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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Hood, John Linsley

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:1998-1

价格:$ 89.21

装帧:Pap

isbn号码:9780750633567

丛书系列:

图书标签:

• 音频放大器
• 晶体管
• 真空管
• 电路设计
• 电子工程
• 模拟电路
• 音频技术
• DIY
• 放大器电路
• 电子技术

数字信号处理与嵌入式系统设计 图书简介 本书深入探讨了现代电子工程领域中两个核心且相互关联的方向：数字信号处理（DSP）和嵌入式系统设计。它旨在为电子工程、计算机科学、通信工程以及相关专业的高年级本科生、研究生以及致力于实践的工程师提供一本全面、深入且极具实战价值的参考资料。本书的结构设计旨在平衡理论的严谨性与工程实践的实用性，使读者不仅理解“如何做”，更能洞悉“为何要这样做”。 第一部分：数字信号处理基础与高级理论 本部分奠定了坚实的数字信号处理理论基础，并逐步过渡到更复杂的实际应用算法。 第一章：离散时间信号与系统 本章从模拟信号的采样与量化开始，详细介绍了离散时间信号的表示、基本特性（如周期性、能量、功率）以及线性时不变（LTI）系统的概念。重点分析了卷积的数学形式及其在离散系统中的物理意义。通过丰富的例子，阐述了采样定理（Nyquist-Shannon定理）在实际系统设计中的指导作用，并讨论了混叠（Aliasing）现象及其在数字系统中必须采取的预处理措施。 第二章：Z变换及其应用 Z变换被视为傅里叶分析在离散系统中的延伸。本章系统地介绍了单边和双边Z变换的定义、收敛域（ROC）的概念及其重要性。详细推导了线性、时移、卷积等基本运算的Z变换性质。通过逆Z变换的方法，特别是利用部分分式展开法，展示了如何从系统函数（Transfer Function）反推出系统的脉冲响应。本章强调了ROC与系统因果性、稳定性的紧密联系。 第三章：离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT） DFT是连接时域分析和频域分析的桥梁。本章详细解释了DFT的定义、性质及其与周期序列的Z变换的关系。重点阐述了快速傅里叶变换（FFT）算法，特别是Decimation-in-Time（DIT）和Decimation-in-Frequency（DIF）算法的原理、蝶形运算结构和计算复杂度。通过对不同长度FFT的实现细节分析，为读者后续在嵌入式平台上的高效计算打下基础。 第四章：数字滤波器设计 滤波器是DSP应用的核心。本章分为两大部分： 无限脉冲响应（IIR）滤波器设计： 介绍模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）的原型设计，并详细讲解了双线性变换法（Bilinear Transformation）将模拟滤波器转换为数字滤波器的全过程，包括预畸变（Pre-warping）的处理。 有限脉冲响应（FIR）滤波器设计： 重点介绍了窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗）的选择和应用，以及频率采样法和公园-麦克莱伦（Parks-McClellan）等优化算法，并对比了IIR和FIR滤波器在群延迟、相位线性度、稳定性和计算复杂度上的优劣。 第五章：随机信号处理与谱估计 本章进入随机过程理论，这是通信和雷达系统中不可或缺的部分。介绍了随机过程的平稳性、遍历性等概念。深入讲解了功率谱密度（PSD）的定义及其估计方法，包括经典的周期图法、韦尔奇平均法（Welch's Method）以及现代的参数化方法，如自回归（AR）模型谱估计（如Burg方法）。 第二部分：嵌入式系统设计与实现 本部分将DSP理论与实际的硬件平台相结合，聚焦于如何将复杂的算法高效地部署到资源受限的嵌入式设备中。 第六章：嵌入式系统架构与微控制器 本章首先界定嵌入式系统的核心组成部分：微处理器/微控制器、存储器、输入/输出接口和软件。详细分析了冯·诺依曼和哈佛架构的差异及其对DSP算法执行效率的影响。重点介绍现代高性能微控制器（如基于ARM Cortex-M/R系列）的流水线、中断机制和总线结构。 第七章：嵌入式DSP的硬件加速 针对DSP算法对计算速度的苛刻要求，本章探讨了硬件加速的必要性。深入剖析了专用数字信号处理器（DSP）的架构特点，包括MAC（乘累加）单元、零开销循环（Zero-overhead Looping）和多数据通路。对于通用MCU，则重点讲解了定点运算（Fixed-Point Arithmetic）的实现技巧、定点数的表示、溢出和量化误差的控制，以及如何利用硬件乘法器和累加器优化算法。 第八章：实时操作系统（RTOS）与任务调度 在复杂的嵌入式应用中，RTOS是管理并发任务和确保时间确定性的关键。本章介绍了RTOS的核心概念，如任务状态、上下文切换、信号量、互斥锁和消息队列。重点分析了实时调度算法，包括固定优先级调度（如Rate Monotonic Analysis, RMA）和动态优先级调度（如Earliest Deadline First, EDF），并指导读者如何根据应用需求选择合适的调度策略。 第九章：嵌入式DSP算法的移植与优化 本章是理论与实践的结合点。它指导读者如何将MATLAB/Simulink中验证的算法移植到C/C++代码，并针对目标硬件进行优化。内容包括： 代码效率优化： 循环展开、函数内联、查找表（Lookup Tables）的使用以替代昂贵的实时计算。 内存管理： 栈与堆的使用规范，以及在嵌入式环境中避免动态内存分配的策略。 浮点与定点转换： 详细的定点化流程（包括缩放因子和舍入模式的选择）和误差分析。 第十章：数据采集与接口技术 成功的嵌入式DSP系统依赖于精确的外部数据交互。本章涵盖了关键的I/O接口： 模数转换器（ADC）： 讨论了SAR、Delta-Sigma ADC的原理，以及采样率、有效位数（ENOB）对系统性能的影响。 通信接口： 深入分析了串行通信协议（如SPI, I2C, UART）的配置与数据传输，并介绍了高速接口（如Ethernet/USB）在数据回传中的应用。 附录 附录提供了ARM Cortex-M处理器上的汇编指令集简介，用于理解编译器生成的底层代码，以及常用的DSP数学库（如CMSIS-DSP）的函数调用示例。 本书通过贯穿始终的工程实例——例如，一个基于嵌入式平台的实时音频均衡器或一个简单的数字锁相环（PLL）——将理论知识与实际设计紧密结合，确保读者能够掌握从算法设计、性能分析到最终硬件实现的完整工程流程。

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