3、家庭影院系統(tǒng)、數(shù)字照相機和攝像機等），機器人及各種自動控制系統(tǒng)等，應(yīng)用范圍不勝枚舉。近幾年迅速發(fā)展的系統(tǒng)集成芯片（SoC，SystemOnChip），大多以DSPcore和MCUcore為核心。因此，DSP技術(shù)已經(jīng)成為集成電路設(shè)計的核心技術(shù)之一。由此可見，社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，已經(jīng)將DSP技術(shù)從一門很專門的學(xué)科，推進成極為活躍并廣為人知的前沿技術(shù)。廣大學(xué)生和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)DSP技術(shù)的熱情空前高漲，迫切需要有關(guān)的最新教材和技術(shù)資料。傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理課程，大多只討論算法的理論及其推導(dǎo)，較少涉及實現(xiàn)方法及相關(guān)的軟硬件技術(shù)，這和產(chǎn)業(yè)界的要求相去較遠(yuǎn)。國內(nèi)外的教育界都在就此尋求改革的途徑。目前，主要是沿著兩條途徑：一是使用MATLAB等工具軟件，對數(shù)字信號處理的算法進行軟件仿真；二是引入已經(jīng)被工程界廣泛使用的DSP器件，指導(dǎo)學(xué)生完成數(shù)字信號處理算法的實現(xiàn)，特別是實時（RealTime）實現(xiàn)。近年來，DSP技術(shù)在我國也得到了很好的發(fā)展。在科學(xué)技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)中，DSP技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了豐碩的成果。反映在教育上，越來越多的高校開設(shè)了有關(guān)的課程和實驗，編寫和出版了一批質(zhì)量很好的專著和教材。但是，隨著DSP技術(shù)應(yīng)用的廣泛和深入，產(chǎn)業(yè)界、教師和學(xué)生對有關(guān)課程及其教材的要求也越來越高。一方面，要求反映有關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的最新進展；另一方面，要求對算法和DSP器件的選擇，以及系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)等進行指導(dǎo)。我們編寫本套書就是為了滿足教育和產(chǎn)業(yè)市場的這種需求。本書假定讀者已具有初步的電子線路設(shè)計基礎(chǔ)和能力，并了解單片機編程語言。對DSP有初步了解的讀者，閱讀本書之后將會產(chǎn)生一定的效果。讀者在閱讀本書的某些章節(jié)時，必須事先分別對單片機、電子線路設(shè)計和DSP簡單設(shè)計有充分的了解。本書是DSP控制器設(shè)計的中高級讀本，實用性強是本書的一個鮮明特色。書中通過大量實例介紹了DSP控制器的基本內(nèi)容和結(jié)構(gòu)以及利用程序進行實際應(yīng)用設(shè)計的方法，而且它對實際數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計也有幫助。本書中使用普通的術(shù)語介紹DSP控制器的語法和語義，而較少使用語言正式定義的專業(yè)術(shù)語。本書試圖對DSP控制器進行完整的討論，但只限于討論DSP控制器中最常用的設(shè)計方法和設(shè)計范例。在本書的編寫過程中，作者參考了TI公司及其第三方公司提供的大量技術(shù)文檔以及國內(nèi)一些優(yōu)秀的電動機控制方面的資料，在此謹(jǐn)向這些資料的作者表示誠摯的謝意。本書是在一些DSP研究專家及學(xué)者的大力支持下編寫的，編輯們?yōu)榇烁冻隽似D辛的勞動。我們對他們的敬業(yè)精神和出色的工作表示由衷的敬意和感謝。由于作者水平有限，加之時間倉促，書中難免存在錯誤和不足，敬請廣大讀者批評指正。編者 第1章DSP技術(shù)展望1.1DSP概述1.2DSP的發(fā)展1.3DSP的特點1.4DSP技術(shù)應(yīng)用1.5DSP技術(shù)展望..1.6DSP與單片機的關(guān)系1.7DSP應(yīng)用的結(jié)構(gòu)1.7.1核心的種類1.7.2其他性能綜述1.8實時操作系統(tǒng)（RTOS）與DSP應(yīng)用的結(jié)合1.8.1用于嵌入式微處理器的傳統(tǒng)的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)1.8.2RTOS與DSP結(jié)合第2章信號與系統(tǒng)2.1信號2.2系統(tǒng)2.3離散時間信號2.4離散時間系統(tǒng)2.5常系數(shù)線性差分方程第3章幾個變換3.1Z變換3.1.1Z變換的定義3.1.2Z變換的收斂域ROC3.1.3常用序列及其2變換3.1.4Z變換的性質(zhì)3.1.5逆z變換3.1.6單邊Z變換及雙、單邊Z變換的應(yīng)用場合3.1.7離散時間系統(tǒng)3.2快速傅里葉變換3.2.1概述3.2.2FFT算法3.2.3分裂基算法3.2.4編寫FFT程序3.3離散傅里葉變換3.3.1傅里葉變換的幾種可能形式3.3.2DPT的推導(dǎo)3.3.3DFT及IDFT的定義3.3.4離散譜的性質(zhì).3.3.5DFT總結(jié)3.3.6DPT性質(zhì)第4章DSP控制器4.1TMS320x24x系列DSP控制器4.1.1概述4.1.2TMS320C240／TMS320F240的結(jié)構(gòu)和特點4.1.3TMS320C242／TMS320F241／TMS320F2434.1.4TMS320Lx240x.系列4.2DSP控制器的內(nèi)核4.2.1x24x系列DSP控制器概述4.2.2中央處理單元4.3存儲器4.3.1存儲器和FO概述4.3.2片上RAM4.3.3片上ROM和FlashEEPROM4.3.4程序存儲器4.3.5局部數(shù)據(jù)存儲器4.3.6全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲器4.3.7I／O空間4.3.8等待狀態(tài)發(fā)生器第5章DSP控制器結(jié)構(gòu)5.1DSP控制系統(tǒng)的配置5.1.1DSP控制器的類型5.1.2DSP控制器的特點5.1‘.3DSP系統(tǒng)的配置方法5.2DSP硬件結(jié)構(gòu)5.2.1乘法器5.2.2乘加器（MAC）5.2.3算術(shù)邏輯單元（ALU）5.2.4移位器5.2.5數(shù)據(jù)地址發(fā)生器（DAG）5.2.6程序定序器5.2.7DSP的存儲器5.3DSP控制器實例分析5.3.1算術(shù)運算5.3.2數(shù)據(jù)尋址5.3.3指定定序5.3.4匯編程序?qū)嵗?章DSP控制器的實現(xiàn)61概述6.2DSP的軟件實現(xiàn)6.2.1FFT的實現(xiàn)6.2.2數(shù)字濾波器的實現(xiàn)63數(shù)字信號處理的硬件實現(xiàn)6.3.1專用信號處理器6.3.2通用信號處理器64數(shù)字信號處理器的基本結(jié)構(gòu)與超大規(guī)模集成（VLSl）6.4.1微處理器信號處理器6.4.2位片式信號處理器6.4.3單片信號處理器6.4.4多處理器信號處理系統(tǒng)6.4.5VLSI陣列處理器第7章DSP控制器的編程71可編程DSP芯片7..1.1DSP芯片7.1.2DSP芯片的發(fā)展7.1.3DSP芯片的分類7.1.4DSP芯片的選擇7.1.5DSP芯片的應(yīng)用7.2DSP匯編語言程序設(shè)計7.3x24x系列DSP控制器的指令系統(tǒng)和系統(tǒng)開發(fā)工具7.3.1程序地址的產(chǎn)生7.3.2硬件堆棧7.3.3微堆棧；7.4程序跳轉(zhuǎn)和子程序調(diào)用的執(zhí)行7.4.1程序的無條件執(zhí)行7.4.2操作條件7.4.3程序的條件執(zhí)行75匯編語言指令7.5.1匯編代碼的格式7.5.2匯編語言指令集7.6PID控制的編程實現(xiàn)7.6.1PID控制器簡介7.6.2數(shù)字PID控制算法7.6.3數(shù)字PID控制器的匯編主程序第8章DSP控制器的片上外設(shè)8.1片內(nèi)鎖相環(huán)（PLL）8.1.1概述.8.1.2PLL時鐘操作8.1.3控制寄存器8.1.4低功耗模式概述8.1.5低功耗模式的設(shè)置和退出8.1.6低功耗方式操作總結(jié)8.2數(shù)字I／O端口8.3模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器8.3.1模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的操作8.3.2控制寄存器8.4CAN控制器模塊8.4.1概述8.4.2關(guān)于CAN總線的簡單討論8.4.3控制／狀態(tài)寄存器和Mailbox8.4.4數(shù)據(jù)包及信箱控制寄存器8.4.5對信箱的訪問8.4.6遠(yuǎn)程幀的處理8.4.7接收過濾器8.4.8CAN模塊的控制寄存器8.4.9CAN模塊的狀態(tài)寄存器8.4.10中斷邏輯8.4.11CAN模塊的初始化第9章DSP控制器的簡單應(yīng)用9.1控制帶串行端口的正弦波形發(fā)生器9.1.1簡介9.1.2SCI模塊9.1.3發(fā)送過程9.1.4頻率操作9.1.5相位操作9.1.6振幅操作9.1.7源程序9.2用SPI實現(xiàn)點對點通信9.2.1簡介9.2.2SPI模塊和CPU的內(nèi)部接口9.2.3SPI中斷9.2.4中斷示例9.2.5接口拓?fù)?.2.6實際應(yīng)用9.2.7程序模塊9.3用CAN模塊建立現(xiàn)場總線系統(tǒng)9.3.1簡介9.3.2片載CAN模塊9.3.3初始化CAN模塊9.3.4發(fā)送消息9.3.5接收消息9.3.6實際應(yīng)用第10章DSP優(yōu)化設(shè)計10.1DSP的優(yōu)化設(shè)計10.1.1總體優(yōu)化10.1.2算法設(shè)計的優(yōu)化10.1.3程序設(shè)計的優(yōu)化10.2用DSP實現(xiàn)單邊帶調(diào)制解調(diào)10.2.1濾波器法10.2.2Hartley法10.2.3Weaver方法10.2.4三種算法的分析研究及比較第11章DSP芯片的定點運算11.1數(shù)的定標(biāo)11.2高級語言：從浮點到定點11.2.1~u法／減法運算的C語言定點模擬11.2.2乘法運算的C語言定點模擬11.2.3除法運算的C語言定點模擬11.2.4程序變量的Q值確定11.2.5浮點至定點變換的C程序舉例11.3DSP定點算術(shù)運算11.3.1定點乘法11.3.2定點加法11.3.3定點除法11.4非線性運算的定點快速實現(xiàn)第12章DSP控制器開發(fā)12.1DSP控制器的開發(fā)12.1.1開發(fā)環(huán)境12.1.2DSP控制器專用開發(fā)系統(tǒng)12.1.3C語言下的開發(fā)過程12.1.4開發(fā)工具的使用12.2DSP實時多任務(wù)操作系統(tǒng)12.2.1實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的基本概念12.2.2SPOX實時操作系統(tǒng)12.2.3多媒體運行環(huán)境12.3DSP控制器算法12.3.1FIR濾波器的程序?qū)崿F(xiàn)12.3.2FIR濾波器的程序?qū)崿F(xiàn)12.3.3FFT算法的程序設(shè)計第13章DSP控制系統(tǒng)應(yīng)用13.1嵌入式PID伺服電機系統(tǒng)13.1.1概述13.1.2PD算法原理13.1.3系統(tǒng)設(shè)計13.1.4系統(tǒng)的實現(xiàn)13.2腦電圖的抗干擾測量13.2.1概述13.2.2抵消OA干擾的原理13.2.3自適應(yīng)算法13.2.4矩陣分解的LID算法13.2.5實時OA抵消系統(tǒng)附錄1控制帶串行端口的正弦波形發(fā)生器的源程序附錄2用SPI實現(xiàn)點對點通信的源程序附錄3用CAN模塊建立現(xiàn)場總線系統(tǒng)的源程序參考文獻

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