DSP原理与应用实验讲义1

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随着数字电子技术不断发展，人们对数字信号处理的要求也越来越高，传统意

义上的微处理器已不能满足现代数字电子技术发展的要求，而数字信号处理器

(DSP)在近20多年的发展与普及后，应用领域几乎涵盖了所有的行业：通信、

信息处理、自动控制、雷达、航空航天、医疗、日常消费品等。目前大多数学校都

是理论结合实验进行教学，围绕该课程所开的实验课程皆为阶段性理论的验证实

验，实验设备也仅是为验证某些算法和理论所使用，实验的项目相对来说比较单一

和固定，实验设备的利用效率低下，其实验设备缺少研发和形成一个数字信号处理

产品的能力。目前，我校的通信工程专业开设了《数字信号处理》、《语音信号处

理》、《数字图像处理》等信号处理相关课程，但尚缺乏一个动手实践和灵活应用

的实验平台。数字信号处理器由于其优异的运算能力和独特的硬件结构，是一个理

想的选择。结合当前的情况，本实验讲义从培养应用型人才的角度出发，并充分借

鉴各大高校的先进试验教学管理技术，开发并设计了相应的DSP实验项目。

本实验讲义将实验分为三个模块，即基础实验、应用实验、扩展实验，以满足

不同能力和需求的学生的需要。本实验讲义在《DSP原理及应用实验教学改革课

题》支持下编写完成。不足之处，请广大师生指正。

目录

基础实验1CCS软件的使用-5-基础实验2：简单

应用程序的调试-17-应用实验1：DSP数据存取实

验-21-应用实验2：GPIO控制实

验-24-应用程序3：定时器控制实

验-27-应用实验4：DMA读写实

验-31-应用实验5：UART控制实

验-36-应用实验6：A/D采样实

验-41-应用实验7：有限冲击响应滤波器(FIR算法实

验-44-应用实验8：快速傅立叶变换(FFT算法实

验-49-扩展实验1：语音回声实验-55

-扩展实验2：语音和声实验-57-扩展实验3：交通灯

实验-60-附录A-

64-附录B-73-

基础实验1CCS软件的使用

1.实验目的：

1.熟悉CCS集成开发环境，掌握工程的生成方法；

2.熟悉SEED-DEC5502实验环境；

3.掌握CCS集成开发环境的调试方法。

2.实验内容：

1.DSP源文件的建立；

2.DSP程序工程文件的建立；

3.学习使用CCS集成开发工具的调试工具。

3.实验背景知识：

3.1CCS简介

CCS提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具，它便于实时、嵌入

式信号处理程序的编制和测试，它能够加速开发进程，提高工作效率。CCS提供

了基本的代码生成工具，它们具有一系列的调试、分析能力。CCS支持如下所示

的开发周期的所有阶段

分析

实时调试

统计

跟踪

CCS构成及接口见下图

菜单备・

［编辑工具条，工作区中图

形显示窗口

ta・|x>「(•5iFfl.l.殂b'<«：»*：•VMS

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工作区中c3

程序编辑窗口变量双硒口•

CCS窗口介绍：

工作区中图

形显示窗口,

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中LEOwtpt0"：OMV

工作区中数变量艰烹窗口•

据显示第口•

毋隹运行结n工作区中反汇

姆调试窗口，

3.2使用CCS常遇见文件简介：

1.program.c:C程序源文件

2.program.asm:汇编程序源文件

3.filename.h:C程序的头文件，包含DSP/BIOSAPI模块的头文件

4.filename.lib:库文件

5.project.cmd:连接命令文件

6.program.obj:由源文件编译或汇编而得的目标文件

7.program.out:经完整的编译、汇编以及连接后生成可执行文件

8.program.map:经完整的编译、汇编以及连接后生成空间分配文件

9.project.wks:存储环境设置信息的工作区文件

保存配置文件时将产生下列文件:

1.programcfg.cmd:连接器命令文件

2.programcfg.h54:汇编头文件

3.programcfg.s54:汇编源文件

(-CMD文件简介

cmd文件用于DSP代码的定位。由3部分组成：

1.输入/输出定义：

.obj文件：链接器要链接的目标文件。

.lib文件：链接器要链接的库文件。

m叩文件：链接器生成的交叉索引文件。

.out文件：链接器生成的可执行代码;链接器选项。

2.MEMORY命令：描述系统实际的硬件资源。

3.SECTIONS命令:描述"段"如何定位。

下面例子则可说明其基本格式：

-0sample.out

-msample.map

-stack100

sample.objmeminit.obj

-1rts.lib

MEMORY

PAGE0:VECT:origin=Oxff8(),length0x80

PAGE0:PROG:origin=0x2000,length0x400

PAGE1:DATA:origin=0x800,length0x400

)

SECTIONS

(

.vectors:{}>PROGPAGE0

.text:{}>PROGPAGE0

.data:{}>PROGPAGE0

.cinit:{}>PROGPAGE0

.bss:{}>DATAPAGE1

)

下面介绍一下CMD文件中常用的程序段名与含义

1..cinit存放C程序中的变量初值和常量；

2..const存放C程序中的字符常量、浮点常量和用const声明的常量;

3..text存放C程序的代码；

4..bss为C程序中的全局和静态变量保留存储空间;

5..far为C程序中用far声明的全局和静态变量保留空间；

6..stack为C程序系统堆栈保留存储空间，用于保存返回地址、函数间的参

数传递、存储局部变量和保存中间结果；

.sysmem用于C程序中malloc、calloc和realloc函数动态分配存储空间。

(二vecs.asm文件简介

vecs.asm是DSP的中断向量表文件。中断服务程序的地址(中断向量)要装

载到存储器的合适区域。一般中断向量表文件是采用汇编语言编写；在文件中一般

汇编指令.sect来生成一个表。这个表包含中断向量的地址和跳转指令。因为中断

读物的标志符在汇编语言模块外部使用，所以标志符用.ref或.global。

(三GEL文件简介

GEL文件的功能同cmd文件的功能基本相同，用于初始化DSP。但它的功能

比cmd文件的功能有所增强，GEL在CCS下有一个菜单，可以根据DSP的对象

不同，设置不同的初始化程序。以下面的例子介绍一下GEL文件的构成。

例：

#defineDEC5502_CTL0x6000()〃定义DEC5502_CTL寄存器

#defineDEC5502JNT0x60001//定义DEC55()2_INT寄存器

#defineDEC5502_STA0x60002//定义DEC5502_STA寄存器

StartUp(;开始函数

GEL_MapReset(;;存储空间复位

GEL_MapAdd(0x0000,0,0x7fff,1,1;定义程序空间()()()()-7fff可读写

GEL_MapAdd(()x8()00,0,0x7000,1,1;定义程序空间8000-玲()0可读写

GEL_MapAdd(()x()()()(),1,()x1()0(),1,1;定义数据空间0000-f()()()可读写

GEL_MapAdd(0xffff,2,1,1,1;定义I/O空间Oxffff可读写

GEL_MapOn(;存储空间打开

GEL_MemoryFill(0xffff,2,1,0x40;在I/O空间添入数值40h

)

3.3CCS常用指令简介

1.设置断点。

将光标放置在需要设置断点的程序行前，选择Debug-Breakpoints,即完成可

一个断点的设置。

2.CCS提供3种方法复位目标板

1ResetDSP：Debug-ResetD,初始化所有的寄存器内容并暂停运行中的程

序。使用此命令后，要重新装载out文件后，再执行程序。

2Restart：Debug—Restart,将PC值恢复到当前载入程序的入口地址。

3Gomain：Debug—Gomain,将程序运行到主程序的入口处暂停。

3.CCS提供4种执行操作

1执行执行：Debug-Run,程序运行直到遇到断点为止。

2暂停执行：Debug->Halt,程序停止运行。

3动画执行：Debug-Animate,用户反复运行程序，直到遇到断点为止。

4自由执行：Debug—RunFree,禁止所有断点运行程序。

4.CCS提供4种单步执行操作

1单步进入：快捷键F8,Debug-stepinto,当调试语句不是基本的汇编指

令时，此操作进入语句内部。

2单步执行：Debug—stepOver,此命令将函数或子函数当作一条语句执

行，不进入内部调试。

3单步跳出：Debug—stepOut,此命令作用为从子程序中跳出

4执行到光标处：快捷键crtl+F10,Debug—RuntoCursor,此命令作用为

将程序运行到光标处。

5.内存、寄存器与变量的操作

1查看变量：使用view—WatchWindow命令

2查看寄存器：使用view—Registers—*CPURegisters命令

3查看内存：使用view—memory命令

6.Graph的设置即图形显示

1选择View—Graph—>Time/Frequencyo

2在弹出的GraphPropertyDialog对话窗中，将GraphTitle,StartAddress,

AcquisitionBufferSize,DisplayDataSize,DSPDataType等的属性可改变为

如下图所示（也可根据具体需要设置属性）。向下滚动右侧的滚动条或调整dialog

框的大小可看到所有的属性。

示例（A将起始地址为0x2c28的数组进行图形显示

3点击OK,将出现所设的图形窗口。如：在滤波实验中，用以上方法设定的

图

形窗口，在运行滤波程序后，最终的显示结果如下图所示

4可以在图形上单击右键，选择“FloatInMainTable"，这时图形将浮现在主窗

□

中，以便观察。

4.实验准备：

1.将DSP仿真器与计算机连接好；

2.将DSP仿真器的JTAG插头与SEED-DEC5502单元的J1相连接；

3.启动计算机，当计算机启动后，打开SEED-DTK5502的电源。观察

SEED-DTK_MBoard单元的+5V,+3.3V,+15V,-15V的电源指示灯灯

以及SEED-DEC5502的电源指示灯D2、D4是否均亮；若有不亮的，请断开电

源，检查电源。

下面按照原文件、工程文件以及编译条件的设置来分别介绍一下CCS的使

用。

5.实验步骤：5.1创建源文件

1.双击

图标进入CCS环境。

力

CCS2CC5000).

2.打开CCS选择File—New-SourceFile命令

CCS2

3.编写源代码并保存

CCS2CC5000)

4.保存源程序名为math.c,选择File—Save

5.创建其他源程序（如.cmd）可重复上述步骤。

5.2创建工程文件

1.打开CCS,点击Project->New,创建一个新工程，其中工程名及路径可任意

指定

弹出如下对话框：

*1CodeComposer

FileEditViewProjectDebugProfilerGELOptionToolsDSP/BIOSWindowHelp

三］|赭取喻聃Ie

矗后I起码I袅爽

2.在Project中填入工程名，Location中输入工程路径；其余按照默认选项,

点击完

成即可完成工程创建;

3.点击Project选择addfilestoproject,添加工程所需文件；

4.在弹出的对话框中的下拉菜单中分别选择.c点击打开，即可添加源程序

math.c添

加到工程中；

5.同样的方法可以添加文件math.cmd、rts.lib到工程中；在下面窗口中可以

看到

math.c、math.cmd、rts.lib文件已经力口至ij工程文件中。

5.3设置编译与连接选项

I.点击Project选择BuildOpitions；

2,在弹出的对话框中设置相应的编译参数，一般情况下，按默认值就可以；

....

BuildOptionsformath,pjt

[>ath.pjt

卬而a0a:

JFiles

♦-JOELfile

_jProjects

-哥sath.：

Ip

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因ffiuln

!it

CPUHALTED

3.在弹出的对话框中选择连接的参数设置，设置输出文件名（可执行文件与空

间分配

文件），堆栈的大小以及初始化的方式。

5.4工程编译与调试

1.点击Project-Buildall,对工程进行编译，如正确则生成out文件；若是修

改程序,

可以使用Project-Build命令，进行编译连接，它只对修改部分做编译连接工

作。可节省编译与连接的时间。编译通过，生成.out文件；

2.点击FileToadprogram,在弹出的对话框中载入debug文件夹下的.out可

执行

文件；

eEileEditViewErojectDebugProfilerGELOptionloolsDSP/BIOSttindow

Help-3x

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math,pjt▼[Debug▼楞圜搓i|•

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#include<stdio.h>

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(?-1Prolects

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BuildComplete,

0Errors,0Warningsr0Remarks.

「Build/h11>1

CPUHALTEDQForHelp,pressFlLn

3.装载完毕；

EileEditJiewErojectDebugFtofilerQELOptionToolsDgP/BIOSJindor

Help-占x

图以。FRa%晓昌格能够履

|math.pjt-▼IlDebug~二参四康“❷包|电文

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fixed_add(1556,40);

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(p?fixed_mul(188,188);_,

fixed_div(188,18);

.floatAridf2..1.:二J

J±Ut2J

1112^

hBuild入Stdout/

CPUHALTEDII@ForHelp,pressFlLn

4.点击debug—GoMain回到C程序的入口；

FileEditViewProjectDebugProfilerGELOptionToolsDSP/BIOSWindow

工

hJJjT1

|\Build)\Stdout[

CPUHALTEDForHein.DressFlLn

5.打开File—Workspace—>SaveWorkspace保存调试环境，以便下次调试时不

而yata1芟rttj-

重新进行设置。只要File—>Workspace—LoadWorkspace即可恢复当前设置。

6.思考题

1.DSP软件开发与常规的软件开发（如：VC++等）有何区别？

2.仿真器在DSP软件开发中的作用是什么？

基础实验2：简单应用程序的调试

1.实验目的：

1.熟悉CCS集成开发环境，掌握工程的生成方法；

2.熟悉SEED-DEC5502实验环境；

3.掌握CCS集成开发环境的调试方法。

2.实验内容：

1.编译与链接的设置，生成可执行的DSP文件；

2.进行DSP程序的调试与改错；

3.学习使用CCS集成开发工具的调试工具；

3.实验程序，包含文件：

本实验中主要包括以下文件：

l.math.c这个文件中包含了实验中关于DSP运算的主要函数。主要包含有：

fixed_add(intx,inty：定点加法运算;

fixed_sub(intx,inty：定点减法运算；

fixed_mul(intx,inty：定点乘法运算；

fixed_div(intx,inty：定点除法运算；

float_add(doublex,doubley：浮点力口法运算；

float_sub(doublex,doubley：浮点减法运算；

float_mul(doublex,doubley：浮点乘法运算；

float_div(doublex,doubley:浮点除法运算；

float_fixed(doubiex：浮点转定点运算；

fixed_float(intx：定点转浮点运算；

2.math.cmd这是DSP的链接文件。它的主要功能是将DSP的每段的程序链接

到相

应的DSP的存贮区中。

3.rts55x.lib这是一个库文件，主要包含了有关C的运行环境与相应的函数的

代码。

4.实验准备：

首先将光盘下（）3.ExamplesofProgram\04.SEED-DTK5502实验程序目录下的

3.1.5Math文件夹拷贝到D:盘根目录下。

1.将DSP仿真器与计算机连接好；

2.将DSP仿真器的JTAG插头与SEED-DEC5502单元的J1相连接；

3.打开SEED-DTK5502的电源。观察SEED-DTK_MBoard单元的+5V,+

3.3V,

+15V,-15V的电源指示灯以及SEED-DEC5502的电源指示灯D2、D4是

否均亮；若有不亮的，请断开电源，检查电源。

5.实验步骤

4.双击

图标进入CCS环境。

痴

CCS2CC5000）.

5.点击Project—open命令，在弹出的对话框中添加math.pjt文件；

CCS2CC300Q)

I

..』

6.按照下图所示的方法添加GEL文件,即右键点击工程视窗中的GELfiles,

在弹出的

菜单中选择laodgel命令。

CCS2CC300Q)

7.按照下图所示添加.out文件，即使用File—LoadProgram菜单命令。.out文

件一

般存放在math文件下的debug文件夹中。

fileEditJ[ievErojectDebugProfilerGELOptionloolsD£P/BIOSfindovHelp

Hev

Open...Ctrl+O

LoadErograa...

ReloadProgran

LoadSymbols

ReloadSymbols

UnloadSymbols

Load£EL...

Data

lorkspace

EileI/O...

RecentSourceFiles

RecentWorkspaces

8.使用projiect-Bulid命令编译当前程序。使用projiect—Bulidall命令编译整

个工程

程序。

注意：

在这个实验中，为了加深对CCS的了解，分别在编译与链接过程中设置了的

错误行。这些错误行都是在程序调试中经常遇到的。

□源程序错误：

♦在函数fixed.add()中的z的定义未加“；”号；

♦函数float_add()的｛｝号缺右边而未完整

□链接错误；

♦DSP的空间分配重叠；

在进行此实验时，只有将上述的程序错误改正后才能正确的编译与链接。产生

MATH.out。

链接错误修改方法如下：

链接错误存在于CMD文件中：

□MMR:origin=OOOOOOOh,length=OOOOOdOh

修改为：

MMR:origin=OOOOOOOh,length=OOOOOcOh

9.点击debug—GoMain回到C程序的入口main（函数处。

囤ElleEditViewErojectDebugProfiler£ELOptionToolsDSF/BIOSJLindovHelp

X

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CPUHALTED©ForHelp«pressF1[.r127,Cc

10.使用F5快捷键，运行程序，在Stdout观察窗中查看程序运行结果。

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theresultfloatdivwas1.000000e+02I

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小Build入Stdout人Messages/

CPUHALTED

6.思考题

1.当编译或链接过程中出现了错误或告警时，如何利用编译窗口提示的信息来

修改程序？

应用实验1：DSP数据存取实验

1.实验目的：

1.了解TMS320VC5502的内部存储器空间的分配及指令寻址方式；

2.学习用CodeComposerStudio修改、填充DSP内存单元的方法；

3.学习操作TMS320VC5502内存空间的指令。

2.实验内容：

1.读写DSP内存单元数据；

2.复制内存单元的数据。

3.实验背景知识：

TMS320VC55xx系列DSP基于增强的哈佛结构，可以通过三组并行总线访问

多个存储空间。它们分别是：程序地址总线（PAB）、数据读地址总线

（DRAB）和数据写地址总线（DWAB）。由于总线工作是独立的，所以可以同

时访问程序和数据空间。

4.实验程序功能与结构说明：

1.Memory.c:这是实验的主程序，包含了系统初始化，读写、复制DSP内存

单元