DSP原理及應(yīng)用

　　內(nèi)容提要本書以TMS320C54x/54xx系列DSP為例，重點介紹了TMS320C54x/54xx系列DSP的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)以及DSP應(yīng)用程序的設(shè)計與開發(fā)。書中精選了大量實例，實例中給出了工作原理、完整的源程序及上機匯編、鏈接、調(diào)試過程，初學(xué)者可以按照書中給出的步驟動手操作，在實戰(zhàn)中掌握DSP應(yīng)用技術(shù)。本書最后介紹了TMS320C54x/54xx片內(nèi)外設(shè)及其應(yīng)用，重點討論了定時器、多通道緩沖串口（McBSP）的工作原理，并給出了具體的應(yīng)用實例。本書既可作為高校電子類專業(yè)本科生和研究生學(xué)習(xí)DSP的教材和參考書，也可供從事DSP芯片開發(fā)與應(yīng)用的廣大工程技術(shù)人員參考。序隨著計算機科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟與人們生活的各個角落，正在日益改變著傳統(tǒng)的人類工作方式和生活方式。在我國高等教育逐步實現(xiàn)大眾化后，越來越多的高等院校會面向國民經(jīng)濟發(fā)展的第一線，為行業(yè)、企業(yè)培養(yǎng)各級各類高級應(yīng)用型專門人才。為了大力推廣計算機應(yīng)用技術(shù)，更好地適應(yīng)當(dāng)前我國高等教育的跨越式發(fā)展，滿足我國高等院校從精英教育向大眾化教育的轉(zhuǎn)變，符合社會對高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的各類要求，我們成立了"21世紀(jì)高等院校規(guī)劃教材編委會"，在明確了高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式、培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和課程體系的框架下，組織編寫了本套"21世紀(jì)高等院校規(guī)劃教材"。眾所周知，教材建設(shè)作為保證和提高教學(xué)質(zhì)量的重要支柱及基礎(chǔ)，作為體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的知識載體，在當(dāng)前培養(yǎng)應(yīng)用型人才中的作用是顯而易見的。探索和建設(shè)適應(yīng)新世紀(jì)我國高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系需要的配套教材已經(jīng)成為當(dāng)前我國高等院校教學(xué)改革和教材建設(shè)工作面臨的緊迫任務(wù)。因此，編委會經(jīng)過大量的前期調(diào)研和策劃，在廣泛了解各高等院校的教學(xué)現(xiàn)狀、市場需求，探討課程設(shè)置、研究課程體系的基礎(chǔ)上，組織一批具備較高的學(xué)術(shù)水平、豐富的教學(xué)經(jīng)驗、較強的工程實踐能力的學(xué)術(shù)帶頭人、科研人員和主要從事該課程教學(xué)的骨干教師編寫出一批有特色、適用性強的計算機類公共基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)及應(yīng)用技術(shù)課的教材以及相應(yīng)的教學(xué)輔導(dǎo)書，以滿足目前高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。本套教材消化和吸收了多年來已有的應(yīng)用型人才培養(yǎng)的探索與實踐成果，緊密結(jié)合經(jīng)濟全球化時代高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)工作的實際需要，努力實踐，大膽創(chuàng)新，教材編寫采用整體規(guī)劃、分步實施、滾動立項的方式，分期分批地啟動編寫計劃，編寫大綱的確定以及教材風(fēng)格的定位均經(jīng)過編委會多次認真討論，以確保該套教材的高質(zhì)量和實用性。教材編委會分析研究了應(yīng)用型人才與研究型人才在培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系和內(nèi)容編排上的區(qū)別，分別提出了3個層面上的要求：在專業(yè)基礎(chǔ)類課程層面上，既要保持學(xué)科體系的完整性，使學(xué)生打下較為扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做好鋪墊，更要突出應(yīng)用特色，理論聯(lián)系實際，并與工程實踐相結(jié)合，適當(dāng)壓縮過多過深的公式推導(dǎo)與原理性分析，兼顧考研學(xué)生的需要，以原理和公式結(jié)論的應(yīng)用為突破口，注重它們的應(yīng)用環(huán)境和方法；在程序設(shè)計類課程層面上，把握程序設(shè)計方法和思路，注重程序設(shè)計實踐訓(xùn)練，引入典型的程序設(shè)計案例，將程序設(shè)計類課程的學(xué)習(xí)融入案例的研究和解決過程中，以學(xué)生實際編程解決問題的能力為突破口，注重程序設(shè)計算法的實現(xiàn)；在專業(yè)技術(shù)應(yīng)用層面上，積極引入工程案例，以培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力為突破口，加大實踐教學(xué)內(nèi)容的比重，增加新技術(shù)、新知識、新工藝的內(nèi)容。本套規(guī)劃教材的編寫原則是：在編寫中重視基礎(chǔ)，循序漸進，內(nèi)容精煉，重點突出，融入學(xué)科方法論內(nèi)容和科學(xué)理念，反映計算機技術(shù)發(fā)展要求，倡導(dǎo)理論聯(lián)系實際和科學(xué)的思想方法，體現(xiàn)一級學(xué)科知識組織的層次結(jié)構(gòu)。主要表現(xiàn)在：背靠計算機學(xué)科的科學(xué)體系，明確目標(biāo)定位，分類組織實施，兼容互補；理論與實踐并重，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，突出學(xué)科發(fā)展特點，體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律；教材內(nèi)容循序漸進，保證學(xué)術(shù)深度，減少知識重復(fù)，前后相互呼應(yīng)，內(nèi)容編排合理，整體結(jié)構(gòu)完整：采取自頂向下設(shè)計方法，內(nèi)涵發(fā)展優(yōu)先，突出學(xué)科方法論，強調(diào)知識體系可擴展的原則。本套規(guī)劃教材的主要特點是：（1）面向應(yīng)用型高等院校，在保證學(xué)科體系完整的基礎(chǔ)上不過度強調(diào)理論的深度和難度，注重應(yīng)用型人才的專業(yè)技能和工程實用技術(shù)的培養(yǎng)。在課程體系方面打破傳統(tǒng)的研究型人才培養(yǎng)體系，根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展對行業(yè)、企業(yè)的工程技術(shù)需要，建立新的課程體系，并在教材中反映出來。（2）教材的理論知識包括了高等院校學(xué)生必須具備的科學(xué)、工程、技術(shù)等方面的要求，知識點不要求大而全，但一定要講透，使學(xué)生真正掌握。同時注重理論知識與實踐相結(jié)合，使學(xué)生通過實踐深化對理論的理解，學(xué)會并掌握理論方法的實際運用。（3）在教材中加大能力訓(xùn)練部分的比重，使學(xué)生比較熟練地應(yīng)用計算機知識和技術(shù)解決實際問題，既注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，也注重培養(yǎng)學(xué)生思考問題、解決問題的能力。（4）教材采用"任務(wù)驅(qū)動"的編寫方式，以實際問題引出相關(guān)原理和概念，在講述實例的過程中將本章的知識點融入，通過分析歸納，介紹解決工程實際問題的思想和方法，然后進行概括總結(jié)，使教材內(nèi)容層次清晰，脈絡(luò)分明，可讀性、可操作性強。同時，引入案例教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)方法，便于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。（5）教材在內(nèi)容編排上，力求由淺入深，循序漸進，舉一反三，突出重點，通俗易懂。采用模塊化結(jié)構(gòu)，兼顧不同層次的需求，在具體授課時可根據(jù)各校的教學(xué)計劃在內(nèi)容上適當(dāng)加以取舍。此外還注重了配套教材的編寫，如課程學(xué)習(xí)輔導(dǎo)、實驗指導(dǎo)、綜合實訓(xùn)、課程設(shè)計指導(dǎo)等，注重多媒體的教學(xué)方式以及配套課件的制作。（6）大部分教材配有電子教案，以使教材向多元化、多媒體化發(fā)展，滿足廣大教師進行多媒體教學(xué)的需要。電子教案用PowerPoint制作，教師可根據(jù)授課情況任意修改。相關(guān)教案的具體情況請到中國水利水電出版社網(wǎng)站www.waterpub.com.cn下載。此外還提供相關(guān)教材中所有程序的源代碼，方便教師直接切換到系統(tǒng)環(huán)境中教學(xué)，提高教學(xué)效果。總之，本套規(guī)劃教材凝聚了眾多長期在教學(xué)、科研一線工作的教師及科研人員的教學(xué)科研經(jīng)驗和智慧，內(nèi)容新穎，結(jié)構(gòu)完整，概念清晰，深入淺出，通俗易懂，可讀性、可操作性和實用性強。本套規(guī)劃教材適用于應(yīng)用型高等院校各專業(yè)，也可作為本科院校舉辦的應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的課程教材，此外還可作為職業(yè)技術(shù)學(xué)院和民辦高校、成人教育的教材以及從事工程應(yīng)用的技術(shù)人員的自學(xué)參考資料。我們感謝該套規(guī)劃教材的各位作者為教材的出版所做出的貢獻，也感謝中國水利水電出版社為選題、立項、編審所做出的努力。我們相信，隨著我國高等教育的不斷發(fā)展和高校教學(xué)改革的不斷深入，具有示范性并適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的精品課程教材必將進一步促進我國高等院校教學(xué)質(zhì)量的提高。我們期待廣大讀者對本套規(guī)劃教材提出寶貴意見，以便進一步修訂，使該套規(guī)劃教材不斷完善。數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor，DSP）以高速數(shù)字信號處理為目標(biāo)進行芯片設(shè)計，采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)、內(nèi)部具有硬件乘法器、應(yīng)用流水線技術(shù)、具有良好的并行性和專門用于數(shù)字信號處理的指令等特點。DSP芯片以其強大的運算能力在通信、電子、圖像處理等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通用DSP芯片代表性的產(chǎn)品主要有n公司的TMS320系列、AD公司ADSP21xx系列、Motorola公司的DSP56xx系列和DSP96xx系列等單片器件，其中占市場份額最大的是美國德州儀器（T1）公司。TI的定點16位TMS320C54x/54xx系列DSP芯片以其優(yōu)良的性能價格比得到了廣泛使用。本書對TMS320C54x/54xxDSP的原理及應(yīng)用進行了介紹。全書共8章，可以分為3個部分。第一部分包括第1章一第4章，介紹TMS320C54x/54xx系列DSP的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、數(shù)據(jù)尋址方式以及指令系統(tǒng)。使讀者初步了解芯片的硬件組成、結(jié)構(gòu)特點及其指令系統(tǒng)。第二部分包括第5章～第7章，介紹DSP應(yīng)用程序的設(shè)計與開發(fā)。第5章詳細介紹了基于匯編語言和C/C++高級語言程序設(shè)計的方法，包括匯編器和鏈接器對段的處理、常用匯編偽指令、鏈接器命令文件的編寫與使用、匯編語言程序編寫方法、TMS320C54xC語言編程以及用C語言和匯編語言混合編程。第6章介紹了美國德州儀器公司推出的CCS（CodeComposerStudio）集成開發(fā)環(huán)境，主要內(nèi)容包括CCS系統(tǒng)安裝與設(shè)置、CCS菜單和工具欄、CCS中的編譯器和鏈接器有關(guān)選項設(shè)置，最后通過具體實例介紹了CCS的基本操作與使用方法。在第5章介紹匯編語言程序設(shè)計和第6章CCS集成開發(fā)環(huán)境的基礎(chǔ)上，第7章首先介紹了與程序流程控制有關(guān)的內(nèi)容，然后用具體實例介紹了匯編語言程序設(shè)計的方法，以及在.CCS環(huán)境下使用Simulator（軟件模擬器）進行程序調(diào)試的基本方法，最后介紹了數(shù)字信號處理中廣泛使用的FIR濾波器、IIR濾波器及FFT算法在定點C54x上的實現(xiàn)方法和實例程序。只要使用者安裝了CCS5000系統(tǒng)軟件，在沒有DSP目標(biāo)板的情況下，可以使用Simulator模擬DSP程序的運行。第7章以實例的方式循序漸進地幫助讀者進一步熟悉DSP的指令系統(tǒng)、CCS環(huán)境下匯編語言應(yīng)用程序的設(shè)計和調(diào)試方法。實例中給出了工作原理、完整的源程序及上機匯編、鏈接、調(diào)試過程，初學(xué)者可以按照書中給出的步驟動手操作，進行實戰(zhàn)練習(xí)。第三部分包括第8章，介紹了TMS320C54x/54xx系列DSP片內(nèi)外設(shè)及其應(yīng)用，內(nèi)容包括定時器、時鐘發(fā)生器、多通道緩沖串口（McBSP）、主機并口（HPl）工作原理以及外部總線操作，重點討論了定時器、多通道緩沖串口（McBSP）工作原理，并給出了具體應(yīng)用實例。目前，高校開設(shè)這門課程一般安排40學(xué)時左右，僅僅靠課堂教學(xué)，學(xué)生是難以掌握的。不少初學(xué)者感到學(xué)習(xí)困難，自己看書看不懂或看了書仍不知如何去做題。本書是一本學(xué)習(xí)DSP的入門教材，針對初學(xué)者的學(xué)習(xí)規(guī)律，將問題分散，循序漸進。同時，書中精選了大量實例，使讀者在實戰(zhàn)中掌握DSP的應(yīng)用技術(shù)。在學(xué)習(xí)過程中，開始時不必死記每條指令，只需大概了解有哪幾類指令即可，通過后面章節(jié)的學(xué)習(xí)逐步了解、掌握指令的使用。DSP軟件開發(fā)離不開開發(fā)工具，熟悉CCS集成開發(fā)環(huán)境是進行DSP軟件開發(fā)的基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)CCS中編譯器、鏈接器的選項設(shè)置時，開始不必追究每一個選項，首先掌握常用選項設(shè)置，然后再逐步了解、掌握其他選項。深入理解掌握CCS開發(fā)環(huán)境，開發(fā)出高效的DSP軟件需要經(jīng)過一定時間的學(xué)習(xí)和實踐。作者在編寫本書的過程中得到了南京解放軍理工大學(xué)陸輝教授的大力支持和幫助，此外，劉乾、李少宇、王彬、曹珊珊、曹艷利、楊金娜、張燁、李艷麗、吳愛國、陳斌、陳譜等為本書繪制了部分插圖并完成了部分文字錄工作，武漢凌特公司和南京恒締公司提供了部分實驗素材，在此一并表示衷心感謝。本書中的源代碼可以從中國水利水電出版社網(wǎng)站下載，網(wǎng)址為：http：//www.waterpub.com.cn/。由于作者水平有限，書中不妥和疏漏之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

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