DSP任意信号发生器的设计2012(优)

1、DSP综合性实验任意信号发生器实验DSP课程设计实 验 报 告任意信号发生器院（系）：理学院指导教师：杨恒小组成员： 目 录一、实验目的：3二、实验内容：3三、实验原理:31.产生连续的波形的方法31.1 查表法：31.2计算法：32. TLV320AIC23B的内部结构及工作原理4四、程序设计 ：51.正弦波52.方波93. 三角波114.锯齿波145.可调正弦波18五、CCS3.3程序调试：211、编译过程212、.cmd程序（5502.cmd）全文及其解释：223、程序运行结果（图形和数据显示）：24六、硬件输出演示：27七、扩展部分：34八、实验感想与体会41九、参考文献42一、实验目

2、的：1.学习并掌握D/A转换器的初始化设置及其应用2.学习并掌握使用DSP产生正弦波的原理和算法，进而掌握任意信号波形(如三角波、锯齿波、矩形波等信号)产生的原理和算法。3.比较产生信号的两种主要方法(查表法和计算法)的优缺点。4. 熟练使用软件CCS3.3对程序的完整调试过程。二、实验内容： 信号发生器已广泛应用于科学实验、通讯和控制等应用领域中。使用 DSP 和 D/A 转换器可以产生连续的正弦波信号，同样也能产生方波、锯齿波、三角波等其它各种信号波形。本设计要求采用DSP及其D/A转换器产生上述各种信号波形。 本实验要求用软件CCS3.3编程实现，并硬件（DSK板或示波器）连接进行功能演

3、示。三、实验原理:1.产生连续的波形的方法1.1 查表法：把事先将需要输出的数据计算好，存储在DSP中，然后依次输出就可以了。查表法的优点是速度快，可以产生频率较高的波形，而且不占用DSP的计算时间；查表法的缺点是在于需要占用DSP的内部的存储空间，尤其对采样频率比较大的输出波形，这样，需要占用的内部的空间将更大，而DSP内部的存储空间毕竟有所限制。这使得查表法的应用场合十分有限。 1.2计算法：采用计算的方法依次计算数据而后输出，然后再计算而后输出。计算法的优缺点正好和查表法相反。即：其优点是不占用DSP的存储空间，其缺点是占用DSP的计算时间，使得执行程序的开销变大。本实验将用第二种方法即

4、计算法产生一个正弦波信号，从DA输出。由余弦信号的递推公式： 得知：如果需要产生连续的余弦信号，必须知道首先两个余弦值的大小，然后就可以利用上式计算出后面的数据，这就是下面编程依据的核心算法。 正弦函数和余弦函数的泰勒级数数学表达式为：,.如果要计算一个角度的正弦和余弦值，可以取其前五项进行近似计算。也可以用递推公式求正弦和余弦值：利用递推公式计算正弦和余弦值需已知cos(x)、sin(n-1)x、sin(n-2)x和cos(n-2)x的值。用这种方法，求少数点可以，如产生连续正弦、余弦波，则累积误差太大，不可取。最终产生信号的频率为f0=fs/N，其中N为抽样点数。2. TLV320AIC2

5、3B的内部结构及工作原理TLV320AIC23B是TI公司生产的高性能语音CODEC芯片，16、20、24、32位串行A/D、D/A转换电路。采样速率：可通过DSP编程来设置，范围8KHz96KHz。 内含抗混叠滤波器和重构滤波器。/AIC23波特率设置，CLKIN=CLKOUT=MCLK，采样率32KHz，时钟模式为普通模式， Uint16 Sample_Rate_Control2 = Codec_SRC_REV, SRC_CLKIN(0)+SRC_CLKOUT(0)+SRC_SR(6) +SRC_BOSR(0)+SRC_USB(0) ; 在AIC23中设置如下：/ AIC23的波特率设置,

6、采样率为32k,CLKIN=CLKOUT=MCLK/ 时钟模式设为普通模式,基过采样率为250Fs/96k 7/48k 0/32k 6/8k 3Uint16 Sample_Rate_Control2 = Codec_SRC_REV, SRC_CLKIN(0)+SRC_CLKOUT(0)+SRC_SR(6)+SRC_BOSR(0)+SRC_USB(0);本报告中所有程序的采样频率波特率均为32000Hz四、程序设计 ：1.正弦波为了将想法转化成程序实现，我们考虑程序的框架如下：开始系统初始化DSP进行泰勒级数展开保存DA转换循环输出读数组x图一 正弦波程序流程图程序代码：#include #in

7、clude #include #include #include #include #include #include #include #include /#include E2PROM_Function.h#include CODEC.h#define pi 3.14159265 #define N 360#define F0 1000 /定义所求输出频率#define amp 1 /调节信号幅度#define L 0 /调节直流分量#pragma DATA_SECTION(output1,data_out1); /存放sin数据,浮点型double output1N; #pragma D

8、ATA_SECTION(output,data_out); /存放sin数据，定点型int outputN;#undef CODEC_ADDR#define CODEC_ADDR 0x1A / 定义McBSP的句柄MCBSP_Handle hMcbsp; /*-*/ FUNCTION: MAIN/*-*/ void main(void) float Nx=32000/F0*2; /Fs为32000Hz，Nx为抽样点数 unsigned int i; float input0=0,x1; float a,b,c,d,e,f,g,h,ii,step;/step为角度步长 step=360.0/Nx

9、; / Nx为360度内取样点数 /*新增函数段*/for(i=0;i=Nx-1;i+) float angle,xx; angle=input0+step*i; x1=pi*angle/180; /角度转换为弧度 xx=x1*x1; a=1-xx/16/17;b=1-xx/14/15*a;c=1-xx/12/13*b;d=1-xx/10/11*c;e=1-xx/8/9*d;f=1-xx/6/7*e;g=1-xx/4/5*f;h=1-xx/2/3*g;ii=x1*h; output1i=amp*32767*ii; /利用泰勒级数计算出正弦波前8项的数值，存放到output1中 outputi=

10、output1i/128+L;/除以128为使输出不溢出/ Initialize CSL library - This is REQUIRED ! 初始化CSL库 CSL_init(); / The main frequency of system is 240MHz/ 该频率是为了设置IIC模块的需要设置的,为了使用I2C_setup函数 PLL_setFreq(1, 0xC, 0, 1, 3, 3, 0); /EMIF初始化 Emif_Config(); / Open McBSP port 1 and get a McBSP type handlehMcbsp = MCBSP_open(M

11、CBSP_PORT1,MCBSP_OPEN_RESET);/ Config McBSPport 1 by use previously defined structureMcbsp_Config(hMcbsp);/I2C初始化I2C_cofig(); /CODEC寄存器初始化inti_AIC(); /*-*/ / Receive the ADC output data of CODEC / Then output the received data to DAC of CODEC /*-*/while(1) /循环产生波形for(i=0;iNx-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(h

12、Mcbsp) ; MCBSP_write16(hMcbsp, outputi); for(i=0;iNx-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ;MCBSP_write16(hMcbsp, outputi);for(i=0;iNx-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ;MCBSP_write16(hMcbsp, outputi); /*/No more/*/总之，该程序的算法依据的是正弦函数泰勒展开公式，根据公式得到每个点的值；2.方波#include #include #include #include #include #include #

13、include #include #include #include /#include E2PROM_Function.h#include CODEC.h #define N 1024#define T 16 /设置调节频率#pragma DATA_SECTION(fang,data_buf1)double fangN;#pragma DATA_SECTION(dacdata,data_buf2)int dacdataN,outbufferN;double t=0, dt;float amp=40; /设置调节幅度float L=5; /设置直流分量#undef CODEC_ADDR#def

14、ine CODEC_ADDR 0x1A / 定义McBSP的句柄MCBSP_Handle hMcbsp; /*-*/ FUNCTION: MAIN/*-*/ void main(void) unsigned int i=0,j=0,k=0; /*新增函数段*/for(j=0;jT;j+)for(i=N/T*2*j;iN/T*(2*j+1);i+)fangi=0;for(i=N/T*(2*j+1);iN/T*(2*j+2);i+)fangi=1;for(i=0;i=N;i+) dacdatai=amp*fangi; outbufferi=dacdatai+L;/ Initialize CSL l

15、ibrary - This is REQUIRED ! CSL_init(); / The main frequency of system is 240MHz/ 该频率是为了设置IIC模块的需要设置的,为了使用I2C_setup函数 PLL_setFreq(1, 0xC, 0, 1, 3, 3, 0); /EMIF初始化 Emif_Config(); / Open McBSP port 1 and get a McBSP type handlehMcbsp = MCBSP_open(MCBSP_PORT1,MCBSP_OPEN_RESET);/ Config McBSPport 1 by u

16、se previously defined structureMcbsp_Config(hMcbsp);/I2C初始化I2C_cofig(); /CODEC寄存器初始化inti_AIC(); /*-*/ / Receive the ADC output data of CODEC / Then output the received data to DAC of CODEC /*-*/while(1)for(i=0;iN-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ; j=j+1;MCBSP_write16(hMcbsp, outbufferi);k=k+1; for(i=0

17、;iN-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ;MCBSP_write16(hMcbsp, outbufferi);for(i=0;iN-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ;MCBSP_write16(hMcbsp, outbufferi); /*/No more/*/3. 三角波#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include /#include E2PROM_Function.h#include CODEC.h

18、 #define N 256#define pi 3.1415927#define F0 1000 /Signal frequency#define Fs 16000 /Sampling frequency#define T 8 /设置调节频率#pragma DATA_SECTION(tri,data_buf1)double triN;#pragma DATA_SECTION(dacdata,data_buf2)int dacdataN,outbufferN;double t=0, dt;int amp=1; /设置调节幅度unsigned int L=0;#undef CODEC_ADDR#

19、define CODEC_ADDR 0x1A / 定义McBSP的句柄MCBSP_Handle hMcbsp; /*-*/ FUNCTION: MAIN/*-*/ void main(void) unsigned int i=0,j=0,k=0; /*新增函数段*/ dt=2*pi*F0/Fs;for(j=0;jT;j+)for(t=0,i=N/T*2*j;i=N/T*(2*j+1);i+,t+=dt)triN/T*2-i+N=trii=t;for(i=0;i=N;i+) dacdatai=trii*T; outbufferi=amp*dacdatai+L;/ Initialize CSL l

20、ibrary - This is REQUIRED ! CSL_init(); / The main frequency of system is 240MHz/ 该频率是为了设置IIC模块的需要设置的,为了使用I2C_setup函数 PLL_setFreq(1, 0xC, 0, 1, 3, 3, 0); /EMIF初始化 Emif_Config(); / Open McBSP port 1 and get a McBSP type handlehMcbsp = MCBSP_open(MCBSP_PORT1,MCBSP_OPEN_RESET);/ Config McBSPport 1 by u

21、se previously defined structureMcbsp_Config(hMcbsp);/I2C初始化I2C_cofig(); /CODEC寄存器初始化inti_AIC(); /*-*/ / Receive the ADC output data of CODEC / Then output the received data to DAC of CODEC /*-*/while(1)for(i=0;iN-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ; j=j+1;MCBSP_write16(hMcbsp, outbufferi);k=k+1; for(i=0

22、;iN-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ;MCBSP_write16(hMcbsp, outbufferi);for(i=0;iN-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ;MCBSP_write16(hMcbsp, outbufferi); /*/No more/*/4.锯齿波#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include /#include E2PROM_Function.h#include CODEC.h

23、#define N 1024 #define pi 3.1415927#define F0 1000 /Signal frequency#define Fs 16000 /Sampling frequency#define T 4#pragma DATA_SECTION(saw,data_buf1)double sawN;#pragma DATA_SECTION(dacdata,data_buf2)int dacdataN,outbufferN;double t=0, dt;float amp=1;float L=0;#undef CODEC_ADDR#define CODEC_ADDR 0x

24、1A / 定义McBSP的句柄MCBSP_Handle hMcbsp; /*-*/ FUNCTION: MAIN/*-*/ void main(void) unsigned int i=0,j=0,k=0; /*新增函数段*/ dt=2*pi*F0/Fs;for(j=1;j=T;j+)for(t=0,i=N/T*(j-1);i=N/T*j;i+,t-=dt) /若步进反号，则锯齿波方向改变 sawi=t; sawi+N/T=0;for(i=0;iN;i+) dacdatai=sawi*T; outbufferi=amp*dacdatai+L;/ Initialize CSL library -

25、 This is REQUIRED ! CSL_init(); / The main frequency of system is 240MHz/ 该频率是为了设置IIC模块的需要设置的,为了使用I2C_setup函数 PLL_setFreq(1, 0xC, 0, 1, 3, 3, 0); /EMIF初始化 Emif_Config(); / Open McBSP port 1 and get a McBSP type handlehMcbsp = MCBSP_open(MCBSP_PORT1,MCBSP_OPEN_RESET);/ Config McBSPport 1 by use previ

26、ously defined structureMcbsp_Config(hMcbsp);/I2C初始化I2C_cofig(); /CODEC寄存器初始化inti_AIC(); /*-*/ / Receive the ADC output data of CODEC / Then output the received data to DAC of CODEC /*-*/while(1) for(i=0;iN-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ; j=j+1;MCBSP_write16(hMcbsp, outbufferi);k=k+1; for(i=0;iN-1;i

27、+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ;MCBSP_write16(hMcbsp, outbufferi);for(i=0;iN-1;i+)while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp) ;MCBSP_write16(hMcbsp, outbufferi); /*/No more/*/5.可调正弦波添加Gel文件，使输入频率和幅度可调，便于观察#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include /#include E2PROM_Function.

28、h#include CODEC.h#define pi 3.14159265 #define N 360#define L 0 /调节直流分量volatile int Amp; /调节幅度volatile int Fre; /调节频率#pragma DATA_SECTION(output1,data_out1); /存放sin数据,浮点型double output1N; #pragma DATA_SECTION(output,data_out); /存放sin数据，定点型int outputN;#undef CODEC_ADDR#define CODEC_ADDR 0x1A / 定义McBSP

29、的句柄MCBSP_Handle hMcbsp; /*-*/ FUNCTION: MAIN/*-*/ void main(void) Uint16 i,k=0; int amp=(int)Amp/pi; int Nx=(int)32000/Fre; /Fs为32000Hz，Nx为抽样点数 float input0=0,x1; float a,b,c,d,e,f,g,h,ii,step;/step为角度步长 step=360.0/Nx; / Nx为360度内取样点数 /*新增函数段*/for(i=0;i=Nx) k=k%Nx; /*/No more/*/Gel文件：Amp.gel:menuitem

30、 Signal Gainslider gain(1,1000,1,1,gainparameter) /增益范围从1-1000Amp=gainparameter;Fre.gel:menuitem Signal Frequencyslider fre(300,4000,1,1,freparameter) /频率范围从300-4000Fre=freparameter;五、CCS3.3程序调试：1、编译过程按照上面第四点编写好程序后，进行编译，结果如下（图二）：图二 程序调试过程 在编译程序之前，还要做一些准备工作，即这项工程的文件添加等。如library的库文件就需要自己从TI（或CCS5000）文

31、件夹中寻找添加：1、 csl5502x.lib是软件仿真所用的仿真器所必需的库文件；2、 rts55x.lib，这个库提供目标DSP运行时间支持(runtime-support)。 在编译之前，还应设置一下编译环境，虽然本程序没有对其修改。在Project菜单中选择Build Options选项有如图三所示的对话框：图三 编译环境设置2、.cmd程序（5502.cmd）全文及其解释：2.1 .cmd文件类型及作用：.cmd是链接器命令文件，用于存储器配置。2.2 .cmd文件结构：.cmd由两条链接伪指令来描述：MEMORY 和SECTIONS，其中：MEMORY定义用户目标系统存储器的配置；

32、SECTIONS控制段的构建和存储器的分配。 首先存储器空间是需要配置的，因为DSP不同的空间占用相同的地址，因此需要人工分配。 2.3 5502.cmd全文及其解释如下：MEMORY MMR : origin = 0000000h, length = 00000c0h SPRAM : origin = 00000c0h, length = 0000040 VECS : origin = 0000100h, length = 0000100h DARAM0 : origin = 0000200h, length = 0007E00h DARAM1 : origin = 0008000h, le

33、ngth = 0008000h CE0 : origin = 0010000h, length = 03f0000h /* 对应ZBTRAM空间 */ FLASH : origin = 0400000h, length = 0100000h/* Flash 空间 */* FLASH : origin = 0410000h, length = 00f0000h*/ EXTEND: origin = 0500000h, length = 0300000h/* 状态控制寄存器、UARTA、UARTB、USB、和扩展总线所对应的空间 */ SDRAM : origin = 0800000h, leng

34、th = 03FFFFCh/* SDRAM 空间*/ CE3 : origin = 0c00000h, length = 03f8000h/* SDRAM 空间*/ PDROM : origin = 0ff8000h, length = 07f00h RESET_VECS : origin = 0ffff00h, length = 000ffh /* reset vector */ SECTIONS .vectors : VECS /* interrupt vector table */ .cinit : DARAM1 /*把.cinit输出段分配到DARAM1中的*/ .text : DARAM1 .Audio_in_data1: SDRAM .Audio_in_data2: SDRAM .Audio_in_data3: SDRAM .Audio_out_data1: SDRAM .Audio_out_data2: SDRAM .Audio_out_data3: SDRAM data_out : SDRAMdata_out1 : SDRAM /*以上对应主程序部分*/ .stack : DARAM0 .sysstack: DARAM0 .sysmem : DARAM0 .cio : DARAM1 .data : DARAM1 .bss : DARAM1 .const :