DSP课程设计报告-数据采集处理和控制系统设计

1、数据采集处理和控制系统设计 一 课程设计要求 1. 基本DSP硬件系统设计要求 基本DSP硬件系统以TMS320C54X系列为核心处理器，包括最小系统、存 储器扩展、显示器、键盘、 AD、 DA 等电路模块； 硬件设计画出主要芯片及电路模块之间的连接即可，重点考查电路模块方 案设计与系统地址分配； 设计方案以电路示意图为主，辅以必要的文字说明。 2. 基本软件设计要求 看懂所给例程，画出例程输出波形示意图； 修改例程程序，使之输出其它波形，如方波、三角波、锯齿波等均可； 设计方案以程序实现为主，辅以必要的文字说明。 3. 课程设计报告要求 硬件系统设计：设计思路、设计系统功能、主要芯片选型及使

2、用方法、设 计方案说明、电路示意图 软件系统设计： 示例程序功能解读及输出波形示意图、 设计软件功能、 设 计思路、实现源码(带程序注释) 报告总结 二 系统分析 利用实验箱的模拟信号产生单元产生不同频率的信号， 或者产生两个频率的 信号的叠加。在 DSP 中采集信号，并且对信号进行频谱分析，滤波等。通过键 盘或者串口命令选择算法的功能，将计算的信号频率或者滤波后信号的频率在 LCD 上显示。主要功能如下： 对外部输入的模拟信号采集到 DSP内存，会用CCS软件显示采集的数据 波形。 (2) 对采集的数据进行如下算法分析： 频谱分析：使用fft算法计算信号的频率。 对信号进行 IIR 滤波或

3、FIR 滤波，并且计算滤波前后信号的频率。 外部键盘或者从计算机来的串口命令选择算法功能，并且将结果在 LCD 上显示。 绘制出DSP系统的功能框图、使用 AD( Altium Designer )绘制出系统的原 理图和PCB版图。 在DSP中采集信号，用CCS软件显示采集的数据波形，以及对采集的数据 进行算法分析。 三 硬件设计 3.1 硬件总体结构 CLKS D15.O A19.O 20 CONTROL Power (73HD3XX) 11 1MX16BIT FLASH WE OE 复位电路 TMS32054X RESET CE 16 XDS510 JTAG 3.2 DSP模块设计 ss

4、ri kh 3 IWE yFllr旨 3.3电源模块设计 二： 2 4HND P2 二 rr 1 +5V icfi Olif 2S =C-I LDllF AV- 2S =C-I LDllF H21 v- =C：5 0uF F 22 22 fO T IV OJuF fO T IV 3 GND 将5V电源电压转换为3.3V和1.6V电源 3.4时钟模块设计 此处由外部晶振提供时钟信号 CLKX2 3 U3 nTTT vcc 1 ? MW l GND 1 CLKS GNL) GND 3.5存储器模块设计 DSP上只有一个读写控制信号引脚，而 FLASHt两个引脚，将读、写分开, 赢怎罰 岛 故在0E

5、上接一个非门电路，实现高时读，低时写。FLASH上的地址线和数据线 与DSP上的地址线、数据线相连 3.6 JATG模块设计 5 3.7 TMS320VC5416最小系统PCB版图 口 O 匚 S O O D O O O O O C O O G 14 o 10 板上包括了支持TMS320VC541独立运行的时钟电路、复位电路、Flash模块、 JTAG仿真接口电路以及电源模块等。为节省空间和材料，部分器件放在了反面。 四软件设计 4.1正弦波信号发生器 所给例程输出波形为正弦波，波形如下图所示: y 4.2三角波（方波）信号发生器 * * 三角波信号发生程序(括号内为方波)* * .mmreg

6、s .def start k1.usect k,1 outdatal .set 0800h(0800h) outdata2 .set 09ffh(0fffh) outdata3 .set 0affh(0fffh) outdata4 .set 0bffh(0fffh) outdata5 .set 0cffh(0fffh) outdata6 .set 0dffh(0fffh) outdata7 .set 0effh(0fffh) outdata8 .set 0fffh(0fffh) outdata9 .set 1000h(0fffh) outdata10 .set 0fffh(0fffh) out

7、datall .set 0effh(0fffh) outdata12 .set 0dffh(0fffh) outdata13 .set 0cffh(0fffh) outdata14 .set 0bffh(0fffh) outdata15 .set 0affh(0fffh) outdata16 .set 09ffh(0fffh) outdata17 .set 08ffh(0800h) outdata18 .set 07ffh(0000h) outdata19 .set 06ffh(0000h) outdata20 .set 05ffh(0000h) outdata21 .set 04ffh(00

8、00h) outdata22 .set 03ffh(0000h) outdata23 .set 02ffh(0000h) outdata24 .set 01ffh(0000h) outdata25 .set 00ffh(0000h) outdata26 .set 01ffh(0000h) outdata27 .set 02ffh(0000h) outdata28 .set 03ffh(0000h) outdata29 .set 04ffh(0000h) outdata30 .set 05ffh(0000h) outdata31 .set 06ffh(0000h) outdata32 .set

9、07ffh(0000h) / 定义输出数据 .text start: stm 2000h,sp / 置堆栈指针 stm #k1,ar2 / 将操作数 #k1 装入 ar2 st #outdata1,*ar2 / 将数据送到 *ar2 nop nop begin: st #outdata1,*ar2 portw *ar2,0bfffh /将*ar2内容从D/A转换器输出 rpt #7fffh / 等待一段时间 nop nop st #outdata4,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata5,*ar2 portw *ar2,0bfffh

10、 rpt #7fffh nop st #outdata6,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata7,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata8,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata9,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata10,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata11,*ar2 portw *ar

11、2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata12,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata13,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata14,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh 7 nop st #outdata15,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata16,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata17,

12、*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata18,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata19,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata20,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata21,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata22,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st

13、 #outdata23,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop nop st #outdata26,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata27,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata28,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata29,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata30,*ar2 portw *ar2,0bfffh r

14、pt #7fffh nop st #outdata31,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop st #outdata32,*ar2 portw *ar2,0bfffh rpt #7fffh nop b begin / 循环输出 32 个数据 .end / 代码段结束 4.3 本系统软件总体流程 系统各模块初始化 7 调用FIR滤波器设计函数设计系统函数 米集数据并调用FF和口卷计算法对信号进行处理 1 / 计算输入信号的频率和滤波后的信号频率 每采集256点计算频率参数 返回第三步 4.4核心模块及实现代码 piLe ngth,i ntn ,i nt k,

15、double FFT算法程序： void kfft(double prLe ngth,double frLength,double fiLength,int l,int il) int it,m,is,i,j,nv,IO; double p,q,s,vr,vi,poddr,poddi; for (it=0; it=n-1; it+) m=it; is=0; for (i=0; i=k-1; i+) j=m/2; is=2*is+(m-2*j); m=j; frit=pris; fiit=piis; pr0=1.0; pi0=0.0; p=6.283185306/(1.0* n); pr1=co

16、s(p); pi1=-si n(p); if (l!=0) pi1=-pi1; for (i=2; i=n-1; i+) p=pri-1*pr1; q=pii-1*pi1; s=(pri-1+pii-1)*(pr1+pi1); pri=p-q; pii=s-p-q; for (it=0; it=0; l0-) m=m/2; nv=2*nv; for (it=0; it=(m-1)*nv; it=it+nv) for (j=0; j=(nv/2)-1; j+) p=prm*j*frit+j+nv/2; q=pim*j*fiit+j+nv/2; s=prm*j+pim*j; s=s*(frit+j

17、+nv/2+fiit+j+nv/2); poddr=p-q; poddi=s-p-q; frit+j+nv/2=frit+j-poddr; fiit+j+nv/2=fiit+j-poddi; frit+j=frit+j+poddr; fiit+j=fiit+j+poddi; if (l!=0) for (i=0; i=n-1; i+) fri=fri/(1.0*n); fii=fii/(1.0*n); if (il!=0) for (i=0; i=n-1; i+) pri=sqrt(fri*fri+fii*fii); if (fabs(fri)0) pii=90.0; else pii=-90

18、.0; else pii=atan(fii/fri)*360.0/6.283185306; 卷积程序： void Convolveok( / 卷积函数 double *x, / 原始输入数据 double *h,/ 冲击响应 double *y,/ 卷积输出结果 UINT16 Leng, / 序列长度 UINT16 h_Len) UINT16 m,p,j; double r,rm; double xmean = 0.0; double xmid100; for(m=0;mh_Len;m+) xmidm = 0.0; for (m=0; mLeng; m+) xmean = xm + xmean

19、; xmean = 1.0*xmean/Length; for (m=0; mLeng; m+) xm = xm - xmean; for (m=0; mLeng; m+) for (p=0; ph_Len; p+) xmidh_Len-p-1 = xmidh_Len-p-2; xmid0 = xm; r = 0.0; rm= 0.0; for (j=0; jh_Len; j+) r = xmidj * hj; rm = rm + r; ym = rm; 最大值， k2 次最大值 求最大值和次大值函数： void max() int k1,k2; /k1 int r; for(r=0;r16;

20、r+) if(prk1prr) k1=r; for(r=20;r64;r+) if(prk2prr) k2=r; f0=250000.0/256*k1; f1=250000.0/256*k2; fc=(f0+f1)/2; 归一化函数： void avg() int j; sum= 0.0; for(j=0;j256;j+) sum+=(data_buffj/256.0); for(j=0;j256;j+) prj=data_buffj-sum; pij=0.0; FIR滤波器设计函数： 求 h(n) void firdes(double npass)/ int t; for (t=0; tFL

21、en; t+) ht=si n( (t-(FLe n-1)/2.0)* npass*3.1415926)/(3.1415926*(t-(FLe n-1) /2.0); if (t = (FLen-1)/2) ht=npass; 外部中断2服务函数： void in terrupt Extl nt2(void) int i1,j; *(u nsig ned in t*)IFR=0 xFFFF; /清除所有中断标志 data_buffi1 = port8002 i1+; if(i1 = 256) avg(); kfft(pr,pi,256,8,fr,fi,0,1); max(); npass=fc/250000.0; firdes( npass); Con volveok(data_buff,h,y,256,51); for(j=0;j256;j+) yrj=yj; yij=0.0; kfft(yr,yi,256,8,Yr,Yi,0,1); flag=1; i1 = 0; 4.5程序运行效果 采集的数据及其FFT计算结果 17 51阶滤波器H(n)波形 滤波前后信号频谱图: 由滤波前后高低频分量的相对大小证明低通滤波器对高频分量的衰减作用比 较强，但没有完全滤出去 五课程设计总结 DSP芯片有更适合于数字信号处理的软件和硬件资源，非常适合于通用数字 信号处理的开发