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出版者:北京航空航天大學齣版社

作者:李學海

出品人:

頁數:408

译者:

出版時間:2004-5-1

價格:29.00元

裝幀:平裝（帶盤）

isbn號碼:9787810774536

叢書系列:

圖書標籤:

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• 單片機原理
• 嵌入式係統
• 微控製器
• 電子工程
• C語言
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• 硬件設計
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• 電子技術

數字信號處理：原理與應用 作者：[此處可填寫作者姓名，如：李明、王芳] 齣版社：[此處可填寫齣版社名稱] ISBN：[此處可填寫ISBN號] --- 內容提要 本書係統闡述瞭數字信號處理（DSP）的基礎理論、關鍵算法及其在工程實踐中的廣泛應用。內容涵蓋瞭離散時間信號與係統的分析、Z變換與傅裏葉分析、數字濾波器設計（FIR與IIR）、快速傅裏葉變換（FFT）算法、自適應濾波技術以及數字濾波器結構優化等核心主題。本書旨在為電子工程、通信工程、控製工程、計算機科學等相關專業的學生、研究人員及工程師提供一部全麵、深入且實用的參考教材。 --- 詳細章節概覽 第一部分：離散時間信號與係統基礎 第1章：引言與概述 本章首先界定瞭數字信號處理（DSP）的學科範疇、曆史發展及其在現代科技中的核心地位。詳細介紹瞭模擬信號（AS）與數字信號（DS）的本質區彆，以及模/數（A/D）和數/模（D/A）轉換過程中的采樣定理（奈奎斯特準則）及其對信號保真度的影響。通過具體的應用案例（如音頻、圖像處理），突顯DSP的必要性和優勢。 第2章：離散時間信號的錶示與特性 深入探討離散時間信號（DTS）的數學模型，包括序列的錶示法、基本序列（如單位衝激序列、單位階躍序列）的性質。著重分析信號的時域特性，如周期性、能量、功率，並引入周期序列的傅裏葉級數（FS）分析方法，為後續的頻譜分析奠定基礎。 第3章：綫性時不變（LTI）離散時間係統 本章聚焦於係統的核心概念——綫性時不變（LTI）係統。係統采用差分方程進行描述，並詳細闡述瞭係統的因果性、穩定性判據。係統的核心分析工具——捲積和（Convolution Sum）被詳細推導和講解，用以確定輸入信號經過LTI係統後的輸齣響應。 第4章：Z變換及其在係統分析中的應用 Z變換作為處理離散時間信號和係統的最強大數學工具，占據本章核心。全麵介紹雙邊和單邊Z變換的定義、收斂域（ROC）的概念及其性質。重點解析瞭Z變換在求解差分方程、係統頻率響應分析中的應用，並詳細討論瞭係統函數H(z)的零點和極點對係統特性的決定性作用。 第5章：離散傅裏葉變換（DFT）與傅裏葉分析 本章將分析的重點從Z域轉移到頻率域。詳細定義瞭離散傅裏葉變換（DFT）及其逆變換（IDFT），解釋瞭DFT如何從離散時間信號中提取頻譜信息。深入討論瞭DFT的周期性和對稱性，並為下一章的快速算法打下理論基礎。 --- 第二部分：數字濾波器設計 第6章：數字濾波器概述與性能指標 本章為數字濾波器設計奠定基礎。明確區分FIR（有限脈衝響應）和IIR（無限脈衝響應）濾波器的結構、優缺點和適用場景。詳細定義瞭濾波器的關鍵性能指標，如通帶、阻帶的截止頻率、通帶最大允許紋波、阻帶最小衰減以及群延遲特性。 第7章：有限脈衝響應（FIR）濾波器設計 FIR濾波器的核心優勢在於其綫性相位特性和固有穩定性。本章主要介紹幾種主要的FIR濾波器設計方法： 1. 窗函數法（Windowing Method）：詳細講解矩形窗、漢寜窗、海明窗等不同窗函數對濾波器過渡帶寬度和旁瓣衰減的影響與權衡。 2. 頻率采樣法：適用於特定頻率點響應的構建。 3. 最優設計法（Parks-McClellan/Remez Exchange Algorithm）：介紹等波紋濾波器設計原理，實現對紋波的最佳最小化。 第8章：無限脈衝響應（IIR）濾波器設計 IIR濾波器因其在相同階數下能實現更陡峭的過渡帶而被廣泛使用。本章主要關注IIR濾波器的設計流程： 1. 模擬原型濾波器設計：迴顧巴特沃斯（Butterworth）和切比雪夫（Chebyshev）模擬低通濾波器的特性。 2. 模擬到數字的轉換技術：詳細推導並比較瞭脈衝響應不變法（Impulse Invariance）和雙綫性變換法（Bilinear Transformation），重點分析瞭雙綫性變換引入的頻率壓縮現象及其校正。 第9章：數字濾波器結構與量化效應 本章關注濾波器的實際硬件或軟件實現。介紹直接型、級聯型和並行型等基本結構。重點分析瞭在有限精度環境下進行運算時，係數和狀態變量的量化誤差（捨入誤差）如何影響濾波器的性能，包括噪聲分析和對穩定性的影響。 --- 第三部分：高效算法與高級主題 第10章：快速傅裏葉變換（FFT）算法 DFT的直接計算復雜度為$O(N^2)$，效率低下。本章深入講解瞭計算效率高達$O(N log N)$的快速傅裏葉變換（FFT）算法： 1. 基2-FFT的蝶形運算：詳細解析瞭時間抽取（Decimation-in-Time, DIT）和頻率抽取（Decimation-in-Frequency, DIF）兩種算法的實現流程。 2. 流圖（Signal Flow Graph）的繪製與分析。 3. FFT在頻譜分析、捲積和相關計算中的高效應用。 第11章：多相結構與濾波器組 介紹如何利用多相分解技術優化長FIR濾波器的計算復雜度，特彆適用於抽取濾波器的實現。討論濾波器組的概念，如完美重建濾波器組在子帶編碼中的應用。 第12章：數字濾波器組與子帶編碼 本章深入探討利用濾波器組對信號進行頻帶劃分的技術。重點分析瞭正交鏡像濾波器（QMF）和多速率信號處理的基本概念，以及它們在數據壓縮（如小波變換的基礎）和通信係統中的實際應用。 第13章：自適應濾波技術 自適應濾波是DSP領域的前沿方嚮之一。本章介紹係統辨識、噪聲消除和迴聲消除等問題的解決方案。詳細推導和分析瞭最常用的自適應算法——最小均方（LMS）算法的收斂性、步長選擇對性能的影響，並簡要介紹瞭RLS（遞推最小二乘）算法的原理。 --- 適用對象 高等院校電子信息類、自動化類專業本科生及研究生。 從事通信、雷達、聲學、醫療影像等領域信號處理算法研究與開發的工程師。 希望係統學習DSP理論並進行實際係統設計的工程技術人員。 推薦理由 本書不僅是理論知識的係統匯編，更側重於將復雜的數學工具轉化為可操作的工程方法。每一個關鍵算法（如雙綫性變換、FFT）都配有詳盡的數學推導和直觀的解釋，確保讀者能夠深刻理解“為什麼”以及“如何做”。書中穿插的實際案例和設計實例，有效銜接瞭理論與應用之間的鴻溝，是掌握現代數字信號處理技術的理想讀物。 --- [預計字數：約1500字]

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從學習麯綫的角度來看，這本書的設計考慮得非常周到，它成功地平衡瞭深度與廣度。對於初學者而言，前幾章的介紹非常友好，基礎概念的引入循序漸進，確保瞭對微控製器完全陌生的讀者也能順利起步。然而，一旦跨過基礎門檻，這本書的難度和深度會迅速提升，開始涉及匯編語言與C語言的混閤編程、內存映射I/O的底層原理，以及實時操作係統（RTOS）的基本調度機製在裸機環境下的模擬實現。令人稱奇的是，這種難度跨越並沒有讓人感到突兀或不知所措。作者在引入高級概念時，總是會先用一個非常簡單的、不涉及復雜外設的例子來搭建框架，然後再逐漸引入更復雜的硬件資源。這就像搭積木，先打好堅實的地基，再往上添磚加瓦，使得知識的積纍是層層遞進、相互支撐的。讀完這本書，你會發現自己不僅掌握瞭一個具體型號單片機的操作，更是建立起瞭一套理解所有類似嵌入式係統的通用思維模型，這纔是技術書籍的最高境界。

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這部作品的篇幅浩瀚，內容之詳實，簡直令人嘆為觀止。它並沒有僅僅停留在對基礎概念的簡單羅列上，而是深入挖掘瞭許多在其他入門書籍中常常被一筆帶過的高級應用技巧。比如，書中對於定時器/計數器復雜模式的解析，簡直是教科書級彆的清晰，作者用近乎手把手的教程，帶領讀者一步步構建齣精確到微秒級的脈衝發生器，這對於需要進行精密控製的工程師來說，無疑是如獲至寶。更不用說，關於中斷處理的章節，不僅僅是講解瞭中斷嚮量錶，更是對不同優先級中斷之間的競爭與協作機製進行瞭詳盡的模擬和分析，讀完之後，那種對硬件底層響應速度的把控感，是其他任何資料都無法比擬的。我特彆欣賞作者在講解通信協議時所采用的視角，他沒有將RS-232或SPI/I2C僅僅視為一組寄存器的讀寫操作，而是結閤實際的物理層信號變化，配以大量的示波器截圖和波形分析，讓讀者真正理解數據如何在不同的設備間“流動”。這種從理論到實踐的無縫銜接，使得學習過程不再是枯燥的死記硬背，而是一場充滿探索樂趣的旅程。即便是麵對那些復雜的、涉及硬件寄存器位操作的場景，作者也總能用一種化繁為簡的敘述方式，讓人茅塞頓開。

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對於那些希望快速將理論知識轉化為實際産品的工程師而言，這本書的價值簡直無法估量。它真正做到瞭“授人以漁”，而不是簡單的“授人以魚”。書中關於模擬電路接口部分的處理方式，遠超齣瞭普通微控製器教程的範疇。它沒有迴避在實際項目中經常遇到的噪聲抑製、電源去耦以及ADC參考電壓穩定性等“髒活纍活”。作者花瞭大量的篇幅來討論如何選擇閤適的電容和電阻值來優化特定工作頻率下的信號完整性，這在很多號稱實戰的書籍中都是缺失的。我尤其對其中關於看門狗（WDT）超時時間的精確計算模型留下瞭深刻印象，它不僅僅給齣瞭一個公式，而是根據實際應用場景（如啓動時間、軟件循環延遲）推導齣瞭一個可調的、動態的計算框架，這對於保證嵌入式係統在極端條件下的可靠性至關重要。通讀此書後，我感覺自己對“健壯性設計”的理解提升瞭一個層次，不再滿足於程序能跑起來就行，而是開始思考如何讓係統在各種非預期的乾擾下依然能保持穩定運行，這是一種從“實現功能”到“工程化”的質的飛躍。

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這本書的敘述風格極其嚴謹，但又巧妙地融入瞭一種鼓勵批判性思維的引導方式。作者似乎在時刻提醒讀者，技術文檔和數據手冊並非絕對真理，最終的判斷標準永遠是硬件的實際錶現。在講解特定功能寄存器時，作者經常會引用多份不同時期的數據手冊中的描述進行對比分析，指齣哪些描述是通用的，哪些是特定於某個芯片版本的，這種對比的藝術，極大地培養瞭我們作為技術人員應有的審慎態度。例如，在討論Flash存儲器的擦寫保護機製時，作者不僅解釋瞭軟件設置的方法，還深入探討瞭芯片齣廠時固化的物理熔絲（Fuse Bit）是如何影響這些設置的持久性的，甚至還推測瞭不同批次芯片在熔絲位設置上的細微差彆可能帶來的兼容性問題。這種對細節的深挖和對“為什麼”的不斷追問，使得學習過程充滿瞭思辨的樂趣。它不是一本讓你照抄代碼的書，而是一本引導你學會如何獨立分析和解決那些教科書上找不到答案的疑難雜癥的“武功秘籍”。

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這本書的排版和圖示設計，充分體現瞭齣版方對讀者的尊重與用心，這一點是很多技術書籍常常忽略的。插圖並非那種粗糙的、僅僅是示意性的草圖，而是高精度、色彩分明的電路框圖和邏輯流程圖。尤其是對模塊內部結構的分層解剖圖，簡直是藝術品級彆的展示。我尤其贊賞其中對於資源衝突管理那一章的配圖，它用三維動態的效果圖（雖然是靜態印刷品，但視覺效果極強）清晰地展示瞭當多個外設同時請求總綫訪問時，仲裁單元是如何工作的，這種視覺衝擊力遠勝於枯燥的文字描述。此外，書中的代碼示例部分也做得極其考究，每一個代碼塊都經過瞭精心的注釋，且長度適中，保證瞭讀者在閱讀時不會因為代碼過長而分散注意力。更值得一提的是，作者似乎對常見的設計誤區有著深刻的洞察，在關鍵的技術點旁邊，總是會有一個“陷阱提示”或“注意事項”的小框，這些小框裏的內容，往往是作者多年實踐中踩過的“坑”，對於初學者避免走彎路具有不可估量的價值。可以說，這份設計感貫穿始終，讓整本書讀起來非常舒適，即便是長時間閱讀也不會産生強烈的視覺疲勞。

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