西电DSP上机实验报告

1、精选优质文档-倾情为你奉上DSP上机报告及发展综述目录实验一 VISUAL DSP+的使用入门-2实验二 用SIMULATOR模拟数字信号处理-8实验三 信号数据采集与谱分析-18实验四 数据采集与滤波处理-26综 述 DSP技术的发展与应用-29实验一 VISUAL DSP+的使用入门一、实验目的1、熟悉VISUAL DSP+的开发环境。针对ADSP21065L SHARC DSP，利用几个用C、C+和汇编语言写成的简单例子来描述 VISUAL DSP十编程环境和调试器（debugger）的主要特征和功能。2、对于运行在其它类型SHARC处理器的程序只需对其链接描述文件（LDF）做一些小的变

2、化，用于ADSP21065L硬件仿真。二、实验内容实验一：启动Visual DSP+，建立一个用C源代码的工程（Project），同时用调试器来评估用C语言所编写代码的性能；实验二：创立一个新的工程，修改源码来调用一个汇编（asm）程序，重新编译工程，用调试器来评估用汇编语言所写程序的性能；实验三：利用调试器的绘图（plot）功能来图形显示一个卷积算法中的多个数据的波形；实验四：利用调试器的性能统计功能（Statistical profile来检查练习三中卷积算法的效率。利用所收集到的性能统计数据就能看出算法中最耗时的地方。三、实验步骤及结果实验一：1、进入 Visual DSP，显示Visu

3、al DSP+的集成开发和调试环境窗口。选择菜单中的SessionNew SessionSHARKADSP-21065L SHARK processing Simulator.此过程为将要编译运行的程序建立了一个Session.2、选择菜单File 中Open 打开ProjectE:floatunit_1dot_product_c dotprodcdpj。（注：练习中将float压缩包解压与E盘）3、在菜单 Project中选择 Build Project来对工程进行编译 。在本例子中，编译器会检测到一个未定义的错误，显示为：“dotprod_main.c”，line 115：error 20

4、：identifier“itn”is undefined itn i；双击该行文字，光标会自动定位出错行，再该行中将“itn”改为“int”,重新编译后没有错误。这时工程已被成功编译，此时在菜单Debug中点击Run,则进入调试状态。4、调试无误后，再菜单中选择ToolLinear ProfilingNew Profile,在弹出的对话框中，进行如下图的参数设置：实验结果如下：实验二：1、从菜单Project Group中选取Add New Project项，在弹出的工程保存对话框中，将工程名定义为 Newproject，并保存在E：floatunit_1dot_product_asm目录下。

5、2、选取菜单ProjectAdd to Projectfile(s)项，按住Ctrl键来同时选中dotprod_main.c，dotprod.c，dotprod_funcasm和dotprodasm.ldf文件，点击“Add”将这几个文件加到工程中,然后进行编译，本例中有一个错误，此错误处于 dotprodam.ldf 源文件中，具体位置为INPUT_SECTIONS（dotprod.doj（seg_pmco）dotprod.doj（pm_codel）dotProd.doj(pm_code2）dotProd.doj（pm_code3），将上语句改为INPUT_SECTIONS(dotprod.

6、doj(seg_pmco)dotprod.doj(pm_codel)dotProd_func.doj(pm_code2)dotprod.doj(pm_code3)，重新进行编译，无误后进行调试。3、在菜单中选择ToolLinear ProfilingNew Profile,在弹出的对话框中，进行如下图的参数设置：实验结果如下：实验结果分析：分析实验一和实验二的实验结果，发现对于完成同一种功能，相对于C语言，汇编语言运算效率更高。实验三：1、在菜单中选择FileE:floatunit_1convolution debugconvolutiondxe。并在随后的源文件对话框中选择文件convolu

7、tion.cpp。可以在C代码源文件中看到四个全局数组：Table、Input、Output和Impulse。2、编译调试无误后，可以完成绘图工作，具体操作如下：ViewDebug WindowsPlotNew则可弹出绘图对话框，再本例中进行如下的参数设置：实验结果如下：实验四：（1） 在菜单中选择FileE:floatunit_1convolution debugconvolutiondxe。并在随后的源文件对话框中选择文件convolution.cpp。（2） 打开Liner Profiling窗口，然后对程序进行编译调试，则可在Liner Profiling窗口中展现出卷积程序的执行情况

8、。实验结果如下：实验二 用SIMULATOR模拟数字信号处理一、实验目的了解如何利用SIMULATOR实现基本的信号处理方法。二、实验内容实验一：时域卷积运算 实验二：DFT运算 实验三：时域相关运算 实验四：利用相关函数计算信号的功率谱 三、实验步骤及结果实验一：1、在菜单中选择FileE:floatunit_2Convconv.asm.将输入文件改为VAR inputxLENGTH_X= "pulse1.dat" VAR inputyLENGTH_Y= "sin64.dat"2、在菜单中选择ViewDebug WindowPlotNew进行绘图，分别

9、作出inputx,inputy,output的图像。实验结果如下：实验结果分析：两个序列卷积，卷积后系列的长度为原来两序列长度的和再减一，所以在画图设置中，应该注意输出output的长度。实验二：1、启动运行VisualDSP+,在菜单中建立一个新的session,即进行一下操作:SessionNew SessionADSP-21062 SHARK Presessor.2、将位于将 E：floatunit_2DFT_MOD目录下的源文件调入到开发环境中。 3、编译程序前，在下述程序行中将输入数据文件改为square64.dat即.VAR inputN= "square64.dat&q

10、uot;。4、对程序进行编译，并在绘图窗口中观察结果。实验结果如下：实验三：1、调入程序，在菜单中执行以下操作：FileOpenProjectE:unit_2CorrCorr.asm.2、选择数据文件，将输入数据inputx改为trig64,inputy改为trig64,可得三角波的自相关函数。3、将输入数据inputx改为trig64,inputy改为sin64,可得三角波与正弦波的互相关函数。4、编译程序，并用绘图窗口绘图。实验结果如下：实验结果分析：设原函数是f(t)，则自相关函数定义为R(t)=f(t)*f(-t)，其中*表示卷积；设两个函数分别是f(t)和g(t)，则互相关函数定义为

11、R(u)=f(t)*g(-t)，它反映的是两个函数在不同的相对位置上互相匹配的程度。实验四：1、调入程序，在菜单中执行以下操作：FileOpenProjectE:unit_2psdpsd.asm.2、选择数据文件，将输入数据inputx改为square32,inputy改为square32,可得方波的自相关谱。3、将输入数据inputx改为square32,inputy改为trig32,可得方波与三角波的互相关谱。4、编译程序，并用绘图窗口观察输出结果。实验结果如下:实验结果分析：练习一：由冲击函数卷积的性质可知，单位冲击函数与正弦波函数卷积的结果是对正弦波函数进行平移，多个冲击函数与其卷积则

12、是进行平移叠加。练习二：由方波的DFT的性质可知，方波的DFT变换结果是抽样函数，其实部位偶函数，虚部为奇函数。练习三：由信号的相关可以用信号的卷积表示，只有当两个信号完全一样时，其相关结果才会出现一个比较大的峰值（相关峰（两个信号完全重合时的卷积值最大）所以三角波的自相关结果会出现一个大的相关峰（三角波的峰值和峰值重合时）和两个小的峰值（由于信号时“偶对称”的），还有一个波谷（说明此时的两个信号相关性最弱），同理三角波和正弦波的互相关结果则是，当正弦波的波峰与三角波的波峰相重合是的相关值最大，而正弦波的波谷和三角波的波峰重合时相关值最小，相关性最大。练习四：由维纳-欣钦(Wiener-Khi

13、ntchine)定理可知，功率有限信号的功率谱函数与自相关函数构成一对傅里叶变换，功率有限信号的互功率谱函数与互相关函数构成一对傅里叶变换。实验结果中的方波自相关函数的DFT变换对应其功率谱函数，方波与三角波的互相关函数的DFT变换对应其互功率谱函数。通过加窗与不加窗信号的FFT结果我们可以看出，加窗后其信号的能量发散了，使得频谱展宽，波动更加剧烈，还造成了一定的频谱混叠（三角波对比明显），主要是因为信号加窗截断所引起的频谱泄露和谱间干扰。实验三 信号数据采集与谱分析一、实验目的1、让学生了解信号的自相关知识。2、让学生理解离散傅立叶变化的原理，掌握DFT的快速算法，同时了解连续信号的采样后的

14、频谱，加深对数字信号处理理论的理解。二、实验内容1、利用ADSP21065L-EZ-KIT评估板的硬件资源，通过板上codec对输入信号进行采样，取出其中一段数据，然后计算其自相关。计算结果可以通过主机用VisualDSP+的plot功能描绘出来，也可以用示波器实时查看。 2、利用ADSP21065L的评估板的硬件资源，完成对信号的采样与FFT变换输出。输出结果可以从示波器上实时地观察到，也可以利用VisualDSP+的plot功能描绘出来。 三、实验步骤及结果自相关：1、连接硬件 关闭PC机的电源，按照硬件连接图正确连接各个硬件设备，检查EZ-KIT板上的跳线位置是否正确，按照硬件连接图检查

15、确保正确连接各个硬件设备。 2、加电和启动程序 检查无误后，分别打开PC机、信号源、评估板和示波器的电源，运行VisualDSP+，新建一个工程，工程名称自定义，正确设置工程的各个选项，将DSP_expunit_3acorr目录下的源文件（acorr.C、065L_hdr.asm、Buffers.asm和acorr.ldf）加入到工程中。3、选择或者建立正确的会话类型 按照要求选择或者建立EZ-KIT类型的会话。4、编译链接和观察结果 编译链接该工程，没有错误后运行程序。必须注意在Settings菜单中有几项必须正确设置，设置和运行EZ_KIT板方法请上节的有关内容。正确的设置Settings

16、后，才可以从示波器上看到输出结果。 在程序中恰当位置设置断点（如sample_code函数中的 data_count=0程序行），可以利用VisualDSP+的PLOT功能观察采样数据和相关结果。5、改变信号类型再观察 调节信号发生器，利用示波器监视其输出幅度为0.5-1Vpp，频率为1-2kHZ。分别产生正弦波和三角波，观察并记录示波器上的输出结果，或者利用VisualDSP+的Plot功能进行观察和记录。谱分析：1、连接硬件 断开所有电源，连接好信号源，EZ-KIT板，微机，示波器等。检查EZ-KIT板上的跳线位置是否正确，确保正确连接各个硬件设备。2、加电和启动程序 检查无误后，分别打开

17、PC机、信号源、评估板和示波器的电源，启动VisualDSP+，新建一个工程，工程名称自定义，正确设置工程的各个选项，将DSP_expunit_3Fft目录下的源文件（Fft.C、065L_hdr.asm、Buffers.asm和Fft.ldf）加入到工程中。或者打开 hardFft目录下已经存在的工程FFT.dpj。3、按照要求选择或者建立EZ-KIT类型的会话。4、编译链接运行程序 编译链接该工程，没有错误后运行程序。运行程序前，必须注意在Settings菜单中有几项必须正确设置，正确的设置Settings后，才可以从示波器上看到输出结果。 在程序中恰当位置设置断点（如main函数中的 r

18、fft256程序行，利用VisualDSP+软件的Plot功能，分别绘制data和tempdata两个变量的数值，同样可以观察采样后的信号和FFT变换之后的结果。5、改变信号再观察 调节信号发生器，利用示波器监视其输出幅度为0.5-1Vpp，频率为1-2kHZ。分别产生正弦波、方波和三角波，观察并记录示波器上的输出结果，或者利用VisualDSP+的Plot功能进行记录。6、改变窗函数再观察 修改源程序中 main() 函数中的windows变量的值，让其等于1（对应于Hamming窗和Blackman窗），重新编译运行程序，重复步骤4)，观察、记录实验结果，对实验结果作出比较，并得出结论。实

19、验结果：正弦未加窗：正弦加窗：三角波未加窗：三角波加窗：方波未加窗：方波加窗：实验结果如下：实验结果分析： 单个矩形波的FFT为Sa函数，矩形序列相当于是单个矩形脉冲与周期脉冲序列的卷积得到的，由数字信号处理的知识可以知道，时域卷积对应于频域相乘。由于周期脉冲序列的DFT仍为周期脉冲序列，只是相邻脉冲间隔变为原来的倒数分之一，所以卷积结果在频域是Sa函数与周期脉冲序列的乘积，即对Sa函数的取样。未加窗时，矩形序列的FFT是离散化的Sa函数。加窗后的时域的矩形序列相当于在原矩形序列上乘了一个窗函数，根据数字信号处理的知识，可以知道时域乘积对应于频域的卷积，所以在频域上加窗矩形序列的FFT是Sa函

20、数与窗函数FFT的卷积。实验四 数据采集与滤波处理一、实验目的通过这个实验加深对数字滤波这种信号处理的方法的理解。二、实验内容利用ADSP21065L-EZ-KIT板的硬件资源，完成对信号的采样和滤波分析。本实验中提供的基本FIR滤波器程序，改变FIR滤波器的系数设计出不同的滤波器，如带通滤波器、低通滤波器、多频段带通滤波器等。滤波效果可以直接在示波器上看到。三、实验步骤及结果1、连接硬件关闭PC机的电源，按照硬件连接图正确连接各个硬件设备，检查EZ-KIT板上的跳线位置是否正确，按照硬件连接图检查确保正确连接各个硬件设备。2、加电和启动程序检查无误后，分别打开PC机、信号源、评估板和示波器的

21、电源，运行VisualDSP+，新建一个工程，工程名称自定义，正确设置工程的各个选项，将 DSP_expunit_3Filter目录下的源文件（Filter.C、065L_hdr.asm、Buffers.asm和Filter.ldf，以及包含滤波器系数的头文件FIR.H）加入到工程中。或者打开 hardFilter目录下已经存在的工程Filter.dpj。 3、选择或者建立正确的会话类型 按照要求选择或者建立EZ-KIT类型的会话，详细要求请参阅上节的有关内容。 4、设置程序参数 分析、理解源程序，在源程序中找到修改FIR滤波器类型选择的静态变量static int filter。先让其值为0

22、（默认为不滤波），然后编译链接并运行程序。 5、编译链接和观察结果 编译链接该工程，没有错误后运行程序。必须注意在Settings菜单中有几项必须正确设置，设置和运行EZ_KIT板方法请上节的有关内容。正确的设置Settings后，才可以从示波器上看到输出结果。 6、改变信号类型观察 调节信号发生器，利用示波器监视其输出幅度为0.5-1Vpp，分别产生正弦波、方波和三角波，使其频率从直流到采样频率连续地变化，观察示波器上输出信号幅度和波形的变化。 7、改变滤波器通带范围观察 给静态变量filter赋不同的值（14之间的整数），然后编译链接并运行程序。重复步骤4，5，6记录典型点的信号幅度数据，

23、描绘滤波器幅频特性。实验结果如下：滤波器：低通：高通：带通：实验结果分析:当输入为正弦波时，对于低通滤波器，当正弦波频率超过低通滤波器的截止频率时，输出波形近似为0，当正弦波频率远小于低通滤波器的截止频率时，输出波形不失真；当正弦波频率远接近于低通滤波器的截止频率时，输出波形有失真。同样，对于带通滤波器，当正弦波频率在带通滤波器的最低和最高截止频率之外时，输出发生失真，近似为0；当正弦波频率在带通滤波器的最低和最高截止频率之间时，输出为正弦波，无失真。当输入为方波时，对于低通滤波器和带通滤波器，当方波频率在滤波器的通带范围之内时，输出无失真为方波；同输入为正弦波不同的是，当输入方波的频率再在截

24、止频率之外时，输出信号不会为0.因为方波不是单一频率的信号，它是由许多不同频率的信号组成的，所以，对于方波，滤波器的阻带只是衰减了方波中某些特定的频率成分，但其它的频率成分仍然可以通过。 DSP技术的发展与应用摘要数字信号处理（DSP）是一门设计许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。本文概述了DSP技术的发展过程，分析了DSP处理器的特点。并且，本文介绍了DSP的最新发展并提出了对数字信号处理技术发展前景的展望。关键词：信号；数字信号处理;信息技术Chen BuHua（electronic engineering school, Xidian University, ）AbstractDi

25、gital signal processing (DSP) is the one which is widely used in many disciplines involved in many areas of emerging disciplines. This paper outlines the development of the digital signal processing technology process, analyzes the characteristic of DSP processor. In addition, the paper introduces t

26、he latest development of DSP and puts forward the outlook of the future DSP development.Key words：Signal；DSP；Information technology0 引言 自从DSP技术问世以来，由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着技术成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用。1 DSP概述1.1 DSP的定义DSP一方面是Digital Signal Proc

27、essing的缩写，意思是数字信号处理，就是指数字信号理论研究。DSP另一方面是Digital Signal Processor，意思是数字信号处理器，就是用来完成数字信号处理的器件。1.2 DSP的发展概况最初的DSP器件只是被设计成用以完成复杂数字信号处理的算法。DSP器件紧随着数字信号理论的发展而不断发展。在20世纪60年代，数字信号处理技术才刚刚起步。60年代中期以后，快速傅里叶算法的出现及大规模集成电路的发展大大促进了DSP技术与器件的飞速发展。DSP器件的发展大致可分为三个阶段：（1）1980年前后的雏形阶段。（2）1990年前后的成熟阶段。（3）2000年之后的完善阶段2 DSP

28、器件的特点2.1 高速、高精度运算能力（1）、硬件乘法累加操作，在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。（2）、哈弗结构和流水线结构。哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。由于程序和存储器在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠。流水线与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行的时间，从而增强了处理器的处理能力。使取指、译码和执行等操作可以重叠执行，处理器可以并行处理二到四条指令，每条指令处于流水线

29、的不同阶段。（3）、硬件循环控制。大多数的DSP都有专门的硬件，用于零开销循环。所谓零开销循环是指处理器在执行循环时，不用花时间去检查循环计数器的值、条件转移到循环的顶部、将循环计数器减1。（4）、特殊的寻址模式。DSP处理器往往都支持专门的寻址模式，它们对通常的信号处理操作和算法是很有用的。例如，模块（循环）寻址（对实现数字滤波器延时线很有用）、位倒序寻址（对FFT很有用）。（5）、具有丰富的外设。DSP具有DMA（有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行工作，在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s以上）、串口、定时器等外设。2.2 强大的数据通信能

30、力一次完成的数据通信量极大。2.3 灵活的可编程性DSP骗内设置RAM和ROM，可以方便地拓展程序、数据及I/O空间，同时允许ROM和RAM直接数据传送。可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级2.4 低功耗设计DSP可以工作在省电状态，节省了能源。3 DSP技术在各领域的应用3.1 DSP技术在电力系统模拟量采集和测量中的应用 计算机进入电力系统调度后，引入了EMS/DMS/SCADA的概念，而电力系统数据采集和测量是SCADA的基础部分。传统的模拟量的采集和获得，通过变送器将一次PT和CT的电气量变为直流量，在进行A/D转换送给计算机。应用了交流采用技术以后，

31、经过二次PT、CT的变换后，直接对每周波的多点采样值采用DSP处理算法进行计算，得到电压和电流的有效值和相角，免去了变送器环节。这不仅使得分布布置的分布式RTU很快地发展起来，而且还为变电站自动化提供了功能综合优化的手段。3.2 DSP在变电站自动化的应用 变电站自动化元件较多，模拟量、开关量比较多而且比较分散，要求的实时性也较高，DSP能快速采集、精确处理各种信息，尤其在并行处理上可实现多机多任务操作，实用十分灵活、方便，片内诸多的接口为通讯及人机接口提供了容易的扩展，由于接口的多样化，使励磁、调速器及继电保护的挂网监控更容易。由于DSP集成度高，硬件设计方便，使设计起来更容易，而且增加了产

32、品的可靠性，DSP在冗余设计上更容易，为水电站实现无人值班，少人值守的发展方向，提供了可靠的新技术。3.3 DSP在多媒体通信中的应用 多媒体包括文字、语言、图像、图形和数据等媒体。多媒体信息中绝大部分是视频数据和音频数据，儿数字化的音、视频数据的数据量是非常庞大的，只有采用先进的压缩编码算法对其进行压缩，节省储存空间，提高通信线路的传输效率，才能使高速的多媒体通信系统成为可能。多媒体通信要求多媒体网络终端应能快速处理信息，并具有较强的交互性。因此，DSP在语音编码、图像压缩与还原的语音通信中得到了成功的应用。如今的DSP基本能实时实现大部分已形成国际标准的语音编解码算法与协议。移动通信中的语

33、音压缩和调制解调器也大量采用DSP。现代DSP完全有能力实现中、低速的移频键控、相移键控的调制与解调以及正交调幅调制与解调等。3.4 DSP在软件无线电的应用 软件无线电是一种新的无线通信技术，是基于同一硬件平台上、安装不同的软件来灵活实现多通信功能多频段的无线电台，他可进一步扩展至有线领域。随着DSP技术的发展和应用的成熟，特别是低功耗DSP芯片的出现，使软件无线电的应用研究成为热点。软件无线电具有系统结构通用、功能实现软件化和互操作性好等一系列优点。其体系结构有电源、天线、多带射频转换器和A/D/A变换器与DSP组成。信号的数字化是实现软件无线电的先决条件。关键步骤是以可编程能力强的DSP

34、来代替专用的数字电路，使系统硬件结构与功能相对独立。这样就可基于一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能，并可对工作频率、系统频宽、调制方式和新品编码等进行编程控制，系统的灵活性大大加强了。3.5 DSP在机器人控制中的应用 目前，由于人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步，使得机器人的研究在高水平上进行，同时也对机器人控制系统的性能提出了更高的要求。随着机器人控制系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，采用高速、高性能的DSP将成为主要的控制方式。将DSP应用于机器人的控制系统，充分利用DSP实时运算速度快的特点，这是当前发展的趋势。尤其是随着数字信号芯片速度的不断提高，并易于构成并行处理网络，可大大提高控系统的性能。4 DSP技术发展前景DSP的功能越来越强，应用越来越广，达到甚至超过了微控制器的功能，比微控制器做得更好而且价格更便宜，许多家电用第二代DSP来控制大功率电机就是一个很好的例子。汽车、个人通信装置、家用电器以及数以百万计的工厂使用DSP系统。数码相机