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出版者:北京希望电子出版社

作者:王宜怀

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2002-8

价格:23.0

装帧:平装

isbn号码:9787900101761

丛书系列:

图书标签:

• 1
• 单片机
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《数字信号处理基础与实践》 —— 从理论深度到工程应用的桥梁 --- 第一部分：理论基石与数学模型 本书旨在为读者构建坚实的数字信号处理（DSP）理论框架，深入剖析信号的本质、离散化过程及其在频域的表示。我们摒弃了过度依赖抽象公式的陈旧叙述方式，转而采用直观的物理图像和清晰的数学推导相结合的路径。 第一章：信号的离散化与采样理论 本章详细阐述了连续时间信号到离散时间信号的转换过程。我们不仅覆盖了奈奎斯特-香农采样定理的基本原理，更侧重于讨论欠采样、超采样的实际工程意义。重点分析了混叠现象（Aliasing）的成因、影响，并引入了抗混叠滤波器的设计准则。通过大量实际案例，演示如何根据信号带宽和精度要求，精确选择采样率和量化位数。此外，对零阶保持器（ZOH）和一阶保持器（FOH）的重建特性进行了详尽的比较分析，突出了它们在不同应用场景下的适用性。 第二章：离散时间信号的时域与频域分析 本书深入探讨了离散时间傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT）。我们构建了一个清晰的脉冲序列模型，用以解释卷积的本质，并将其与信号滤波操作紧密关联。傅里叶级数在周期信号分析中的应用，以及如何通过周期延拓来理解非周期信号的频谱结构，是本章的核心。特别地，本章详细阐述了离散傅里叶变换矩阵的特性，为后续快速算法的学习奠定基础。我们强调了DFT的周期性与线性卷积的关系，这对于理解频谱泄漏（Spectral Leakage）至关重要。 第三章：Z变换——系统分析的利器 Z变换是分析离散时间系统的核心工具。本章从拉普拉斯变换的观点出发，自然过渡到双边和单边Z变换。我们详尽讨论了收敛域（ROC）的概念及其在因果性、稳定性判断中的决定性作用。本书不仅罗列了常用序列的Z变换对，更着重于利用Z变换的性质（如时移、微分等）来求解线性常系数差分方程（LCCDE）。对于初学者常见的ROC与系统响应混淆问题，我们提供了图示化的解析，确保读者能够准确把握ROC的几何意义。 --- 第二部分：线性时不变系统与滤波器设计 本部分将理论知识转化为实际的系统设计能力，重点关注线性时不变（LTI）系统的分析、脉冲响应的概念，以及如何设计满足特定指标的数字滤波器。 第四章：离散时间系统的分析与稳定性 LTI系统的核心在于其脉冲响应 $h[n]$。本章细致地解释了系统的零输入响应（ZIR）和零状态响应（ZSR），并演示了如何通过脉冲响应与输入信号的卷积，得到系统的总输出。系统的稳定性判据（Bilateral ZT下的ROC包含单位圆）被反复强调和验证。我们引入了系统的传递函数 $H(z)$，并利用其零点和极点的位置，直观地预测系统的瞬态行为和稳态响应特征。 第五章：有限脉冲响应（FIR）滤波器设计 FIR滤波器因其线性相位特性在许多高保真应用中不可替代。本章系统地介绍了FIR滤波器的主要设计方法： 1. 时域法（窗函数法）： 详细分析了理想滤波器的脉冲响应，并系统比较了矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等常见窗函数的频谱特性和旁瓣衰减性能，指导读者根据设计要求选择最佳窗函数。 2. 频率采样法与等波纹法概述： 简要介绍了频率采样法的基本思想，并对Parks-McClellan算法（MP算法）的理论基础进行了概述，强调其在获得最优幅度响应方面的优势。 第六章：无限脉冲响应（IIR）滤波器设计 IIR滤波器以其高效率和陡峭的过渡带著称。本章专注于将成熟的模拟滤波器设计技术转化为数字域： 1. 预畸变与双线性变换（BLT）： BLT是IIR设计中最常用的方法。我们详细推导了BLT的映射关系，并重点分析了预畸变（Prewarping）技术，以保证数字滤波器在特定截止频率处的准确性。 2. 模拟原型到数字实现的转换： 覆盖了从巴特沃斯（Butterworth）滤波器（最大平坦度）到切比雪夫（Chebyshev）滤波器（等波纹响应）的设计流程，包括确定滤波器的阶数、频率变换和直接形式/级联形式的实现。 --- 第三部分：高效计算与实际应用 本部分聚焦于优化DFT的计算效率，并引入了现代DSP系统中的关键算法和实际应用案例。 第七章：快速傅里叶变换（FFT）算法 DFT的 $O(N^2)$ 复杂度在处理大数据流时是不可接受的。本章全面解析了快速傅里叶变换（FFT）的原理，重点是基-2 DIT（时间抽取）和基-2 DIF（频率抽取）算法。我们通过蝶形运算图（Butterfly Diagram）来可视化分解过程，并讨论了输入数据的蝶形顺序（Bit-Reversal）要求。此外，本章也探讨了非整数次幂的FFT算法的引入背景，如Split-Radix算法的优势。 第八章：谱分析与参数估计 数字谱分析是DSP的核心应用之一。本章详细区分了周期图法（Periodogram）的局限性（如方差大和分辨率低），并系统地介绍了提高谱估计质量的方法： 1. Welch平均法： 通过分段、加窗和平均，有效降低了周期图的估计方差。 2. 更高分辨率谱估计： 简要介绍了子空间法（如MUSIC）和ARMA模型（如Burg法）的基本思想，用于处理短数据序列或需要更高频率分辨率的场景。 第九章：自适应滤波与现代应用 现代信号处理离不开自适应算法。本章介绍了最小均方（LMS）算法的基本结构和收敛性分析。LMS算法作为自适应滤波器的基石，被应用于噪声消除（Noise Cancellation）和回声消除（Echo Cancellation）等领域。我们通过清晰的误差反馈机制图，解释了权值更新规则的推导过程，并讨论了步长参数对收敛速度和稳态误差之间的权衡。 --- 本书特色 工程驱动： 每一个理论概念都紧密结合了实际的工程需求和设计挑战。 可视化教学： 大量使用时域波形、频谱图、零极点图和信号流图来辅助理解抽象概念。 注重实践： 尽管本书侧重理论深度，但穿插了大量关于MATLAB/Python实现思路的讨论，为读者后续的软件仿真和硬件加速打下坚实基础。 逻辑递进： 章节安排遵循“信号→系统→分析→设计→应用”的逻辑链条，确保知识体系的完整性和连贯性。 本书适合于电子工程、通信工程、自动化、计算机科学等专业的高年级本科生、研究生，以及需要系统提升DSP知识的工程技术人员。掌握本书内容，读者将能够独立进行数字滤波器的设计、频谱分析算法的实现与优化。

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从排版和学习辅助工具的角度来看，这本书的设计也体现了对读者体验的深度考量。不同于市面上许多设计陈旧的教材，这本书在版式上采用了现代化的布局，重要的公式、关键的寄存器定义、以及注意事项都被有效地用不同的背景色块或字体加粗进行了突出显示，使得在需要快速查阅特定信息时，眼睛能够迅速定位到重点，极大地提高了复习效率。更值得称赞的是，它在每一章的末尾都设置了“知识点回顾与自我检测”环节，这些问题的设计非常巧妙，既有基础概念的记忆性考察，也有需要结合电路图和时序图进行逻辑推理的应用题，这种结构鼓励读者在学习完一个模块后立刻进行自我评估，及时发现并巩固薄弱环节，避免了知识点累积到最后一起爆发的“知识焦虑感”，整体学习体验下来，感觉像是有一位经验丰富的工程师在旁边耐心辅导，非常踏实和可靠。

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这本书的讲解方式简直是为初学者量身定做的，那种循序渐进的节奏感，让人感觉学习单片机不再是遥不可及的硬骨头。作者没有一上来就抛出一大堆晦涩难懂的专业术语，而是选择了非常贴近实际生活的例子来引入概念。比如，在讲到输入/输出端口的配置时，它不是干巴巴地罗列寄存器地址，而是通过一个控制灯光闪烁的小项目来贯穿始终，这样一来，读者在操作中就能直观地感受到代码是如何与硬件产生联系的。尤其是对于那些对C语言基础掌握得不太牢固的同学来说，书中穿插的一些编程技巧和注意事项，比如如何避免常见的指针错误、如何进行高效的位操作，都起到了很好的铺垫作用，让人在学习硬件知识的同时，也能悄悄地把软件功底补起来。书里的图示清晰度也是一流，那些芯片引脚图和电路连接图，即便是放大很多倍看，细节也依然清晰可见，这极大地减少了读者在实际搭建电路时因为看图不清而产生的挫败感，整体阅读体验非常流畅自然，让人有信心一路坚持下去。

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这本书的编写风格非常注重工程实践的严谨性，它的代码示例不是那种为了演示功能而随意拼凑的“玩具代码”，而是非常接近实际工业级或产品级的规范。变量命名清晰，注释详尽且准确，尤其是对那些容易产生副作用的操作，都有明确的警告说明。这一点对于我这种习惯了在规范环境下工作的技术人员来说，是极大的加分项。很多技术书籍的代码示例，往往在脱离书本环境后就无法直接编译运行，或者运行结果难以预测，但这本书里的所有例子，我都可以毫不费力地在配套的开发板上跑起来，而且运行稳定。这种高质量的代码范例，本身就是一种宝贵的学习资源，它教会了我们如何写出可读、可维护、可调试的代码，而不仅仅是“能跑起来”的代码，这对于提升个人工程素养有着不可估量的价值。

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我之前也翻看过好几本相关的教材，很多都过于侧重理论的深度挖掘，导致很多实用的操作技巧被淹没在大量的数学推导和底层架构描述中，读起来非常吃力，学完后感觉自己像是理论上的巨人，实践中的矮子。然而，这本书的侧重点显然是放在“应用”二字上，这一点从它的章节布局就能看出来。它把复杂的定时器/计数器模块，不是作为独立的理论章节来讲解，而是直接融入到实际的测量和控制任务中去，这种“任务驱动型”的学习路径，极大地提高了学习的积极性。比如，在介绍中断服务程序时，它没有停留在中断向量表的死记硬背上，而是立刻给出了一个外部事件实时响应的案例，让读者深刻理解为什么需要中断，以及中断处理的优先级和时序问题。更令人称道的是，它在讲解具体外设（如ADC、PWM）时，总会附带一份简洁明了的硬件选型建议和常见模块的选型误区分析，这对于正在进行毕业设计或者小型项目开发的工程师来说，是非常宝贵的“经验之谈”，而不是冷冰冰的教科书知识。

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不得不提的是这本书在“嵌入式”这一概念的衔接上做得相当到位，它没有将单片机知识点孤立起来。很多书籍在讲完基础的8051或STM32的寄存器配置后，就戛然而止，留给读者一个巨大的知识鸿沟去自行跨越到真正的“嵌入式系统”层面。但这本书巧妙地在后续章节中引入了RTOS（实时操作系统）的基础概念，虽然篇幅不深，但足以让读者感受到从裸机编程到资源调度管理的思维转变。它没有强行灌输复杂的RTOS内核原理，而是通过对比裸机多任务与轻量级OS调度的优劣，让读者建立起对嵌入式软件架构的基本认知。此外，书中关于通信协议栈（如UART、SPI）的讲解，也明显带有面向实际工业控制和物联网集成的视角，不仅仅是讲解了时序图，更侧重于错误校验和数据帧的构建，这对于希望将所学知识投入到实际产品开发中的读者来说，是极其重要的能力培养。

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