HJ DSP控制器原理与应用技术(工业和信息化部“十二五”规划教材) 978711536 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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姚睿，付大丰，储剑波 著

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出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115362773

商品编码：29296072206

包装：平装

出版时间：2014-08-01

基本信息

书名：DSP控制器原理与应用技术(工业和信息化部“十二五”规划教材)

定价：39.00元

作者：姚睿,付大丰,储剑波

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2014-08-01

ISBN：9787115362773

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书选择TI C2000中32位浮点处理器TMS320F28335为例，全面介绍了DSP控制器的原理与应用技术。全书共分8章，系统地讲述了DSP的基本概念、硬件基础、软件开发基础、基本外设及其应用开发方法、常用控制类和通信类外设模块原理及其应用开发方法、应用系统设计方法，以及基于Proteus的DSP系统设计与仿真方法。全书内容详实，通俗易懂，章节安排符合DSP开发流程，结构合理、重点突出、应用实例丰富。每章配有内容提要，附有习题与思考题，便于教学与自学。通过本书的学习，读者可以由浅入深地掌握DSP控制器原理与开发应用技术。

本书可作为普通高等院校相关专业研究生、高年级本科学生的DSP控制器原理与技术应用类课程教材，也可供科技人员自学时参考。

目录

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章 绪论1
1.1 概述1
1.1.1 数字信号处理及其实现方法1
1.1.2 DSP的主要特点2
1.2 DSP的发展及应用3
1.2.1 DSP的发展3
1.2.2 DSP的典型应用4
1.3 DSP应用系统及其设计开发5
1.3.1 DSP应用系统的构成5
1.3.2 DSP应用系统的设计方法5
1.4 典型DSP简介6
1.4.1 市场上DSP概况6
1.4.2 TI的DSP处理器概况6
1.4.3 TMS320C2000系列DSP控制器7
1.5 TMS320F28335 DSP控制器简介9
1.5.1 TMS320F28335芯片封装和引脚9
1.5.2 TMS320F28335 DSP控制器性能概述10
1.6 DSP控制器的基本原理和学习方法11
习题与思考题12
第2章 硬件基础13
2.1 内部功能结构13
2.1.1 总体结构及功能模块概述13
2.1.2 总线结构与流水线14
2.2 中央处理单元16
2.2.1 C28x CPU执行单元16
2.2.2 C28x CPU兼容模式18
2.2.3 C28x CPU寄存器组18
2.2.4 浮点处理单元FPU及其寄存器组21
2.3 存储器与存储空间22
2.3.1 存储空间映射22
2.3.2 片内存储器配置22
2.3.3 外部存储器接口24
2.4 时钟源模块24
2.4.1 概述24
2.4.2 各子模块及其控制25
2.5 电源与系统复位30
2.5.1 供电电源30
2.5.2 系统复位30
习题与思考题30
第3章 软件开发基础32
3.1 DSP软件开发流程32
3.2 汇编程序开发基础33
3.2.1 寻址方式与指令系统33
3.2.2 公共目标文件格式36
3.2.3 汇编程序开发40
3.3 C/C 程序开发基础42
3.3.1 TMS320x28xx C/C 优化编译器42
3.3.2 C/C 编程基础44
3.4 C/C 和汇编混合编程48
3.4.1 C/C 编译器运行环境48
3.4.2 C/C 和汇编接口52
3.4.3 混合编程方法53
3.5 集成开发环境及其应用57
3.5.1 集成开发环境简介57
3.5.2 DSP应用程序开发调试示例60
3.5.3 程序烧写66
3.5.4 通用扩展语言（GEL）简介66
3.5.5 DSP/BIOS工具简介67
3.6 基于示例模板的驱动程序开发67
3.6.1 驱动程序开发包简介67
3.6.2 外设寄存器访问的硬件抽象层方法68
3.6.3 片内外设驱动程序示例文件模板71
3.6.4 驱动程序设计方法72
习题与思考题72
第4章 基本外设及其应用开发75
4.1 通用数字输入/输出（GPIO）模块75
4.1.1 GPIO模块结构与工作原理75
4.1.2 GPIO寄存器76
4.1.3 GPIO模块应用示例80
4.2 中断管理系统83
4.2.1 中断管理系统概述83
4.2.2 各级中断及其管理84
4.2.3 中断响应过程87
4.2.4 中断向量表及其映射与描述88
4.3 CPU定时器92
4.3.1 CPU定时器结构与工作原理92
4.3.2 CPU定时器的寄存器92
4.3.3 CPU定时器中断示例93
习题与思考题94
第5章 控制类外设及其应用开发96
5.1　增强脉宽调制（ePWM）模块96
5.1.1　ePWM模块结构及工作原理96
5.1.2　ePWM各子模块及其控制98
5.1.3 ePWM应用示例109
5.1.4 高精度脉宽调制模块111
5.2 增强捕获（eCAP）模块112
5.2.1 捕获模式下结构及工作原理113
5.2.2 APWM模式下结构及工作原理114
5.2.3 eCAP中断控制115
5.2.4 eCAP模块的寄存器115
5.2.5 eCAP应用示例116
5.3 增强正交编码脉冲（eQEP）模块119
5.3.1 光电编码器工作原理119
5.3.2 eQEP模块结构及工作原理120
5.3.3 eQEP子模块及其控制120
5.3.4 eQEP中断控制129
5.3.5 eQEP应用示例130
5.4 模/数转换（ADC）模块134
5.4.1 ADC模块结构及工作原理134
5.4.2 ADC模块的寄存器141
5.4.3 ADC模块应用示例144
习题与思考题145
第6章 通信类外设及其应用开发148
6.1　串行通信（SCI）模块148
6.1.1　SCI模块的结构与工作原理148
6.1.2 SCI模块的寄存器154
6.1.3 SCI模块应用示例158
6.2　串行外设（SPI）模块160
6.2.1　SPI模块结构与工作原理160
6.2.2 SPI模块的寄存器163
6.2.3 SPI模块应用示例166
6.3 增强控制器局域网（eCAN）模块168
6.3.1 CAN总线及CAN帧格式168
6.3.2 eCAN结构与工作原理168
6.3.3 eCAN模块的寄存器169
6.3.4 eCAN模块的操作控制176
6.3.5 eCAN模块应用示例180
6.4 多通道缓冲串口（McBSP）模块182
6.4.1 McBSP的结构与工作原理182
6.4.2 McBSP寄存器185
6.4.3 McBSP模块应用示例189
6.5 I2C总线模块192
6.5.1 I2C总线的构成及信号类型192
6.5.2 I2C总线模块结构与工作原理192
6.5.3 I2C总线模块的寄存器193
6.5.4 I2C总线模块应用示例196
习题与思考题200
第7章 DSP应用系统设计201
7.1 DSP小系统设计201
7.1.1 电源电路设计201
7.1.2 复位电路设计204
7.1.3 时钟电路设计205
7.1.4 JTAG接口电路设计205
7.1.5 3.3V和5V混合逻辑系统接口设计205
7.1.6 外部存储器扩展206
7.2 模数接口电路设计207
7.2.1 片内ADC模块输入保护电路设计208
7.2.2 并行ADC接口电路设计209
7.2.3 并行DAC接口电路设计210
7.2.4 扩展并行接口的访问211
7.3 串行数据通信接口电路设计212
7.3.1 串行通信接口（SCI）212
7.3.2 串行外设接口（SPI）212
7.3.3 CAN总线控制器接口213
7.3.4 I2C日历时钟电路设计213
7.4 人机接口及显示电路设计217
7.4.1 键盘接口电路217
7.4.2 LED显示电路218
7.4.3 LCD及其接口电路222
7.5 永磁同步电机DSP控制系统设计225
7.5.1 永磁同步电机的数学模型225
7.5.2 基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统设计227
习题与思考题237
第8章 基于Proteus的DSP系统设计与仿真238
8.1 Proteus开发环境简介238
8.1.1 Proteus的软件组成238
8.1.2 Proteus ISIS基本操作239
8.2 Proteus ISIS原理图设计241
8.2.1 智能原理图输入流程241
8.2.2 原理图绘制常用工具241
8.2.3 Proteus VSM虚拟系统模型244
8.3 DSP系统设计与仿真244
8.3.1 设计示例245
8.3.2 仿真示例251
习题与思考题252
附录 176引脚LQFP封装F28335引脚功能分配和描述253
参考文献259

作者介绍

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文摘

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序言

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工业自动化控制系统中的关键技术：HJ DSP 控制器原理与应用 在现代工业生产日益精密化、智能化和自动化的浪潮中，高效、可靠的控制系统扮演着至关重要的角色。从复杂的机器人手臂到精密的生产线，再到能源管理系统，无一不依赖于强大的计算能力和精确的算法来实现预期的功能。而数字信号处理器（DSP）作为一类专为高速数字信号处理而设计的微处理器，凭借其在运算速度、并行处理能力和低功耗等方面的独特优势，已成为构建高性能工业自动化控制系统的核心组件。 本文旨在深入探讨DSP控制器在工业自动化领域的原理与应用技术，重点聚焦于如何利用DSP强大的处理能力，实现对各类工业过程的精确、实时和高效控制。我们将从DSP的基本原理出发，逐步深入到其在工业控制系统中的具体应用，并结合实际案例，展示DSP控制器如何解决工业生产中的实际问题，提升生产效率和产品质量。 DSP 基础原理：高效处理数字信号的引擎 DSP，即Digital Signal Processor，是一种微处理器，其核心在于其优化的架构和指令集，使其能够以极高的效率执行大量的数学运算，尤其是乘累加（MAC）运算，这在信号处理中是极其普遍的操作。与通用微处理器不同，DSP芯片通常集成了专门的硬件单元，如专用乘法器、累加器、快速傅里叶变换（FFT）单元等，极大地加速了信号处理过程。 理解DSP的原理，首先要关注其独特的架构。DSP通常采用哈佛架构，将指令存储器和数据存储器分开，允许同时进行指令读取和数据访问，从而提高处理速度。此外，DSP还常常具备流水线技术，将指令的执行过程分解成若干个阶段，并让多个指令在不同阶段并行执行，进一步提升吞吐量。 在指令集方面，DSP拥有特殊的指令，能够高效地执行数学运算，如MAC指令，可以在一个时钟周期内完成一次乘法和一次加法，这对于数字滤波、频谱分析等算法至关重要。同时，DSP的DMA（Direct Memory Access）控制器允许数据在处理器和外部设备之间直接传输，无需CPU的干预，从而释放CPU资源，专注于更复杂的控制任务。 DSP在处理数字信号的优势主要体现在以下几个方面： 高速运算能力： DSP芯片内部的专用硬件和优化指令集，使其能够完成每秒数百万甚至数十亿次的乘累加运算，远超通用处理器。 实时性： DSP能够以极高的速度响应和处理输入信号，满足工业控制对实时性的严苛要求。 低功耗： 相比于通用处理器，DSP在完成特定任务时通常具有更高的能效比，这在电池供电或对散热有严格要求的应用中尤为重要。 并行处理： DSP的架构设计支持高度的并行处理，能够同时执行多个任务，进一步提升整体效率。 DSP 在工业自动化控制系统中的核心作用 工业自动化控制系统的目标是实现生产过程的无人化、智能化和高效化。DSP作为控制系统的“大脑”，扮演着至关重要的角色，其核心作用体现在以下几个层面： 1. 精确的运动控制 在需要精确控制物体位置、速度和加速度的工业场景中，例如机器人、数控机床、伺服驱动等，DSP的快速响应和高精度运算能力是不可或缺的。DSP可以接收编码器、传感器等反馈信号，通过复杂的PID（比例-积分-微分）控制器、模糊逻辑控制器、模型预测控制器等算法，计算出精确的控制量，并将其输出给执行器（如电机驱动器），实现对运动轨迹的精准追踪和控制。 PID控制： DSP能够高效地实现PID算法，根据误差信号的当前值、累积值和变化率，实时调整输出，实现稳定、精确的控制。 更高级的控制算法： 对于更复杂的动态系统，DSP可以承载如自适应控制、模糊控制、神经网络控制等更高级的算法，以应对非线性、时变等复杂工况。 多轴联动控制： 在机器人和大型机床上，需要实现多个轴之间的协同运动。DSP强大的计算能力和实时性使其能够处理复杂的运动规划和轨迹生成，实现平滑、精确的多轴联动。 2. 信号采集与处理 工业生产过程中会产生大量的传感信号，如温度、压力、流量、振动、图像等。DSP能够高效地对这些模拟信号进行采样、量化，并通过数字滤波、特征提取、模式识别等算法进行处理，提取有用的信息，为后续的决策和控制提供依据。 数字滤波： 工业环境通常存在噪声干扰，DSP可以高效地实现低通、高通、带通等数字滤波器，去除噪声，提取纯净的信号。 数据采集与预处理： DSP能够高速采集多个传感器的数据，并进行必要的预处理，如校准、单位转换等。 状态监测与诊断： 通过对振动、声学等信号的分析，DSP可以实现设备的状态监测和早期故障诊断，避免生产中断，降低维护成本。 机器视觉： 在自动化检测和质量控制领域，DSP可以用于图像采集、图像增强、目标检测、特征提取等，实现对产品外观、尺寸等的自动化检测。 3. 通信与联网 现代工业系统需要实现设备之间的互联互通，以及与上位机、云平台的通信。DSP可以集成各种通信接口（如CAN、Ethernet、RS-485等），并实现相应的通信协议栈，使得控制单元能够与其他设备进行高效、可靠的数据交换。 现场总线通信： DSP支持CAN、EtherCAT、Profibus等工业现场总线，实现设备之间的高效实时通信。 网络通信： DSP可以集成TCP/IP协议栈，实现与PLC、HMI、MES系统以及云平台的联网通信，实现数据的上传下载和远程监控。 数据同步： 在分布式控制系统中，DSP能够协调各控制单元的工作，确保数据的一致性和同步性。 4. 能源管理与优化 随着能源成本的不断上升和环保要求的提高，工业生产的能源效率成为关注的焦点。DSP在能源管理和优化方面也发挥着重要作用，例如： 电机驱动优化： DSP可以实现高效的电机控制算法，如矢量控制（FOC），最大限度地提高电机效率，降低能耗。 功率因数校正（PFC）： DSP可以实现实时PFC控制，提高电网的功率因数，减少无功损耗。 智能电网集成： DSP可以实现与智能电网的交互，根据电网的负荷情况和电价信息，优化生产调度，实现削峰填谷。 DSP 在不同工业领域的具体应用 DSP控制器在各个工业领域的应用可谓是百花齐放，其通用性和高性能使其能够胜任各种复杂的控制任务。 制造业： 机器人控制： 高精度关节控制、路径规划、力反馈控制。 数控机床： 高速高精度加工轨迹生成与控制，刀具轨迹补偿。 自动化生产线： 生产设备间的协同控制，产品在线检测，物料搬运。 伺服驱动： 精密位置、速度、扭矩控制，能量再生。 能源行业： 风力发电机控制： 桨叶角度控制、偏航控制，最大限度地捕获风能。 光伏逆变器： 最大功率点跟踪（MPPT），电网同步控制，电能质量优化。 智能电网设备： 变电站自动化，配电网监测与控制。 汽车电子： 发动机控制单元（ECU）： 燃油喷射、点火正时、排放控制。 制动防抱死系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）： 实时监测车轮状态，快速调整制动力。 电动汽车动力总成控制： 电机控制、电池管理系统（BMS）。 航空航天： 飞行控制系统： 飞机的姿态、速度、方向控制。 导航与制导系统： 精确的定位和航迹保持。 发动机管理系统： 燃油供给、点火、排气控制。 医疗设备： 医疗成像设备： CT、MRI等设备的扫描控制和图像处理。 手术机器人： 精密的手臂控制和力反馈。 生命支持系统： 呼吸机、输液泵等设备的精确控制。 DSP 控制器选型与开发考量 在选择和开发DSP控制器时，需要考虑以下几个关键因素： 性能需求： 根据应用场景对运算速度、实时性、功耗等方面的要求，选择合适的DSP芯片。 外设接口： 确保DSP芯片提供足够且符合需求的通信接口、ADC/DAC、定时器等外设。 开发工具链： 评估厂商提供的编译器、调试器、仿真器等开发工具是否成熟易用。 功耗与散热： 对于嵌入式应用，功耗和散热是重要的考量因素。 成本： 在满足性能需求的前提下，选择性价比高的DSP解决方案。 软件生态系统： 考虑DSP的软件库、操作系统支持以及第三方支持情况。 DSP的开发通常涉及硬件平台搭建、驱动程序编写、应用程序开发以及系统集成等多个环节。熟练掌握DSP的开发语言（通常是C/C++），理解其指令集和寄存器操作，以及熟悉相关的算法实现，是成功开发DSP应用的关键。 结语 DSP控制器以其强大的计算能力、卓越的实时性以及灵活的编程特性，已经成为现代工业自动化控制系统不可或缺的核心部件。从基础的信号处理到复杂的运动控制，再到智能化的决策与优化，DSP的应用范围正在不断拓展，为工业生产的智能化、高效化和绿色化发展注入了强劲的动力。随着技术的不断进步，新的DSP架构和更强大的处理能力将会不断涌现，为工业自动化领域带来更多创新与突破。理解DSP的原理与应用技术，对于从事工业自动化、嵌入式系统设计、机器人技术等领域的专业人士来说，具有极其重要的现实意义和长远的战略价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书真正让我感到惊喜的是它在“调试与故障排查”这一环节的处理方式。在实际的嵌入式开发中，代码跑通只是第一步，如何高效地发现和修复那些在特定工况下才会暴露出来的隐性Bug，才是真正的挑战。该书非常务实地介绍了利用DSP的片上调试工具（JTAG/SWD）进行断点设置、寄存器实时监控以及内存映像分析的具体步骤和常用技巧。作者甚至模拟了几个在实际项目中最常见的“死锁”和“资源竞争”场景，并提供了基于DSP内部状态机的诊断思路。这种强调实践性诊断方法的讲解，远比教科书上常见的理论性描述要宝贵得多。它教会的不是如何写出“完美”的代码，而是如何应对“必然出错”的现实，这对于每一个要对自己的产品负责任的工程师而言，是至关重要的软技能。这本书成功地搭建了一座理论殿堂与实际车间之间的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷质量可以说是工业教材中的上乘之作，这一点对于需要长时间研读的读者来说至关重要。纸张的触感厚实，墨色浓淡适中，长时间盯着那些密集的程序代码和波形图也不会感到强烈的视觉疲劳，这极大提升了阅读体验。更让我印象深刻的是，作者在讲解一些关键算法，比如PID控制器的离散化和滤波器的设计时，并没有止步于给出标准公式，而是用了一种非常“接地气”的方式，分析了不同参数设置在实际工况下可能产生的动态响应差异和潜在的性能瓶颈。这体现了作者深厚的工程经验，而非纯粹的学术堆砌。书中穿插的“注意事项”或“陷阱提示”环节，往往能精准地指出初学者在硬件选型或软件移植过程中容易忽略的细节问题，这种前瞻性的提醒，避免了我走许多弯路。总而言之，这本书的物理呈现和内容细节都展现出对目标读者群体的深切关怀，使得学习过程的效率和愉悦度都得到了显著提升。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简约而专业，光是看到“HJ DSP控制器原理与应用技术”这几个字，就立刻让人联想到精密、高效的工业控制领域。我最初翻开它的时候，是带着一种既期待又略微忐忑的心情。期待是因为我确实需要一本系统阐述DSP在现代工业控制中应用的权威教材，而忐忑则是因为这类技术书籍往往内容深奥，晦涩难懂。然而，深入阅读后，我发现作者在结构编排上着实下了一番苦功。它并非简单地堆砌理论公式，而是非常巧妙地将复杂的数字信号处理理论与实际的HJ系列DSP控制器的硬件架构、编程接口紧密结合起来。尤其是关于实时操作系统（RTOS）在其中的调度机制那几章，讲解得深入浅出，即便是初次接触嵌入式实时系统的人，也能通过书中的大量图示和流程图，迅速把握其核心思想。书中对中断处理、定时器配置的实战案例分析得极为细致，简直可以作为手把手的操作指南。这种理论深度与工程实践的完美融合，使得这本书不仅仅是一本教科书，更像是工程师案头必备的参考手册，为我们理解和开发高性能的工业自动化解决方案提供了坚实的理论基石和可操作的路线图。

评分☆☆☆☆☆

作为一本被纳入“十二五”规划的教材，这本书在理论的系统性和前瞻性上做得非常到位。它没有固步自封于某一特定版本的芯片架构，而是着眼于DSP技术栈的演进趋势，即便是对较新推出的功能模块，也有相当篇幅的介绍和接口说明。从数据采集的精度保证，到通信协议（如CAN/EtherCAT）的底层实现，这本书提供了一个相当完整的知识闭环。它的叙事逻辑非常清晰，从最基本的时钟源配置开始，逐步过渡到复杂的算法移植，层层递进，环环相扣。即便是章节之间内容的切换，也处理得非常平滑，让人感觉阅读体验是一种自然的知识积累过程，而不是碎片信息的拼凑。这种结构上的严谨性，确保了读者在掌握基础后，能够自信地将所学知识迁移到不同复杂度、不同侧重点的工业控制项目中去，体现了教材应有的广度和深度。

评分☆☆☆☆☆

对于我们这些长期在产线一线工作的技术人员来说，最看重的就是知识的“即战力”。翻阅这本书时，我一直在寻找那种能立刻在手中项目上得到验证和应用的技术点。幸运的是，该书在最后几章集中展示的几种典型工业应用案例，如高精度伺服驱动的电流环控制，以及复杂的步进电机闭环控制策略，完全满足了这一需求。这些案例不仅展示了如何调用HJ DSP特有的外设寄存器，更关键的是，它深入剖析了为什么要选择特定的采样频率和控制周期，这才是决定最终产品性能的关键所在。书中对浮点运算单元（FPU）的优化使用技巧也值得称赞，它揭示了如何在保证精度的同时，有效管理DSP的有限资源，这对追求极致性能的工程师来说，简直是如获至宝。我甚至根据书中的一个优化实例，对我们现有产品中的一个控制模块进行了重构，效果立竿见影，系统的响应时间成功缩短了近15%，这种直接的价值转化，是任何其他宣传材料都无法比拟的。