数字信号处理器 体系结构、实现与应用PDF电子书下载

目录 1

第1章 数字信号处理系统导论 1

1.1 数字信号处理简介 1

1.2 数字信号处理系统与应用 3

1.2.1 数字信号处理系统 3

1.2.2 TMS320系列 4

1.2.3 数字信号处理应用 5

1.3 数字信号处理器体系结构 6

1.3.1 引言 6

1.3.2 中央处理单元运算 7

1.3.3 存储器配置 9

1.3.4 外围设备与输入／输出 11

1.4 软件开发 12

1.4.1 指令集 13

1.4.2 汇编程序 13

1.4.3 C程序 14

1.4.4 C语言与汇编语言的混合编码 14

1.4.5 软件开发工具 15

1.5 硬件问题 17

1.5.1 硬件选择 17

1.5.2 硬件配置 17

1.5.3 硬件工具 17

1.6 系统考虑事项 18

1.6.1 数字信号处理器的选择 18

1.6.2 采样与量化 19

1.6.4 编码译码器 20

1.6.3 数模转换 20

1.6.5 速度优化 21

1.7 实验 21

1.7.1 使用汇编器和链接器-命令文件 22

1.7.2 创建一个项目 24

1.7.3 连编项目 25

1.7.4 调试程序 26

1.7.5 查看存储器和图形 27

1.7.6 使用断点和配置器 28

习题 29

参考文献 30

2.1.1 基本信号 31

2.1 数字信号与操作 31

第2章 数字信号处理基础 31

2.1.2 基本运算 32

2.2 变换 34

2.2.1 定义 34

2.2.2 z变换的性质 35

2.3 数字系统 35

2.3.1 线性时不变系统 35

2.3.2 有限长单位冲激响应滤波器 37

2.3.3 无限长单位冲激响应滤波器 39

2.4 频率分析 42

2.4.1 离散时间傅里叶变换 42

2.4.3 离散傅里叶变换的性质 45

2.4.2 离散傅里叶变换 45

2.4.4 快速傅里叶变换 46

2.5 随机信号处理 48

2.5.1 数字随机信号 48

2.5.2 时域处理 49

2.6 实验 52

2.6.1 简单的无限长单位冲激响应滤波器 52

2.6.2 软件开发 54

2.6.3 信号处理工具 55

2.6.4 使用Code Composer Studio测试C程序 60

习题 65

参考文献 68

3.2 数据表示与运算 70

3.2.1 定点数与运算 70

第3章 实现的考虑因素 70

3.1 引言 70

3.2.2 浮点运算 75

3.2.3 定点格式与浮点格式对比 78

3.3 有限字长效应 79

3.3.1 输入量化 80

3.3.2 系数量化 82

3.3.3 溢出与解决方法 84

3.3.4 舍入与舍位 86

3.4 编程问题 88

3.4.1 寻址模式 88

3.4.2 流水线概念 91

3.4.3 指令高速缓存 92

3.4.4 硬件与软件中断 92

3.5 实时实现的考虑因素 94

3.5.1 信号转换器 94

3.5.2 流处理 94

3.5.3 块处理 95

3.5.4 矢量处理 96

3.5.5 基准测试 96

3.6 硬件接口 98

3.6.1 外部存储器接口 98

3.6.2 计时器和主时钟 99

3.6.3 串行端口连接 100

3.6.4 直接存储器存取控制器 101

3.6.5 并行端口连接 102

3.6.6 主机端口连接 102

3.6.7 多处理技术 103

3.6.8 电源调节器 104

3.6.9 仿真器互连标准 104

3.7 实验 105

3.7.1 利用MATLAB的实验 105

3.7.2 采用定点C的实验 110

3.7.3 采用C5000 CCS的实验 111

习题 116

参考文献 118

4.1.1 源语句格式 120

第4章 定点数字信号处理器 120

4.1 引言 120

4.1.2 汇编命令 121

4.1.3 软件开发过程 122

4.2 TMS320C2000 122

4.2.1 体系结构概述 123

4.2.2 中央处理器 124

4.2.3 程序控制 131

4.2.4 编程问题 133

4.2.5 系统问题 135

4.2.6 一个应用：锁相环 138

4.3 TMS320C54x 140

4.3.1 体系结构概述 140

4.3.2 寻址模式 143

4.3.3 指令集 147

4.3.4 编程考虑因素 153

4.3.5 系统问题 154

4.4 TMS320C55x 157

4.4.1 体系结构概述 157

4.4.2 中央处理器 158

4.4.3 寻址模式 161

4.4.4 指令集 167

4.4.5 编程考虑因素 169

4.4.6 C程序的优化 173

4.4.7 系统问题 175

4.5.1 体系结构概述 177

4.5 TMS320C62x与TMS32064x 177

4.5.2 存储器系统 180

4.5.3 外部存储器寻址 181

4.5.4 指令集 182

4.5.5 编程考虑因素 187

4.5.6 系统问题 191

4.6 实验 192

4.6.1 表示不同的Q格式 192

4.6.2 系数量化 194

4.6.3 溢出处理 195

4.6.4 缩放和饱和模式 196

4.6.5 舍入 197

4.6.7 一个乘法特例 198

4.6.6 提取保护位 198

习题 199

参考文献 200

第5章 浮点数字信号处理器 201

5.1 引言 201

5.2 TMS320C3x 202

5.2.1 体系结构概述 202

5.2.2 中央处理器 203

5.2.3 寄存器组织与寻址模式 205

5.2.4 指令集 209

5.2.5 编程考虑因素 212

5.2.6 系统问题 215

5.2.7 一个应用：伪随机数产生器 217

5.3 TMS320C67x 218

5.3.1 体系结构问题 219

5.3.2 指令集 221

5.3.3 流水线体系结构 222

5.3.4 编程考虑因素 222

5.3.5 实时实现 223

5.4 实验 226

5.4.1 加法与减法 226

5.4.2 乘法与除法 228

5.4.3 有限长单位冲激响应滤波 229

5.4.4 无限长单位冲激响应滤波 230

5.4.5 使用DSPLIB 231

习题 233

参考文献 234

第6章 有限长单位冲激响应滤波 236

6.1 有限长单位冲激响应滤波器 236

6.1.1 定义 236

6.1.2 滤波器特性 237

6.1.3 滤波器结构 240

6.1.4 滤波器设计 242

6.1.5 有限字长效应 247

6.1.6 有限长单位冲激响应滤波器的实现 248

6.2.1 滤波器设计与工作工具简介 250

6.2 用MATLAB设计有限长单位冲激响应滤波器 250

6.2.2 有限长单位冲激响应滤波器的设计与分析 251

6.2.3 量化过程与分析 254

6.3 定点实现 258

6.3.1 用TMS320C2000实现 258

6.3.2 用TMS320C54x实现 259

6.3.3 用TMS320C55x实现 262

6.3.4 用TMS320C62x实现 266

6.3.5 用TMS320C64x实现 268

6.4 浮点实现 269

6.4.1 用TMS320C3x实现 269

6.5 应用：多速信号处理 270

6.4.2 用TMS320C67x实现 270

6.5.1 内插 271

6.5.2 抽选 272

6.5.3 采样速率转换 273

6.5.4 数字信号处理实现 274

6.6 实验 275

6.6.1 用MATLAB设计一个带通有限长冲激响应滤波器 276

6.6.2 用浮点C实现 278

6.6.3 用定点C实现 280

6.6.4 采用C5000处理器的定点实现 281

6.6.5 用带有内联函数的定点C实现 283

6.6.6 用C5000处理器的汇编语言实现 284

6.6.7 用C5000数字信号处理库实现 286

习题 288

参考文献 291

7.1 无限长单位冲激响应滤波器 292

7.1.1 定义 292

第7章 无限长单位冲激响应滤波 292

7.1.2 滤波器特性 293

7.1.3 滤波器结构 295

7.1.4 无限长单位冲激响应滤波器的稳定性 300

7.1.5 有限字长效应 301

7.2 无限长单位冲激响应滤波器的设计与实现 301

7.2.1 模拟-数字滤波器设计 302

7.2.2 算法滤波器设计 308

7.2.3 用于无限长单位冲激响应滤波器设计的MATLAB函数 308

7.2.4 无限长单位冲激响应滤波器的实现 310

7.3.1 无限长单位冲激响应滤波器设计与分析 311

7.3 使用MATLAB来设计无限长单位冲激响应滤波器 311

7.3.2 量化过程和分析 313

7.4 定点实现 317

7.4.1 用TMS320C2000实现 317

7.4.2 用TMS320C54x实现 318

7.4.3 用TMS320C55x实现 319

7.4.4 用TMS320C62x实现 321

7.4.5 用TMS320C64x实现 322

7.5 浮点实现 322

7.5.1 用TMS320C3x实现 322

7.5.2 用TMS320C67x实现 323

7.6.1 双音多频音频信号的生成 324

7.6 应用：双音多频生成与检测 324

7.6.2 双音多频信号检测 326

7.7 实验 330

7.7.1 用MATLAB设计 330

7.7.2 用浮点C实现 332

7.7.3 用定点C实现 333

7.7.4 用C5000处理器的定点C实现 334

7.7.5 用带有内联函数的定点C实现 336

7.7.6 用C5000处理器汇编语言实现 336

7.7.7 用C5000数字信号处理库实现 339

习题 341

参考文献 345

8.1.1 离散傅里叶变换与离散傅里叶逆变换的计算量 346

第8章 快速傅里叶变换 346

8.1 离散傅里叶变换简介 346

8.1.2 旋转因子的性质 347

8.2 快速傅里叶变换算法 348

8.2.1 按时间抽取基2快速傅里叶变换 349

8.2.2 按频率抽取的基2快速傅里叶变换 351

8.2.3 其他基与混合基快速傅里叶变换算法 353

8.2.4 快速傅里叶逆变换 353

8.3 利用MATLAB和C语言进行分析和实现 354

8.3.1 离散傅里叶变换与快速傅里叶变换的优点与弱点 354

8.3.2 离散傅里叶变换的性质 354

8.3.3 MATLAB实现 358

8.3.4 C实现 360

8.4.1 频率分辨率与加窗 361

8.4 实现考虑因素 361

8.4.2 计算问题 365

8.4.3 有限长效应 367

8.4.4 使用MATLAB评估量化快速傅里叶变换 368

8.5 定点实现 371

8.5.1 用TMS320C54x实现 371

8.5.2 用TMS320C2000实现 374

8.5.3 用TMS320C55x实现 375

8.5.4 用TMS320C62x实现 376

8.5.5 用TMS320C64x实现 377

8.6.1 用TMS320C3x实现 378

8.6 浮点实现 378

8.6.2 用TMS320C67x实现 379

8.7 应用 379

8.7.1 快速卷积 379

8.7.2 功率谱估计 382

8.7.3 短时傅里叶变换 385

8.7.4 小波变换 385

8.8 实验 387

8.8.1 用MATLAB进行谱估计 387

8.8.2 用浮点C实现 388

8.8.3 用定点C实现 389

8.8.4 用C5000处理器的定点C实现 390

8.8.5 用带有内联函数的定点C实现 391

8.8.6 用C5000数字信号处理库实现 392

习题 394

参考文献 398

第9章 自适应滤波 399

9.1 自适应滤波器简介 399

9.2 自适应滤波器结构和算法 400

9.2.1 滤波器结构 400

9.2.2 自适应算法 402

9.3 自适应滤波器的性质 406

9.3.1 稳定条件 406

9.3.2 收敛速度 406

9.3.4 有限精度效应 407

9.3.3 稳态性能 407

9.4 应用 409

9.4.1 自适应系统识别 409

9.4.2 自适应逆建模 411

9.4.3 自适应噪声消除 413

9.4.4 自适应预测 415

9.5 用MATLAB和C设计与实现 417

9.5.1 设计举例 418

9.5.2 自适应滤波器的量化 421

9.5.3 用C语言实现的自适应滤波 423

9.6 定点实现 425

9.6.1 用TMS320C2000实现 425

9.6.2 用TMS320C54x实现 426

9.6.3 用TMS320C55x实现 428

9.6.4 用TMS320C62x实现 429

9.6.5 用TMS320C64x实现 429

9.7 浮点实现 430

9.7.1 用TMS320C3x实现 430

9.7.2 用TMS320C67x实现 431

9.8 实验 432

9.8.1 用MATLAB设计自适应滤波器 432

9.8.2 用浮点C实现 434

9.8.3 用定点C实现 435

9.8.4 用C5000处理器的定点C实现 435

9.8.5 用带有内联函数的定点C实现 437

9.8.6 用C5000处理器的汇编语言实现 438

9.8.7 用C5000数字信号处理库实现 441

习题 442

参考文献 444

部分习题答案 445

附录A MATLAB与Simulink简介 448

A.1 使用MATLAB 448

A.1.1 启动 448

A.1.2 有用的语法 449

A.1.3 绘图 450

A.1.4 编程 451

A.1.5 数据类型 452

A.2 使用数字信号处理工具箱与交互工具 453

A.2.1 信号处理工具箱 453

A.1.6 有用的命令 453

A.2.2 信号处理工具 457

A.2.3 滤波器设计工具箱 460

A.2.4 滤波器设计与分析工具 460

A.3 使用Simulink 463

A.4 使用模块组 468

A.4.1 DSP模块组 468

A.4.2 定点模块组 470

A.5 MATLAB Link for Code Composer Studio 473

参考文献 475

B.1.3 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 476

B.1.2 使用MATLAB/Simulink的实验室实验 476

B.1.1 简介 476

B.1 应用有限长单位冲激响应滤波器的3维声效定位器 476

附录B 附加实验与应用 476

B.1.4 附加练习 477

B.2 使用有限长单位冲激响应滤波器的图形均衡器 477

B.2.1 简介 477

B.2.2 使用MATLAB/Simulink的实验室实验 478

B.2.3 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 478

B.2.4 附加练习 478

B.3 完美重建滤波器组 479

B.3.1 简介 479

B.3.2 使用MATLAB/Simulink的实验室实验 480

B.4.1 简介 481

B.4 应用无限长单位冲激响应滤波器的数字信号生成器 481

B.3.4 附加练习 481

B.3.3 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 481

B.4.2 使用MATLAB/Simulink的实验室实验 482

B.4.3 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 482

B.4.4 附加练习 482

B.5 使用无限长单位冲激响应滤波器的数字回响 482

B.5.1 简介 483

B.5.2 使用MATLAB/Simulink的实验室实验 483

B.5.3 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 484

B.5.4 附加练习 484

B.6 使用无限长单位冲激响应滤波器的参数均衡器 484

B.6.1 简介 484

B.6.3 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 485

B.6.2 使用MATLAB/Simulink的实验室实验 485

B.6.4 附加练习 486

B.7 快速卷积方法 486

B.7.1 使用MATLAB/Simulink的实验室实验 487

B.7.2 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 487

B.7.3 附加练习 487

B.8 滑动快速傅里叶变换实现 487

B.8.1 简介 487

B.8.2 使用MATLAB/Simulink的实验室实验 488

B.8.3 使用C5000 CCS的实验室实验 488

B.9.3 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 489

B.9.2 使用MATLAB/Simulink的实验室实验 489

B.9.1 简介 489

B.9 缩放快速傅里叶变换的实现 489

B.8.4 附加练习 489

B.9.4 附加练习 490

B.10 声音回响对消 490

B.10.1 简介 490

B.10.2 使用C程序的实验室实验 491

B.10.3 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 491

B.10.4 附加练习 492

B.11 有源噪声控制 492

B.11.1 简介 492

B.11.3 使用C5000 Code Composer Studio的实验室实验 493

B.11.2 使用MATLAB的实验室实验 493

B.11.4 附加练习 494

参考文献 494

附录C 数字信号处理器的外围设备编程 495

C.1 通过直接存储器访问与模拟接口电路或CODER-DECODER连接 495

C.1.1 初始化多通道缓冲串行端口 495

C.1.2 初始化直接存储器读取 505

C.1.3 举例 511

C.2 通过主端口接口同主处理器进行连接 514

C.3 未来研究 515

C.4 外围设备编程的趋势 516

参考文献 516

附录D 有用的站点 517