基于dsp技術(shù)的正弦信號發(fā)生課程設(shè)計

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文檔簡介

1、　　正弦波發(fā)生器　　第一章：緒論　　數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運而生并得到迅速的發(fā)展。

2、數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時間里，信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。　　圖一是數(shù)字信號處理系統(tǒng)的簡化框圖。此系統(tǒng)先將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)字信號處理后，再轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。其中抗混疊濾波器的作用是將輸入信號x(t)中高于折疊頻率的分量濾除，以防止信號頻譜的混疊。隨后，信號經(jīng)采樣和A/D轉(zhuǎn)換

3、后，變成數(shù)字信號x(n)。數(shù)字信號處理器對x(n)進行處理，得到輸出數(shù)字信號y(n),經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號。此信號經(jīng)低通濾波器，濾除不需要的高頻分量，最后輸出平滑的模擬信號y(t)。　　圖一數(shù)字信號處理系統(tǒng)簡化框圖　　數(shù)字信號處理是以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)的，它所涉及的范圍極其廣泛。例如，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，微積分、概率統(tǒng)計、隨機過程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號

4、處理的基本工具，與網(wǎng)絡(luò)理論、信號與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關(guān)。近來新興的一些學(xué)科，如人工智能、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，都與數(shù)字信號處理密不可分?？梢哉f，數(shù)字信號處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)，同時又使自己成為一系列新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。　　第二章：TMS320C54x芯片介紹　　1.總線結(jié)構(gòu) &l

5、t;p>　　C54x 包括8 條16 比特寬度的總線，其中：　　一條程序總線（PB）：傳送取自程序存儲器的指令代碼和立即操作數(shù)　　三條數(shù)據(jù)總線（CB、DB、EB）：將內(nèi)部個單元連接在一起，CB和DB傳送讀自數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)，EB傳送寫入存儲器的數(shù)據(jù)　　四條地址總線（PAB CAB DAB EAB）：傳送執(zhí)行

6、指令所需的地址　　2．C P U　　C54x 的CPU 結(jié)構(gòu)包括：　　40 比特的ALU ，其輸入來自16 比特立即數(shù)、16 比特來自數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)、暫時存儲器、T 中的16 比特數(shù)、數(shù)據(jù)存儲器中兩個16 比特字、數(shù)據(jù)存儲器中32 比特字、累加器中40 比特字。</p

7、>　　2 個40 比特的累加器，分為三個部分，保護位（39－ 32 比特）、高位字（31－16 比特）、低位字（15－0 比特）。　　桶型移位器，可產(chǎn)生0 到31 比特的左移或0 到16 比特的右移。　　17x17 比特的乘法器　　40 比特的加法器

8、;　　比較選擇和存儲單元CSSU　　數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器DAGEN　　程序地址產(chǎn)生器PAGEN　　3．外設(shè)　　C54x 包括：<p

9、>　　通用I/O 引腳，XF 和BIO　　定時器　　PLL 時鐘產(chǎn)生器　　HPI 口8 比特或16 比特　　同步串口<p&

10、gt;　　帶緩存串口BSP　　多路帶緩存串口McBSP　　時分復(fù)用串口TDM　　可編程等待狀態(tài)產(chǎn)生器　　可編程bank switching 模塊<b

11、>　　外部總線接口　　IEEE1149.1 標(biāo)準(zhǔn)JTAG 口　　4.存儲器　　4.1存儲空間　　一般而言，C54x 的存儲空間可達192K16 比特字，64K 程序空間，

12、64K 數(shù)據(jù)空間，64KI/O 空間。依賴其并行的工藝特性和片上RAM 雙向訪問的性能，在一個機器周期內(nèi)，C54x 可以執(zhí)行4 條行并行存儲器操作：取指令，兩操作數(shù)讀，一操作數(shù)寫。使用片內(nèi)存儲器有三個優(yōu)點:高速執(zhí)行（不需要等待）,低開銷,低功耗。　　4.2程序存儲區(qū)　　C54x 有片內(nèi)ROM 、DARAM、 SARA

13、M ，這些區(qū)域可以通過軟件配置到程序空間。當(dāng)?shù)刂仿湓谶@些區(qū)域內(nèi)，自動對這些區(qū)域進行訪問，當(dāng)?shù)刂仿湓谶@些區(qū)域以外，自動產(chǎn)生對外部存儲器的訪問。　　4.2.1 片內(nèi) R O M　　片內(nèi)ROM（ 4K 16K 24K 28K 或48K 字）可能包括的內(nèi)容有：　　引導(dǎo)程序，可以從串口、外部存儲器、I/O 口或HPI 口引

14、導(dǎo)　　256 字的率擴展　　第三章：CCS簡介　　1.CCS工作模式　　CCS是TI公司針對TMS320系列DSP的集成開發(fā)環(huán)境,在Windows操作系統(tǒng)下，

15、采用圖形接口界面，提供有環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等工具。　　CCS有兩種工作模式，即：　　軟件仿真器模式：可以脫離DSP芯片，在PC機上模擬DSP的指令集和工作機制，主要用于前期算法實現(xiàn)和調(diào)試。　　硬件在線編程模式：可以實時運行在DSP芯片上,與硬件開發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。 <

16、/p>　　2.CCS的組成　　CCS的開發(fā)系統(tǒng)主要由以下組件構(gòu)成　　1. TMS320C54x集成代碼產(chǎn)生工具 　　用來對C語言、匯編語言或混合語言編程的DSP源程序進行編譯匯編，并鏈接成為可執(zhí)行的DSP程序。主要包括匯編器、鏈接器、C/C+

17、+編譯器和建庫工具等。 　　2. CCS集成開發(fā)環(huán)境 　　集編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件調(diào)試和實時跟蹤等功能于一體。包括編輯工具、工程管理工具和調(diào)試工具等。 　　3. DSP/BIOS實時內(nèi)核插件及其應(yīng)用程序接口API　　主要為實時信號處理應(yīng)用而設(shè)計。包括DSP

18、/BIOS的配置工具、實時分析工具等。　　4.實時數(shù)據(jù)交換的RTDX插件和相應(yīng)的程序接口API　　可對目標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)視，實現(xiàn)DSP與其他應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換。 　　5. 由TI公司以外的第三方提供的應(yīng)用模塊插件　　3.CCS的主要功能 &l

19、t;p>　　CCS的功能十分強大，它集成了代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能，而且支持C/C++和匯編的混合編程，其主要功能如下　?、?具有集成可視化代碼編輯界面，用戶可通過其界面直接編寫C、匯編、.cmd文件等；　?、?含有集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化C編譯器、鏈接器等，將代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能集成到一個軟件環(huán)境中； &

20、lt;/p>　?、?高性能編輯器支持匯編文件的動態(tài)語法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語法錯誤；　?、?工程項目管理工具可對用戶程序?qū)嵭许椖抗芾?。在生成目?biāo)程序和程序庫的過程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過跟蹤信息對不同的程序進行分類管理；　　⑤ 基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼、查看寄存器、存儲器、反匯編、變量窗口等功能，并

21、支持C源代碼級調(diào)試； 　?、?斷點工具，能在調(diào)試程序的過程中，完成硬件斷點、軟件斷點和條件斷點的設(shè)置；　　⑦ 探測點工具，可用于算法的仿真，數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視等；　　⑧ 分析工具，包括模擬器和仿真器分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能、評價代碼執(zhí)行的時鐘；　?、?數(shù)據(jù)的圖形顯示工

22、具，可以將運算結(jié)果用圖形顯示,包括顯示時域/頻域波形、眼圖、星座圖、圖像等，并能進行自動刷新； 　?、?提供GEL工具。利用GEL擴展語言，用戶可以編寫自己的控制面板/菜單，設(shè)置GEL菜單選項，方便直觀地修改變量，配置參數(shù)等；　　? 支持多DSP的調(diào)試；　　? 支持RTDX技術(shù)，可在不中斷目標(biāo)系統(tǒng)運行的情況下，實

23、現(xiàn)DSP與其他應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換；　　? 提供DSP/BIOS工具，增強對代碼的實時分析能力。 　　4.CCS的安裝及設(shè)置 　　在使用CCS之前，必須首先按照CCS的產(chǎn)品說明安裝CCS軟件；其次創(chuàng)建CCS系統(tǒng)配置，進行環(huán)境設(shè)置；最后，按照具體使用的仿真器，安裝目標(biāo)板和驅(qū)動程序。<p

24、>　　5.系統(tǒng)配置要求　?、?機器類型：IBM PC及兼容機；　?、?操作系統(tǒng)：Microsoft Windows 95/98/2000或Windows NT4.0；　　③ 機器資源配置要求：　　第四章：正余弦信號發(fā)生器的實現(xiàn)原

25、理　　1.正弦波信號發(fā)生器　　正弦波信號發(fā)生器已被廣泛地應(yīng)用于通信、儀器儀表和工業(yè)控制等領(lǐng)域的信號處理系統(tǒng)中。　　通常有兩種方法可以產(chǎn)生正弦波，分別為查表法和泰勒級數(shù)展開法。　　查表法是通過查表的方式來實現(xiàn)正弦波，主要用于對精度要求不很高的場合。&

26、lt;p>　　泰勒級數(shù)展開法是根據(jù)泰勒展開式進行計算來實現(xiàn)正弦信號，它能精確地計算出一個角度的正弦和余弦值，且只需要較小的存儲空間。　　本次主要用泰勒級數(shù)展開法來實現(xiàn)正弦波信號。 　　產(chǎn)生正弦波的算法 　　正弦函數(shù)和余弦函數(shù)可以展開成泰勒級數(shù)，其表達式：</p&g

27、t;　　取泰勒級數(shù)的前5項，得近似計算式：　　遞推公式： 　　sin(nx) = 2cos(x)sin[(n-1)x]-sin[(n-2)x] 　　cos(nx) = 2cos(x)sin[(n-1)x]-cos[(n-2)x]

28、;　　由遞推公式可以看出，在計算正弦和余弦值時,需要已知cos(x)、sin(n-1)x、sin(n-2)x和cos(n-2)x。　　2．計算一個角度的正弦值 　　計算一個角度x的正弦值，可利用泰勒級數(shù)的展開式，采用子程序的調(diào)用方式來實現(xiàn)。　　在調(diào)用前先在數(shù)據(jù)存儲器d_xs單元中存放x的弧度

29、值，計算結(jié)果存放在d_sinx單元中　　程序中要用到一些存儲單元存放數(shù)據(jù)和變量，存儲單元的分配如下：　　d_xs：x； d_squr_xs： x2 　　d_temp_s：暫存； d_sinx：計算結(jié)果sinx 　　c_1_s：7FFFh (數(shù)值

30、1)；d_coef_s ：泰勒系數(shù)　　存儲單元分配圖： 　　程序清單sinx.asm：　　.title “sinx.asm” 　　.mmregs 　　.

31、def start　　.ref sin_start，d_xs，d_sinx 　　STACK： .usect “STACK”，10　　start： STM #STACK+10，SP　　LD #d_xs，DP <

32、p>　　ST #6487H，d_xs　　CALL sin_start 　　end： B end 　　sin_start：　　.def sin_start 　　d_coef_s .us

33、ect “coef_s”，4　　.data　　table_s： .word 01C7H 　　.word 030BH 　　.word 0666H 　　.word 1556H

34、　　d_xs .usect “sin_vars”，1　　d_squr_xs .usect “sin_vars”，1　　d_temp_s .usect “sin_vars”，1　　d_sinx .usect “sin_vars”，1<

35、/p>　　c_1_s .usect “sin_vars”，1 　　.text　　SSBX FRCT　　STM #d_coef_s，AR4　　RPT #3

36、　　MVPD #table_s，*AR4+　　STM #d_coef_s，AR2　　STM #d_xs，AR3　　STM #c_1_s，AR5　　ST #7FFFH，c_1_s<p

37、>　　SQUR *AR3+，A 　　ST A，*AR3 　　|| LD *AR5，B　　MASR *AR3+，*AR2+，B，A 　　MPYA A　　ST

38、H A，*AR3 　　MASR *AR3-，*AR2+，B，A 　　MPYA *AR3+ 　　ST B，*AR3 　　|| LD *AR5，B 　　MASR *AR3-，*AR2，B，A &

39、lt;/p>　　MPYA *AR3+ 　　ST B，*AR3 　　|| LD *AR5，B 　　MASR *AR3-，*AR2，B，A 　　MPYA d_xs 　　STH

40、 B，d_sinx 　　RET　　.end　　3.計算一個角度的余弦值　　計算余弦值與計算正弦值相同。　　存儲單元分配圖： <

41、/b>　　程序清單cosx.asm:　　.title “cosx.asm”　　.mmregs　　.def _c_int00　　.ref cos_start,d_cosx</

42、p>　　STACK: .usect “STACK”,10　　_c_int00:　　STM # STACK+10,sp　　LD #d_x,DP　　ST #6487h,d_x<

43、/p>　　CALL cos_start　　end: B end　　cos_start:　　.def cos_start　　d_coeff .usect “coeff”,4<

44、;p>　　.data　　Table .word 0249h　　.Word 0444h　　.Word 0aahh　　.word 4000h　　d_x

45、 .usect “cos_vars”,1　　d_squr_x .usect “sin_vars”,1　　d_temp .usect “sin_vars”,1　　d_cosx .usect “sin_vars”,1&l

46、t;p>　　c_1 .usect “sin_vars”,1　　.text　　SSBX FRCT　　STM #d_coeff,AR5　　Rpt #3<p

47、>　　MVPD #table,*AR5+　　STM #d_coeff,AR3　　STM #d_x,AR2　　STM #c_1,AR4　　ST #7FFFH,c_1　　SQUR *AR2+.A</

48、p>　　ST A,*AR2　　LD *AR4,B　　MASR *AR2+,*AR3+,B,A　　MPYA A　　STH A,*AR2　　MASR *AR-，*AR3

49、+，B,A　　MPYA*AR2+　　ST B,*AR2　　LD *AR4,B　　MASR *AR2-,*AR3,B,A　　SFTA A,-1,A

50、　　NEG A　　MPYA *AR2+　　MAR *AR2+　　RETD　　ADD *AR4,16,B　　ST

51、H B,*AR2　　RET　　.end　　正余弦信號發(fā)生器程序清單　　;This function generates the sine wave of angle using the T

52、aylor series expansion　　;sin(theta)=x(1-x^2/2*3(1-x^2/4*5(1-x^2/6*7(1-x^2/8*9))))　　;cos(theta)=1-x^2/2*3(1-x^2/4*5(1-x^2/6*7(1-x^2/8*9)))　　;sin(2*theta)=2*s

53、in(theta)*cos(theta)　　.title "sin.asm"　　.mmregs　　.def _c_int00　　.ref sinx,d_xs,d_sinx,cosx,d_xc,d

54、_cosx　　sin_x: .usect "sin_x",360　　STACK: .usect "STACK",10　　k_theta .set 286　　PA0 .set 0&l

55、t;/p>　　_c_int00 　　.text　　STM #STACK+10,SP　　STM k_theta,AR0　　STM 0,AR1

56、　　STM #sin_x,AR6　　STM #90,BRC　　RPTB loop1-1　　LDM AR1,A　　LD #d_xs,DP

57、STL A,@d_xs　　STL A,@d_xc　　CALL sinx　　CALL cosx　　LD #d_sinx,DP　　LD @d_sinx,16,A</p&

58、gt;　　MPYA @d_cosx　　STH B,1,*AR6+　　MAR *AR1+0　　loop1: STM #sin_x+89,AR7　　STM #88,BRC<

59、;p>　　RPTB loop2-1　　LD *AR7-,A　　STL A,*AR6+　　loop2: STM #179,BRC　　STM #sin_x,AR7　　RPT

60、B loop3-1　　LD *AR7+,A　　NEG A　　STL A,*AR6+　　loop3: STM #sin_x,AR6　　STM #1,AR0</p

61、>　　STM #360,bk　　loop4: PORTW *AR6+0%,PA0　　B loop4　　sinx:　　.def d_xs,d_sinx</p&

62、gt;　　.data　　table_s .word 01c7h　　.word 030bh　　.word 0666h　　.word 1556h

63、　d_coef_s .usect "coef_s",4　　d_xs .usect "sin_vars",1　　d_squr_xs .usect "sin_vars",1　　d_temp_s .usect "sin_

64、vars",1　　d_sinx .usect "sin_vars",1　　c_l_s .usect "sin_vars",1　　.text　　SSBX F

65、RCT　　STM #d_coef_s,AR5　　RPT #3　　MVPD #table_s,*AR5+　　STM #d_coef_s,AR3　　STM #d_xs,AR2</p

66、>　　STM #c_l_s,AR4　　ST #7FFFh,c_l_s　　SQUR *AR2+,A　　ST A,*AR2　　||LD *AR4,B　　MAS

67、R *AR2+,*AR3+,B,A　　MPYA A　　STH A,*AR2　　MASR *AR2-,*AR3+,B,A　　MPYA *AR2+　　ST B,*AR2</p

68、>　　||LD *AR4,B　　MASR *AR2-,*AR3+,B,A　　MPYA *AR2+　　ST B,*AR2　　||LD *AR4,B　　MASR

69、 *AR2-,*AR3+,B,A　　MPYA d_xs　　STH B,d_sinx　　RET　　cosx:　　.def d_

70、xc,d_cosx　　d_coef_c .usect "coef_c",4　　.data　　table_c .word 0249h　　.word 0444h<p&

71、gt;　　.word 0aabh　　.word 4000h　　d_xc .usect "cos_vars",1　　d_squr_xc .usect "cos_vars",1　　d_temp_c .us

72、ect "cos_vars",1　　d_cosx .usect "cos_vars",1　　c_l_c .usect "cos_vars",1　　.text<p

73、>　　SSBX FRCT　　STM #d_coef_c,AR5　　RPT #3　　MVPD #table_c,*AR5+　　STM #d_coef_c,AR3　　STM

74、 #d_xc,AR2　　STM #c_l_c,AR4　　ST #7FFFh,c_l_c　　SQUR *AR2+,A　　ST A,*AR2　　||LD *AR4,B

75、　　MASR *AR2+,*AR3+,B,A　　MPYA A　　STH A,*AR2　　MASR *AR2-,*AR3+,B,A　　MPYA *AR2+　　ST

76、 B,*AR2　　||LD *AR4,B　　MASR *AR2-,*AR3+,B,A　　SFTA A,-1,A　　NEG A　　MPYA *AR2+<p&

77、gt;　　MAR *AR2+　　RETD　　ADD *AR4,16,B　　STH B,*AR2　　RET

78、　　.end　　MEMORY　　{ 　　PAGE 0:　　EPROM: org=0E000h, len=1000h

79、　　VECS: org=0FF80h, len=0080h　　PAGE 1:　　SPRAM: org=0060h, len=0020h　　DARAM1: org=0080h, len=0010h

80、　DARAM2: org=0090h, len=0010h　　DARAM3: org=0200h, len=0200h　　}　　SECTIONS　　{

81、　　.text :>EPROM PAGE 0　　.data :>EPROM PAGE 0　　STACK :>SPRAM PAGE 1　　sin_vars :>DARAM1 PAGE 1<

82、p>　　coef_s :>DARAM1 PAGE 1　　cos_vars :>DARAM2 PAGE 1　　coef_c :>DARAM2 PAGE 1　　sin_x : align(512){ } > DARAM3 PAGE 1<

83、;p>　　.vectors :>VECS PAGE 0　　}　　.title "sin_v.asm"　　.ref _c_int00　　.sect ".vectors&q

84、uot;　　B _c_int00　　.end　　第五章：調(diào)試　　1.CCS工程項目的調(diào)試　　1.1程序的運行控制 &

85、lt;p>　　在調(diào)試程序的過程中，經(jīng)常需要復(fù)位、執(zhí)行、單步執(zhí)行等操作。這些操作稱為程序運行控制。　　CCS開發(fā)環(huán)境提供了多種調(diào)試程序的運行操作。用戶可以使用調(diào)試工具條或調(diào)試菜單“Debug”中的相應(yīng)命令控制程序的運行。 　　1.創(chuàng)建工程項目　?、?進入CCS集成開發(fā)環(huán)境

86、　?、?創(chuàng)建一個新的工程項目　?、?將源程序文件、鏈接命令文件、庫文件和頭文件添加到工程項目中 　?、軉螕羲小?”項觀看工程項目所包含的文件雙擊各圖標(biāo)，打開各文件　　1.2.工程項目的編譯　?、俟こ添椖康木幾g鏈接</p&g

87、t;　　1.3.設(shè)置探測點　　① 將volume.out文件裝入目標(biāo)板 　?、?設(shè)置探測點 　　③ 為探測點選擇鏈接的數(shù)據(jù)文件 　?、?設(shè)置數(shù)據(jù)文件的屬性

88、;　?、?將數(shù)據(jù)文件鏈接到探測點 　?、?關(guān)閉“File I/O”對話框 　　1.4.工程項目的調(diào)試和結(jié)果的圖形顯示 　?、?設(shè)置斷點　?、?設(shè)置輸入變量的圖形屬性

89、③ 設(shè)置輸出變量的圖形屬性 　　④ 運行程序，顯示圖形　?、?調(diào)整輸出增益　　1.5.觀察寄存器的運行數(shù)據(jù)　　2..仿真波形圖　　第六章

90、：總結(jié)　　本次實訓(xùn)過程中遇到一些課堂中從未有過的問題，通過網(wǎng)絡(luò)查找和同學(xué)交流，大大促進了實訓(xùn)進程。并在過程中進一步提高自身的創(chuàng)作、創(chuàng)新水平，扎實基礎(chǔ)，擴展所學(xué)。　　實訓(xùn)過程中經(jīng)常遇到問題，而在場的老師為各位同學(xué)提供了解答方案；輔助同學(xué)攻克了實訓(xùn)中的難點。同時也會請老師指點不足之處，以加以改進，完善作品。雖然機房內(nèi)的氣溫較高，但好歹天氣

91、并不太熱；加之機房內(nèi)設(shè)空調(diào)，使實訓(xùn)過程大大降低了外部環(huán)境的影響，有了一個不錯的實訓(xùn)環(huán)境。　　實訓(xùn)每次都還算完成的不錯，這次也一樣不是太差，畢竟啊，對自己還是有信心的，繼續(xù)加油。。。。　　參考文獻：　　【1】戴明幀.數(shù)字信號處理的硬件實現(xiàn)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1988&

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