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基于ARM Cortex-M4的DSP系统开发


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[英]唐纳德 S.雷伊(Donald S.Reay)著
978-7-111-57062-2
69.00
258
2017年06月15日
李磊 译
计算机 > 电子工程 > 电子电气
John Wiley & Sons(USA)
215
简体中文
16
Digital Signal Processing:Using the ARM Cortex-M4
店面
电子电气工程师技术丛书








本书介绍了数字信号处理(DSP)的一种实践教学方法。书中的实时示例基于ARM Cortex-M4 32位微处理器,采用模拟输入/输出信号(可以使用信号发生器或音频信号源如iPods来提供实验用输入信号),并通过示波器和扬声器或耳机展示视觉和听觉效果。除此之外,本书还涵盖了数字信号处理的一些基本概念,如模数和数模转换,FIR和IIR滤波,傅里叶变换,自适应滤波,等等。本书可作为大学进行DSP实验教学的辅助教材,也适合打算使用廉价的ARM CORTEX-M4学习DSP的学生和工程师阅读。
作者简介
唐纳德 S. 雷伊(Donald S. Reay),任职于苏格兰爱丁堡赫瑞·瓦特(Heriot-Watt)大学电气工程系,曾作为访问学者在中国浙江大学从事DSP实践教学。他与Rulph Chassaing合著了《基于TMS320C6713和TMS320C6416 DSK的数字信号处理和应用(第2版)》(Wiley,2008),也是《基于OMAP-L138 eXperimenter的数字信号处理和应用》(Wiley,2012)的作者。

本书介绍了数字信号处理(DSP)的一种实践教学方法。书中的实时示例基于ARM Cortex-M4 32位微处理器,采用模拟输入/输出信号(可以使用信号发生器或音频信号源如iPod来提供实验用输入信号),并通过示波器展示视觉效果,通过扬声器或耳机展示听觉效果。除此之外,本书还涵盖了数字信号处理的一些基本概念,如模数和数模转换,FIR和IIR滤波,傅里叶变换,自适应滤波,等等。

本书特色:
在电气工程实验室环境下,利用大量简单程序示例阐述各种DSP概念。
使用Keil MDK-ARM开发环境,给出了针对STM32F407 Discovery和TM4C123 LaunchPad的示例程序。
针对TM4C123 LaunchPad的示例程序也可使用Code Composer Studio 6.0开发环境。
自1990年Rulph Chassaing和Darrell Horning所著《基于TMS320C25的数字信号处理》出版以来,已经有一系列有关数字信号处理器的图书与读者见面了,涉及德州仪器相继生产的几代数字信号处理器,本书就是此系列的延续。确切地说,直到目前为止,受益于“德州仪器大学计划”,该系列的每一本书都有相配套的以教学为目的的廉价开发套件。丛书秉承一贯的风格,在电气工程实验室环境下,以大量的简明编程示例(本书简称为“例程”)讲解各种DSP的实时概念。
Rulph Chassaing一直认为,进行DSP实践教学,使用硬件开发套件和实验室测试设备来处理模拟音频信号,是巩固理论教学的重要且有效的手段。我同样坚信这一点。
丛书的内容,一如既往地涵盖数字信号处理的众多基本概念,如模数转换和数模转换、有限冲激响应(FIR)滤波和无限冲激响应(IIR)滤波、傅里叶变换以及自适应滤波,这些几乎没有变动。每个学年都吸引一批学生学习这些知识。然而,每本书却以不同的DSP开发工具包为特色。
2013年,Robert Owen曾建议我使用一款廉价的ARM CortexM4微控制器来完成DSP实践教学。我当时指出,德州仪器C674x处理器的计算能力显著强于ARM CortexM4的。不过,我也开始着手尝试,并购置了一套德州仪器的Stellaris LaunchPad。利用沃尔夫森(Wolfson) WM8731编解码器,我编制了一个音频接口,并将我之前著作中的例程成功地移植到了Stellaris LaunchPad上。
本书适合电气工程专业的高年级本科生和研究生使用,这些学生已经具备了C语言编程基础,并掌握了线性系统的理论知识。不过,也希望本书能对任何从事DSP教学或者正在学习DSP的人有用,成为他们继续进步的起点。
感谢Robert Owen向我推荐ARM CortexM4;感谢“ARM大学计划”的Khaled Benkrid和英国皇家工程学院使得为期6个月的ARM工业借调顺利进行,在此期间我完成了关于STM32f01平台教学材料的编写;感谢沃尔夫森微电子学研究所的Gordon McLeod和Scott Hendry,在他们的帮助下,我获得了STM32f01开发所需的沃尔夫森Pi声卡;感谢ARM的Sean Hong、Karthik Shivashankar和Robert Iannello给予的热情帮助;感谢Joan Teixidor Buixeda帮忙调试例程;感谢“德州仪器大学计划”的Cathy Wicks和CircuitCo的Hieu Duong帮忙开发音频扩展板;感谢Wiley的Kari Capone和Brett Kurzman给予的耐心帮助。最后,尤其要感谢Rulph Chassaing激励我从事DSP实践教学。

Donald SReay
译者序
前言
第1章ARM CortexM4开发系统
11简介
111音频接口
112德州仪器TM4C123 LaunchPad和STM32F407 Discovery开发套件
113硬件和软件工具
参考文献
第2章模拟输入和输出
21简介
22用作音频输入和输出的AIC3104立体声信号编解码器
23用作音频输入和输出的WM5102音频插孔板信号编解码器
24编程示例
25使用查询、中断和DMA进行实时输入和输出
251TM4C123的I2S仿真
252程序操作
253运行程序(例程tm4c123_loop_poll.c)
254将输入连接改为LINE IN
255改变抽样频率
256使用沃尔夫森声卡上的数字MEMS麦克风
257运行程序(例程stm32f4_loop_poll.c)
258运行程序(例程tm4c123_loop_intr.c)
259TM4C123处理器的DMA
2510运行程序(例程tm4c123_loop_dma.c)
2511监测程序执行
2512测量由基于DMA的I/O方式引入的时延
2513STM32F407处理器的DMA
2514运行程序(例程stm32f4_loop_dma.c)
2515测量由基于DMA的I/O方式引入的时延
2516运行程序(例程stm32f4_loop_buf_intr.c)
26实时波形生成
261运行程序(例程stm32f4_sine 48_intr.c)
262AIC3104信号编解码器输出中的带外噪声(例程tm4c123_sine48_intr.c)
263运行程序(例程stm32f4_sine_intr.c)
264运行程序(例程stm32f4_square_intr.c)
265运行程序(例程tm4c123_am_poll.c)
27利用伪随机噪声识别DAC的频率响应
271AIC3104信号编解码器的可编程去加重滤波器
272AIC3104信号编解码器的可编程数字特效滤波器
28混叠
29利用自适应滤波器识别DAC的频率响应
210STM32F407的12位DAC的模拟输出
参考文献
第3章有限冲激响应滤波器
31数字滤波器简介
311FIR滤波器
312z变换简介
313z变换的定义
314z变换的性质
315z传递函数
316s平面到z平面的映射
317差分方程
318频率响应和z变换
319z反变换
32理想滤波器响应分类:LP、HP、BP、BS
321采用窗口法设计FIR滤波器
322窗函数
323采用窗口法设计理想高通、带通和带阻FIR滤波器
33编程示例
331改变滑动平均滤波器的系数
332使用MATLAB生成FIR滤波器系数头文件
第4章无限冲激响应滤波器
41简介
42IIR滤波器结构
421直接I型结构
422直接II型结构
423直接II型转置
424级联型结构
425并联型结构
43冲激不变法
44双线性变换
45编程示例
参考文献
第5章快速傅里叶变换
51简介
52基2 FFT算法的开发
53频率抽取基2 FFT算法
54时间抽取基2 FFT算法
55频率抽取基4 FFT算法
56快速傅里叶反变换
57编程示例
58基于帧或者块的编程
581运行程序(例程tm4c123_dft128_dma.c)
582频谱泄露
59快速卷积
591运行程序(例程tm4c123_fastconv_dma.c)
592以快速卷积法实现FIR滤波器的执行时间
参考文献
第6章自适应滤波器
61简介
62自适应滤波器布局
621自适应预测
622系统识别或者直接建模
623噪声消除
624均衡
63性能函数
64搜索最小值
65最小均方算法
651LMS演化
652归一化LMS算法
66编程示例
本书介绍采用ARM CortexM4微型控制器进行数字信号处理(DSP)的实践教学的方法。作者长期从事DSP一线教学,之前已有此类书的编写经验,他把多年教学与研究工作的经验融入本书,知识点组织条理清晰,分析详实严谨,理论与实践充分结合。
长期以来,DSP教学重理论、轻实践的现象一直存在,枯燥的理论学习使得学生学习DSP的热情逐渐冷却。造成这一问题的原因,一是缺乏合适的DSP基础实验教材;二是DSP硬件开发平台成本高昂,教学无法负担。本书采用成本极为低廉的硬件开发平台——ARM CortexM4开发系统(第1章),提供了大量的简明编程示例,涵盖DSP的众多基本概念,诸如模数转换和数模转换(第2章)、有限冲激响应滤波(第3章)和无限冲激响应滤波(第4章)、快速傅里叶变换(第5章)以及自适应滤波(第6章),是广大师生完成DSP实践环节、巩固DSP理论的绝佳选择。
译者很高兴承担了此书的翻译工作,在翻译过程中也获益匪浅。
本书适合用作高年级本科生或者一年级硕士研究生进行DSP实验的教材(建议开设1学期的课程),同时也适合电气工程师使用物美价廉的ARM CortexM4学习DSP时参考。

李磊
2017年1月
数字信号处理
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