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页数:424

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出版时间:2011-5

价格:49.00元

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isbn号码:9787512404236

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• 飞思卡尔
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《数字信号处理与应用：从理论到实践》 本书聚焦于现代电子工程与信息科学领域的核心技术——数字信号处理（DSP）。 我们将带领读者深入探索信号的离散化、量化过程，以及在数字域中进行有效分析、滤波、变换和恢复的完整理论框架与实用技术。本书旨在为工程专业学生、初级工程师以及希望拓展技能的资深技术人员提供一个全面且深入的自学与参考资源。 第一部分：信号处理基础与离散化 第一章：连续时间信号回顾与采样理论 本章首先回顾了傅里叶分析、拉普拉斯变换等连续时间信号处理的关键概念，为后续的离散化过程打下坚实基础。重点剖析了采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem） 的严格数学推导及其在实际系统中的局限性。我们详细讨论了欠采样、过采样以及抗混叠滤波器的设计原理与实践，包括对模拟抗混叠滤波器的频率响应要求和实现细节。此外，还将介绍不同类型的采样（如零阶保持、一阶保持）对重建信号的影响。 第二章：离散时间信号与系统 本章引入了离散时间信号的基本表示形式——序列，并详细阐述了离散时间系统的基本性质（如线性、时不变、因果性、稳定性）。Z变换 是本章的核心，作为离散时间系统的分析工具，本书将全面介绍单边Z变换和双边Z变换的收敛域（ROC）概念及其性质。通过Z变换，我们将系统的时间域差分方程转化为频率域的传递函数，为后续的滤波器设计奠定数学基础。我们还将深入探讨线性卷积 在离散系统分析中的作用。 第三章：离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT） DFT是连接时域和频域的桥梁。本章系统性地介绍DFT的定义、性质，并详细分析了DFT/IDFT的计算复杂度。随后，我们将重点探讨快速傅里叶变换（FFT） 算法，包括Cooley-Tukey算法（蝶形运算、时间抽取与频率抽取结构）的原理与实现细节。书中提供了多种FFT实现示例，并讨论了窗函数（如汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗）对频谱分析中泄漏现象的缓解作用及其选择标准。 第二部分：数字滤波器设计 数字滤波器是DSP应用中最基础也是最重要的组成部分。本书将深入探讨IIR和FIR两种主流滤波器类型的理论基础、设计方法和性能权衡。 第四章：无限脉冲响应（IIR）滤波器设计 本章专注于IIR滤波器，它以其在低阶数下实现陡峭过渡带的能力而著称。我们将从经典的模拟滤波器设计（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）入手，详细讲解双线性变换法（Bilinear Transformation） 及其在将模拟滤波器转换为数字滤波器时的预畸变（Pre-warping）处理。此外，还将介绍脉冲响应不变法，并对比不同IIR设计方法在幅频响应、相位特性和实现复杂度上的差异。我们还会讨论IIR滤波器在实际应用中可能遇到的量化误差和稳定性问题。 第五章：有限脉冲响应（FIR）滤波器设计 FIR滤波器因其固有的线性相位特性，在需要保持信号波形完整性的应用中至关重要。本章详述了FIR滤波器的设计方法，重点剖析了窗函数法（包括矩形窗、三角窗、广义三角窗等）的设计原理、对滤波器的旁瓣衰减和过渡带宽的影响。随后，我们将深入讲解频率采样法和更高效的等波纹优化法（Parks-McClellan/Remez Exchange Algorithm），解释如何通过最小化滤波器纹波来优化设计。本章还将讨论如何利用FIR滤波器的对称性进行高效运算。 第六章：滤波器结构与量化效应 本章讨论了数字滤波器的物理实现结构，包括直接型、级联型和并联型结构。特别关注了二阶节（Biquad）结构在IIR滤波器中的优势，以及如何通过格子结构实现滤波器系数的分解与优化。随后，我们将深入分析有限精度运算对滤波器性能的影响，包括系数量化误差、乘法器量化噪声（Limit Cycle振荡）和溢出问题，并探讨提高精度和稳定性的策略。 第三部分：高级主题与应用 第七章：多速率信号处理 现代通信和音频处理系统常常涉及采样率的灵活变化。本章介绍采样率转换技术，包括上采样（插值）和下采样（抽取）。详细讲解了基于整数因子和有理数因子的速率转换器的实现，如使用半带滤波器进行高效的抽取和插值。我们将探讨滤波器组和变换域滤波器的概念，它们在高效信号处理中的应用。 第八章：自适应滤波与谱估计 本章引入了信号处理的前沿领域。在自适应滤波方面，重点介绍最小均方（LMS）算法和归一化LMS（NLMS）算法的原理、收敛性能分析及其在噪声消除、回声消除和信道均衡中的应用。在谱估计方面，我们将区分经典方法（如周期图法）和现代非参数方法，深入探讨Welch平均法如何降低方差，以及参数化谱估计方法（如AR/MA模型）的基本思想。 第九章：数字滤波器在通信与控制中的应用 本章将前述理论知识应用于实际工程场景。在通信领域，讨论如何使用数字滤波器实现信道均衡、匹配滤波以及数字调制/解调过程中的载波恢复。在控制系统中，探讨PID控制器中的数字实现、数字补偿器的设计，以及如何利用IIR/FIR滤波器实现对系统动态特性的精确控制与优化。 附录：MATLAB/Python 实践指南 附录提供了使用主流科学计算工具（如MATLAB的Signal Processing Toolbox或Python的SciPy库）实现书中所述所有滤波器设计、FFT分析和自适应算法的详细代码示例与操作指南，确保读者能够快速将理论知识转化为可运行的工程原型。 本书的特点在于理论的严谨性与工程实践的紧密结合，旨在培养读者从第一性原理出发设计和分析数字信号处理系统的能力。

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除了硬件和软件的讲解，这本书还触及了嵌入式系统开发的一些“软技能”，比如项目管理、版本控制（Git）、单元测试的重要性等等。作者强调了良好的开发习惯和规范对于提高开发效率和保证项目质量的关键作用。他鼓励读者不仅要关注技术本身，更要注重整个开发流程的优化，这是一种非常宝贵的职业素养的培养。

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这本书的封面设计就吸引了我，那是一种简洁却充满力量的视觉语言，让人一眼就能感受到这是一本关于技术实践的力作。当我迫不及待地翻开第一页，一股浓厚的专业气息扑面而来，仿佛置身于一个精心搭建的电子乐园。作者在开篇的引言部分，并没有大谈理论的深奥，而是用一种娓娓道来的方式，阐述了嵌入式系统在现代生活中的无处不在，从智能家居的便利，到工业自动化的效率，再到医疗设备的精准，都离不开它。这种宏观的视角，瞬间勾起了我学习的兴趣，让我觉得掌握嵌入式技术不仅仅是学习一门编程语言，更是掌握了改变世界的一种能力。

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这本书在通信协议部分的内容非常详尽，让我对I2C、SPI、UART等常用接口有了更深刻的理解。作者不仅解释了协议的工作原理，还提供了实际的驱动代码实现，让我能够直接上手测试。比如，他讲解I2C总线时，详细分析了主从设备如何握手，如何进行数据传输，以及时序图的含义。通过他提供的代码，我很快就能在自己的开发板上实现对一个I2C传感器的读写操作，这种实践的乐趣是无法用言语形容的。

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让我印象最深刻的是书中对硬件选型的剖析，作者并没有止步于列举几种常见的微控制器，而是深入浅出地讲解了不同架构的优劣，比如ARM Cortex-M系列在功耗和性能上的权衡，RISC-V的开放性和灵活性，以及一些特定应用场景下的FPGA和DSP的选择。他详细对比了不同芯片的内存类型、外设接口、开发工具链的成熟度，甚至还提到了量产成本和供应商支持等实际考量。这部分内容对于初学者来说，就像是拿到了一张详细的寻宝地图，能够帮助他们避免在众多硬件选项中迷失方向，快速定位最适合自己项目需求的核心。

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书中对于实时操作系统（RTOS）的讲解，是我认为最具有价值的部分之一。作者并没有简单地介绍RTOS的基本概念，而是深入剖析了FreeRTOS等主流RTOS的任务管理、信号量、消息队列、事件标志组等核心机制，并通过实际的并发任务调度例子，生动地展示了RTOS如何解决多任务协作和资源共享的复杂问题。他甚至还提到了RTOS在功耗管理和任务优先级设计上的考量，这些都是在实际项目中不可或缺的知识。

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总而言之，这本书让我感觉作者是一位经验丰富的嵌入式工程师，他将自己多年的实践经验倾囊相授，并且用一种非常易于理解和吸收的方式呈现出来。它不仅仅是一本技术手册，更像是一位导师在耳边细语，引导我一步步走向嵌入式开发的殿堂。即使是我这个在嵌入式领域摸爬滚打了几年的人，也从中受益匪浅，学到了很多之前从未接触过的知识和技巧，让我对未来的开发工作充满了信心。

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书中的代码示例质量极高，清晰、规范，并且具有很强的可读性。作者似乎非常擅长将复杂的概念分解成易于理解的代码片段，并配以详细的注释。我特别喜欢他对于中断处理的讲解，通过一个实际的按键输入和LED闪烁的例子，一步步演示了中断向量表、中断服务函数的设计，以及如何避免中断服务程序过长导致的问题。这种循序渐进的教学方式，让我这个对底层硬件接触不多的读者，也能轻松掌握中断这一嵌入式开发中的核心技能。

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在调试技巧方面，这本书堪称一本“圣经”。作者花了相当大的篇幅介绍各种调试方法，从最基础的LED状态指示，到串口打印，再到JTAG/SWD接口配合调试器进行断点、单步、内存查看等高级操作。他还分享了一些在实际开发中遇到的棘手bug，以及如何运用逻辑分析仪、示波器等硬件工具来辅助定位问题的经验。我尤其欣赏他关于“代码健壮性”的论述，强调了如何通过防御性编程、异常处理等手段，来减少软件缺陷，提高系统的稳定性。

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网络编程在嵌入式领域越来越重要，这本书也专门开辟了章节来介绍。作者从TCP/IP协议栈的基本原理讲起，逐步深入到Socket编程，并结合HTTP、MQTT等应用层协议，讲解了如何在嵌入式设备上实现网络通信。他提供的示例代码，可以直接移植到各种嵌入式平台上，让我能够快速搭建一个能够联网的设备，这对于物联网项目的开发非常有帮助。

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让我惊喜的是，作者在书中融入了大量的案例分析，这些案例都来自于真实的嵌入式项目。从一个简单的温湿度采集器，到一个复杂的智能家居网关，作者都详细地描述了项目的需求分析、硬件选型、软件架构设计、关键模块实现以及最终的测试验证过程。这种“从无到有”的讲解方式，让我能够清晰地看到整个嵌入式系统设计流程，并且从中学习到很多宝贵的工程实践经验。

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内容很丰富，电路方面的看不大懂

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