《DSP实验与系统设计》课程教学大纲

《DSP实验与系统设计》课程教学大纲课程编号：0606041课程总学时/学分：3周/3学分课程类别：集中进行的实践环节一、教学目的和任务本实践教学环节是四年制本科电子类各专业的重要的必修实践教学内容。通过本实践教学环节，使学生掌握典型DSP芯片的结构、原理和典型应用，既巩固《信号与系统》、《数字信号处理》中的基础理论知识，又为学生日后从事实时DSP系统开发设计奠定基础。二、教学基本要求通过本实践教学环节的进行是学生了解CPU单元的结构原理和设置；模数/数模转换、存储器、信号产生、数字接口、逻辑控制等模块的原理和配置。了解DSP开发系统的组成；熟悉DSP开发系统的连接；学会使用CCS开发环境。掌握TMS320C54x常用指令的用法。掌握TMS320C54x的存储空间分配和相关操作指令的使用方法。通过拨码开关输入了解I/O口的扩展，掌握常用操作指令的使用方法。掌握TMS320C5402定时器的控制方法。掌握中断对程序流程的控制，理解DSP对中断的响应过程。掌握A/D转换的基本原理和DSP对A/D芯片的操作方法。掌握卷积算法的原理，熟悉CCS仿真环境。掌握D/A转换的基本原理和DSP对D/A芯片的操作方法。掌握FFT算法的原理，熟悉CCS仿真环境。掌握利用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法，熟悉CCS仿真环境。在此基础上进行实际应用系统设计，掌握利用DSP进行实际电子产品开发的初步能力。三、实践教学环节及内容首先介绍实验系统的结构原理和功能：（1）介绍CPU单元的结构原理和设置；模数/数模转换、存储器、信号产生、数字接口、逻辑控制等模块的原理和配置。（2）实习报告的基本要求（3）实验课的要求、实验规则及实验安全事项项目编号：01实验名称：CodeComposerStudio入门1、实验目的（1）掌握CodeComposerStudio2.21的安装和配置步骤过程。（2）了解DSP开发系统和计算机与目标系统的连接方法。（3）了解CodeComposerStudio2.21软件的操作环境和基本功能，了解TMS320C5xxx软件开发过程。2、实验内容⑴安装CodeComposerStudio2.21软件。⑵创建工程和管理工程的方法。(3)基本的编译和调试功能。(4)使用观察窗口。(5)图形功能的使用。3、实验要求⑴掌握CodeComposerStudio2.21的安装。⑵学会创建工程和管理工程的方法⑶完成实验内容和思考题。4、思考题如何实现双路图形显示。5、实验仪器：（1）PC兼容机一台；操作系统为Windows2000(或WindowsNT、Windows98、WindowsXP，以下假定操作系统为Windows2000)。Windows操作系统的内核如果是NT的应安装相应的补丁程序（如：Windows2000为ServicePack3，WindowsXP为ServicePack1）。2．ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱一台。如无实验箱则配备ICETEK-ICETEK-USB仿真器或ICETEK-ICETEK-PP仿真器和ICETEK-VC5416-AE或ICETEK-VC5416-C评估板，+5V电源一只。（2）USB连接电缆一条(如使用PP型仿真器换用并口电缆一条)。项目编号：02实验名称：常用指令实验（编写一个以C语言为基础的DSP程序）1、实验目的（1）学习用标准C语言；了解常用的C语言程序设计方法和组成部分。（2）学习编制连接命令文件，并用来控制代码的连接。（3）学会建立和改变map文件，以及利用它观察DSP内存使用情况的方法。（4）熟悉使用软件仿真方式调试程序。2、实验内容（1）实验准备设置软件仿真模式（2）建立新的工程文件（3）编辑输入源程序（4）编译源文件、下载可执行程序（5）打开观察窗口，开启CPU寄存器观察窗口：单击菜单View->Registers->CPURegisters。（6）观察程序运行结果（7）内存映像文件（8）对照观察map文件和cmd文件的内容3、实验要求掌握TMS320C54x常用指令的用法。4、实验仪器PC兼容机一台，操作系统为Windows2000(或Windows98，WindowsXP，以下默认为Windows2000)，安装CodeComposerStudio2.21软件。项目编号：03实验名称：数据存储实验1、实验目的(1)了解TMS320VC5416A的内部存储器空间的分配及指令寻址方式。(2)了解ICETEK-VC5416-AE板扩展存储器空间寻址方法，及其应用。(3)学习用CodeComposerStudio修改、填充DSP内存单元的方法。(4)学习操作TMS320VC54xx内存空间的指令。2、实验内容（1）实验准备，连接实验设备（2）设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行（3）启动CodeComposerStudio2.21（4）打开工程文件工程文件为：C:\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0201-Memory\Memory.pjt（5）编译、下载程序。（6）程序区的观察和修改（7）运行程序观察结果3、实验要求掌握TMS320C54x的存储空间分配和相关操作指令的使用方法。4、实验仪器计算机，ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK-VC5416-AE评估板+相关连线及电源）。项目编号：04实验名称：I/O实验-拨码开关输入1、实验目的(1)了解ICETEK-VC5416-AE板在TMS320VC5416DSP外部扩展存储空间上的扩展。(2)了解ICETEK-VC5416-AE板上拨码开关扩展原理。(3)熟悉在C语言中使用扩展的控制寄存器的方法。2、实验内容（1）实验准备，连接实验设备（2）设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行（3）启动CodeComposerStudio2.21（4）打开工程文件工程文件为：C:\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0302-DIP\DIP.pjt（5）编译、下载程序。（6）程序区的观察和修改（7）运行程序观察结果,拨动拨码开关U20的各位，观察指示灯D3-D8的显示。3、实验要求通过拨码开关输入了解I/O口的扩展，掌握常用操作指令的使用方法。4、实验仪器计算机，ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK-VC5416-AE评估板+相关连线及电源）。项目编号：05实验名称：定时器实验1、实验目的(1)通过实验熟悉VC5416A的定时器；(2)掌握VC5416A定时器的控制方法；(3)掌握VC5416A的中断结构和对中断的处理流程；(4)学会C语言中断程序设计，以及运用中断程序控制程序流程。2、实验内容（1）实验准备，连接实验设备（2）设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行（3）启动CodeComposerStudio2.21（4）打开工程文件工程文件为：C:\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0303-Timer\Timer.pjt（5）编译、下载程序。（6）运行程序观察结果.单击“Debug”菜单，“Run”项，运行程序。.观察目标板上指示灯D3－D9闪烁情况。.单击“Debug”菜单，“Halt”项，停止程序运行。（7）修改程序重新运行适当改变程序中“PRD=0xf423;”语句中的延时参数，重复步骤5，6，使指示灯约1秒烁两次、三次、四次。3、实验要求掌握TMS320C5402定时器的控制方法。4、实验仪器计算机，ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK-VC5416-AE评估板+相关连线及电源）。项目编号：06实验名称：外中断实验1、实验目的(1)学习用C语言编制中断程序。(2)进一步理解VC5416DSP对中断的处理过程。(3)学习使用CCS跟踪显示程序的状态。2、实验内容（1）实验准备，连接实验设备（2）设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行（3）启动CodeComposerStudio2.21（4）打开工程文件工程文件为：C:\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0304-XINT目录中的“XINT.pjt”（5）编译、下载程序。（6）程序区的观察和修改。在函数xint2的最后一个大括号上设置软件断点。鼠标左键双击语句左侧的灰色条即可。将变量nCount加入观察框。右键单击程序中该变量并选择“AddtoWatchWindow”。同样将nCountKey加入观察框。（7）．运行并观察程序运行结果选择“Animate”方式运行程序。程序在执行到断点时更新观察窗口中的值但不停留。按一下小键盘上任意一个键，注意观察窗口中的显示。（8）．再次运行并观察程序跟踪方式停止当前程序的运行。选择“Run”方式运行程序，同样按下小键盘按键，观察跟踪方式的不同。3、实验要求掌握中断对程序流程的控制，理解DSP对中断的响应过程。4、实验仪器计算机，ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK-VC5416-AE评估板+相关连线及电源）。项目编号：07实验名称：A/D转换实验1、实验目的(1)掌握A/D转换的基本过程；(2)熟悉TLV0832转换模块的技术指标和常用方法。2、实验内容（1）实验准备，连接实验设备（2）设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行（3）启动CodeComposerStudio2.21（4）打开工程文件工程文件为：C:\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0305-ADC。（5）编译、下载程序。（6）程序区的观察和修改（7）运行程序，观察结果。（8）按“F5”键运行到断点，观察AD（9）按“F12”键连续运行，并调整信号源可调部分，观察实时AD采样波形随之变化。选择菜单Fileworkspace→saveworkspacsAs…，输入文件名SY.wks3、实验要求掌握A/D转换的基本原理和DSP对A/D芯片的操作方法。4、实验仪器计算机，ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK-VC5416-AE评估板+相关连线及电源）。项目编号：08实验名称：D/A转换实验1、实验目的(1)了解数模转换的基本操作；(2)了解ICETEK-VC5416-AE板扩展数模转换方式；(3)掌握数模转换程序设计方法。2、实验内容（1）实验准备，连接实验设备（2）设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行（3）启动CodeComposerStudio2.21（4）打开工程文件工程文件为：C:\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0306-DAC（5）编译、下载程序。（6）程序区的观察和修改（7）运行程序观察结果3、实验要求掌握D/A转换的基本原理和DSP对D/A芯片的操作方法。4、实验仪器计算机，ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK-VC5416-AE评估板+相关连线及电源）。项目编号：09实验名称：卷积算法实验1、实验目的(1)掌握卷积算法的原理和计算方法。(2)熟悉卷积算法特性。(3)学习卷积算法的程序实现。2、实验内容（1）实验准备，连接实验设备（2）设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行（3）启动CodeComposerStudio2.21（4）打开工程文件工程文件为：C:\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0504-Convolve\Convolve.pjt（5）编译、下载程序。（6）设置输入数据文件：请在Convolve.c程序中有注释“breakpoint”的两行上设置probepoint和breakpoint：设置方法是把光标指示到这一行上，按鼠标右键，从显示的菜单上分别选择probepoint和breakpoint。（7）设置波形输入文件，请按照如下设置：-选择菜单File->FileI/O…，打开“FileI/O”窗口；单击“AddFile”按钮，在“FileInput”窗口中选择工程目录下的sine11.dat文件，单击“打开”按钮；在“Address”项中输入inp1_buffer，在“Length”项中输入64，在“WAepAeound”项前加上选择标记，单击“AddProbePoint”按钮；（8）运行程序，观察结果：-按F5键运行程序3次，观察刚才打开的三个图形窗口，其中显示的是输入和输出的时域波形。（9）输入波形文件改成其他波形，如：sin22.dat等，观察运行结果。在修改输入波形文件时须首先将原文件删除；在重新运行程序时，先选择菜单“Debug”的“ResetCPU”、“RestAet”、“GoMain”，再选择“Debug”中“Run”或按一下F5即可。3、实验要求掌握卷积算法的原理，熟悉CCS仿真环境。4、实验仪器计算机，ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK-VC5416-AE评估板+相关连线及电源）。项目编号：10实验名称：快速傅立叶变换（FFT）算法1、实验目的（1)掌握用窗函数法设计FFT快速傅里叶的原理和方法；（2）熟悉FFT快速傅里叶特性；（3）了解各种窗函数对快速傅里叶特性的影响。2、实验内容（1）实验准备，连接实验设备（2）设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行（3）启动CodeComposerStudio2.21（4）打开工程文件工程文件为：C:\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0503-FFT\FFT.pjt。（5）编译、下载程序。（6）清除显示：在以上打开的窗口中单击鼠标右键，选择弹出式菜单中“CleAeDisplay”功能。（7）设置断点：在程序FFT.c中有注释“breakpoint”的语句上设置软件断点。3、实验要求掌握FFT算法的原理，熟悉CCS仿真环境。4、实验仪器计算机，ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK-VC5416-AE评估板+相关连线及电源）。项目编号：11实验名称：有限冲击响应滤波器（FIR）算法1、实验目的(1)掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。(2)熟悉线性相位FIR数字滤波器特性。(3)了解各种窗函数对滤波器特性的影响。2、实验内容（1）实验准备，连接实验设备（2）设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行（3）启动CodeComposerStudio2.21（4）打开工程文件工程文件为：C:\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0501-FIR\Fir.pjt。（5）编译、下载程序。（6）运行程序观察结果选择“Debug”菜单的“Animate”项，或按F12键运行程序。观察“Input”、“Output”窗口中时域图形；观察滤波效果。鼠标右键单击“Input”和“Output”窗口，选择“Properties…”项，设置“DisplayType”，为“FFTMagitude”，再单击“OK”按钮结束设置。观察“Input”、“Output”窗口中频域图形；理解滤波效果。3、实验要求掌握利用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法，熟悉CCS仿真环境。4、实验仪器计算机，ICETEK-VC5416-AE-EDU实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK-VC5416-AE评估板+相关连线及电源）。项目编号：12实验名称：基于DSP的语音降噪系统设计1、实验目的(1)熟悉ICETEK-VC5416-AE扩展的语音codec芯片TLV320AIC23的设计和程序控制原理。(2)熟悉滤波器工作原理及其编程。(3)掌握使用TI的算法库dsplib提高程序运行效率的方法。(4)学习使用CCS图形观察窗口观察和分析语音波形及其频谱。(5)将教师给定的含噪音的语音信号中的噪音部分滤掉2、设计要求：将教师给定的含噪音的语音信号中的噪音部分滤掉，并到达良好的音频效果（能使人清晰的听清话音内容）3、实验提示考虑从滤波和自适应抵消等方面入手。4、实验仪器计算机，IC