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出版者:Prentice Hall

作者:Muhammad Ali Mazidi

出品人:

页数:832

译者:

出版时间:2007-02-16

价格:USD 100.40

装帧:Paperback

isbn号码:9780131194045

丛书系列:

图书标签:

• PIC
• Microcontroller
• Embedded Systems
• Electronics
• Programming
• C Programming
• Assembly Language
• Digital Electronics
• Hardware
• DIY
• Engineering

数字信号处理导论：从理论到实践的桥梁 本书简介 本书旨在为读者提供一个全面且深入的数字信号处理（DSP）领域概览，侧重于将核心理论概念与实际工程应用紧密结合。我们深知，DSP 不仅仅是抽象的数学公式，更是驱动现代通信、音频、图像和控制系统的核心技术。因此，本书的编写遵循“理论先行，实践驱动”的原则，力求构建一座坚实的理论知识堡垒与实际工程技能之间的桥梁。 第一部分：基础构建——信号与离散化 DSP 的基石在于对连续时间信号的离散化和数字化过程的理解。本部分将从信号与系统的基本概念入手，详细阐述连续时间信号（CT）与离散时间信号（DT）的本质区别和联系。 信号的数学描述与分类： 深入探讨不同类型的信号（如周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号）的数学特性及其在不同应用场景下的表示方法。我们将引入傅里叶级数和傅里叶变换作为分析连续信号频谱的强大工具。 采样理论的精髓： 尼奎斯特定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）是 DSP 的核心。本书将详细解析采样过程中的信息丢失与恢复机制，并探讨欠采样、过采样等实际操作中遇到的挑战与解决方案，如混叠效应（Aliasing）的成因、检测与预防。 离散时间系统分析： 讲解线性时不变（LTI）系统的概念，这是分析 DSP 算法的基础。通过差分方程的建立与求解，读者将掌握系统的冲激响应（Impulse Response）和系统的频率响应（Frequency Response）的计算方法，理解系统的稳定性、因果性等关键属性。 第二部分：频域分析的核心工具 一旦信号被离散化，频域分析便成为理解和设计处理算法的关键。本部分将聚焦于离散傅里叶变换（DFT）及其高效算法——快速傅里叶变换（FFT）。 离散傅里叶变换（DFT）： 详尽推导 DFT 的定义、性质及其与连续傅里叶变换的关系。我们将分析 DFT 在周期延拓信号上的应用，并讨论其在有限长序列分析中的局限性，例如栅栏效应（Scalloping Effect）和谱泄露（Spectral Leakage）。 快速傅里叶变换（FFT）： 介绍 FFT 的基本原理，特别是蝶形运算（Butterfly Operation）和分治策略，使得原本 $O(N^2)$ 的计算复杂度大幅降低。本书将着重讲解最常用的基-2 FFT 算法的实现细节和注意事项，帮助读者理解如何高效地在硬件或软件中实现频谱分析。 窗函数技术： 为了减小谱泄露对分析结果的影响，窗函数的使用至关重要。我们将系统介绍矩形窗、汉宁窗（Hanning）、汉明窗（Hamming）、布莱克曼窗（Blackman）等常见窗函数的特性，并提供如何根据应用需求选择合适窗函数的指导原则。 第三部分：数字滤波器设计与实现 滤波器是 DSP 应用中最常见也是最重要的组成部分。本书将系统地指导读者从零开始设计和实现满足特定指标要求的数字滤波器。 无限冲激响应（IIR）滤波器设计： 侧重于利用经典模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）的成熟理论，通过双线性变换（Bilinear Transformation）等方法将其映射到数字域。我们将分析 IIR 滤波器的稳定性和相位的非线性问题。 有限冲激响应（FIR）滤波器设计： FIR 滤波器因其固有的线性相位特性而在许多对相位要求严格的应用中占据优势。本书将详细讲解窗函数法和频率采样法的设计流程，并引入更先进的等波纹设计方法（如Parks-McClellan算法的原理概述）。 滤波器结构与量化效应： 讨论直接型、级联型、并联型等不同滤波器实现结构，并深入分析有限精度运算（量化噪声和溢出）对数字滤波器性能的影响，这对嵌入式系统设计尤为关键。 第四部分：现代 DSP 应用与进阶主题 在掌握了基础理论和滤波器设计之后，本书将引导读者探索更广阔的 DSP 应用领域。 自适应滤波： 介绍自适应滤波器的基本概念，重点讲解维纳滤波器（Wiener Filter）和最小均方（LMS）算法的工作原理。这对于回声消除、噪声消除和信道均衡等动态环境下的应用至关重要。 多速率信号处理与抽取/插值： 探讨如何通过不同的采样率处理信号以提高效率或满足特定接口需求，详细解析抽取（Decimation）和插值（Interpolation）过程中的抗镜像滤波（Anti-aliasing/Anti-imaging）技术。 随机过程基础： 为理解通信和控制系统中的噪声特性打下基础。介绍随机信号的平稳性、遍历性、功率谱密度（PSD）的概念，以及如何使用周期图法和Welch方法来估计信号的功率谱。 实践导向与工具集成 本书的每一个理论章节后都配有详细的 MATLAB/Python 编程示例（或伪代码描述），用以巩固概念。我们强调的不仅是“如何计算”，更是“如何验证”。读者将学会使用专业工具包来可视化信号、分析频谱、设计并仿真滤波器的性能，从而确保理论知识能够顺利转化为可靠的工程实现。 目标读者 本书适合于电子工程、通信工程、计算机科学、自动化控制等相关专业的本科高年级学生和研究生，以及希望系统学习或巩固 DSP 知识的工程技术人员。读者需具备微积分、线性代数以及基本的信号与系统知识。 本书价值 本书的目标是培养读者对数字信号的直觉和洞察力，使其不仅仅是公式的执行者，而是能够根据实际需求，灵活选择、设计和优化 DSP 算法的工程师。通过本书的学习，读者将有能力分析复杂的现实世界信号问题，并设计出高效、稳健的数字处理方案。

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作为一个硬件设计师，我对软件编程一直抱有敬畏感，总觉得那是一片充满未知和Bug的“黑暗森林”。是这本书，为我点亮了一盏明灯。它没有预设读者拥有深厚的计算机科学背景，而是从最基础的位操作、数据类型转换开始，非常耐心地讲解了C语言在嵌入式环境中的“方言”和最佳实践。最让我感到释怀的是，它对内存映像的讲解清晰到令人发指，我终于明白了为什么有些变量需要放在RAM里，而有些配置参数一定要放在Flash中，这种底层理解的打通，彻底消除了我对内存分配的恐惧。书中还涉及到了调试技巧，提供了许多实用的断点设置、观察变量的技巧，以及如何利用调试器来追踪瞬时发生的错误，这些都是教科书上不会告诉你的“江湖经验”。读完它，我不再仅仅是一个被动地接受别人代码的“螺丝钉”，而是能够自信地去阅读、理解甚至小规模修改底层固件的实践者，这种能力上的飞跃是无价的。

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这本书简直是电子工程学习者的福音！从我拆开包裹，翻开第一页开始，我就知道我淘到宝了。它不像那些故作高深的教科书，充斥着晦涩难懂的术语，而是用一种非常接地气的方式，将复杂的数字逻辑和模拟电路知识娓娓道来。我尤其欣赏作者在讲解基础概念时所采用的类比手法，比如将程序流程比作日常生活的决策过程，这让初学者能迅速抓住核心思想，建立起对微控制器工作原理的直观认识。书中大量的实例代码，都是经过精心挑选和优化的，每一个例子都紧密围绕着实际应用场景展开，比如如何用它来控制一个简单的LED闪烁，如何读取传感器数据，甚至是构建一个小型机器人。最让我感到惊喜的是，它对开发环境的搭建步骤进行了细致入微的指导，从软件安装到硬件连接，每一步都配有清晰的截图和详尽的注释，基本上手残党也能顺利上手，极大地降低了入门的门槛。这本书不仅仅是一本参考手册，更像是一位经验丰富的工程师在我身边手把手地教学，让我对嵌入式开发的兴趣达到了前所未有的高度。我强烈推荐给所有刚踏入这个领域的朋友们，它绝对能为你打下最坚实的基础。

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说实话，我对技术书籍一向持谨慎态度，很多市面上的书籍要么内容陈旧，要么翻译质量堪忧，读起来非常痛苦。然而，这本作品彻底颠覆了我的固有印象。它的内容组织逻辑极其严谨，从最底层的寄存器操作讲起，逐步深入到高级的定时器中断、串行通信协议（如UART、SPI）以及复杂的内存管理。作者的叙述风格带着一种老派的严谨和对细节的极致追求，每一个公式、每一个时序图都经过了反复推敲，保证了其准确性无可挑剔。我特别喜欢其中关于中断服务程序（ISR）编写的章节，它没有简单地给出代码模板，而是深入剖析了中断延迟、优先级冲突等“陷阱”，并提供了优雅的解决方案，这对于编写需要高实时性的固件至关重要。对于已经有一定基础，希望提升代码质量和系统稳定性的工程师来说，这本书的价值简直是无可估量。它迫使你不仅仅停留在“让功能跑起来”的层面，而是去思考“如何让功能跑得更高效、更可靠”，这种思维上的提升才是最宝贵的财富。

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我过去尝试过好几本关于微控制器编程的书，但大多都只是泛泛而谈，要么只关注特定型号的芯片，要么深度不足以支撑实际项目的开发。这本则完全不同，它提供了一种跨越不同系列芯片的通用设计哲学，虽然具体指令集可能因型号而异，但其核心思想——状态机设计、看门狗定时器的应用、低功耗模式的实现策略——都是可以迁移和复用的宝贵知识。书中对软件架构的讨论也十分到位，它引导读者从一开始就规划模块化的代码结构，避免了后期代码“面条化”的噩梦。例如，书中介绍的有限状态机（FSM）的C语言实现范例，清晰明了，我立刻将这个思路应用到了我正在进行的一个复杂控制系统上，大大提高了代码的可读性和可维护性。此外，作者在描述硬件抽象层（HAL）设计时的见解尤其深刻，他强调了保持硬件接口独立性的重要性，这对于未来可能需要移植到不同平台的情况极为有利。这本书真正做到了理论指导实践，实践反哺理论的良性循环。

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我对这种偏向底层和系统级构建的书籍有着近乎苛刻的要求，它必须在深度和广度之间找到一个完美的平衡点。这本书在这方面做得非常出色。它的广度体现在它涵盖了从基础的I/O控制到复杂的PWM波形生成、ADC采样的校准处理等几乎所有主流外设的应用。而它的深度则体现在对这些外设工作原理的物理层面的剖析，比如解释了为什么ADC转换需要特定的采样时间，或者滤波电路对信号质量的影响。我特别欣赏作者在讲解通信协议时，不仅给出了软件层面的实现，还辅以了逻辑分析仪捕获的实际波形图。这种“软硬结合”的展示方式，极大地增强了学习效果，让我能清晰地看到代码执行时，到底在物理层面上产生了什么样的电信号。这本书无疑是为那些希望深入理解设备“黑箱”内部运作机制的进阶学习者量身打造的，它不满足于表面的功能实现，而是追求对底层机制的彻底掌握，是一部真正能经受住项目考验的硬核技术著作。

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