1、 数字信号处理（ DSP） 综合设计性实验报告 学 院：电 子 信 息 工 程 学 院 班 级： 通信 0708 指导教师： 高海林 学 生： 原凌云 07211253 张丽康 07211256 北京交通大学电工电子教学基地 2004 年 12 月 28 日 目 录 一、设计任务 3 二、实验目的 3 三、 设计内容 3 四、 实验原理 4 五、程序设计 6 1、程序源代码 2、实验截图和结果 六、实验总结 22 七、参考资料 23 一、设计任务书 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、
2、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在 电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。 信号发生器在现代工程中应用非常广泛。在实际中常需要产生一些特殊波形，用于仿真实际信号的波形，以检测和调试测量装置。 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。 二、实验目的 （ 1）了解产生信号的两种方法及各自的优缺点。 （ 2）掌握使用 DSP 产生正弦波的原理和算法，进而掌握一般信号产生的原理和方法。 （ 3）掌握 5402DSK CODECC(A/
3、D、 D/A)的工作原理和初始化过程。 （ 4）掌握使用指针访问片上 ROM 中正弦查找表的方法。 三、设计内容 使用 DSP 产生 300 4000HZ 的正弦信号，要求使用查表法，测量产生的信号波形的频率和幅度，并且频率可变、幅度可变、直流分量可变。 用软件 CCS5000 编程实现，并硬件（ DSK 板或示波器）连接进行功能演示。 使用计算法产生余弦波分量。 发挥部分： （ 1）使用 DSP 产生 300 4000HZ 的 方波、锯齿波和 三角波。 （ 2）使用现有程序，实现不改变源程序，频率和幅度自动可调 。 四、实验原理 产生连续信号的方法通常有两种：查表法和计算法，查表法不如计算法
4、使用灵活。计算法可以使用泰勒级数展开法进行计算，也可以使用差分方程进行迭代计算或者直接使用三角函数进行计算。计算结果可以边计算边输出，也可以先计算后输出。 正弦函数和余弦函数的泰勒级数数学表达式为： xsin )!12()1(!9!7!5!3 1219753 nxxxxxx nn, x ),( xcos )!2()1(!8!6!4!21 28642 nxxxxx nn, x ),( . 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。 或使用下面递归的差分方程进行计算。 yn=A*yn-1-yn-2 其中： A=2cos(x)， x=2 F/FS。 F 信号频率，FS D/A 转
5、换频率。 利用递推公式计算正弦和余弦值需要已知 cos(x)和正弦、余弦的前两个值。计算时所需的计算量小，但如果用来产生连续的正弦和余弦信号，则累积误差太大。要得到精确的计算结果，可以 使用泰勒级数展开法进行计算，当然计算时所需的计算量很大。在实际应用时可以根据需要选择相应的算法。 要产生一个正弦信号，首先要算出一个周期内各样点的值，因为 sin(x)的值总是小于 1的小数，而 5402 DSP是 16位的定点处理器，所以要将其乘以215，变为 Q15的数据格式，才能够在 DSP中送到 D/A转换器进行处理。 优缺点的比较： 查表法，即事先将要输出的数据计算好，存储在 DSP 的内部 RAM
6、中，然后依次循环输出，从而才生波形。这种方法的优点在于其速度快，可以产生频率很高的波形，而且不占用 DSP 的计算时间 ，它的缺点是需要占用 DSP的内存空间，尤其是对采样频率比较大的输出波形，所需要的内部空间很大，所以这种方法用于对精度和频率要求不高的场合。第二个方法是计算法，即采用计算的方法依次计算数据然后输出。计算法的优缺点正好和查表法相反。其优点是不占用 DSP 的存储空间，可以根据信息随时间改变或调整输出波形的周期波形；其缺点是占用 DSP 的计算时间，使得执行程序的开销大 在实验中我们将采用查表法来实现正弦波，计算法产生余弦波。 余弦法的递推公式： cos(nx)=2cosxcos
7、(n-1)x-cos(n-2)x 其中， cosx=cos(2*pi/N)=cos(2*pi*Fs/F),n=0 时 cos(nx)=1,n=1 时cos(nx)=cosx,令 N=256,Fs=16000,F=1000 调幅调频：我们将使用下面的一个界面 来实现频率和幅度的连续可调，但因为此界面和 CCS 运行界面不能同时存在，所以我们需要脱离 CCS，而将程序烧至板子，然后在虚拟示波器上面观察波形的变化。 频率、幅度及直流分量可调也可以通过改变源程序来实现。 五、程序设计 基本部分： 【 1】查表法实现正弦波的程序 ： /*正弦信号产生程序 1*/ #include #include #i
8、nclude #include #include void delay(s16 period); HANDLE hHandset; s16 data; /*/ /* 片上 ROM 中的正弦函数查表法 */ /*/ s16 SINE_TABLE= 0x00000,0x00324,0x00647,0x0096A,0x00C8B,0x00FAB,0x012C7,0x015E1,0x018F8,0x01C0B,0x01F19,0x02223,0x02527,0x02826,0x02B1E,0x02E10,0x030FB,0x033DE,0x036B9, 0x0398C,0x03C56,0x03F16,
9、0x041CD,0x0447A,0x0471C,0x049B3,0x04C3F,0x04EBF,0x05133,0x0539A,0x055F4,0x05842,0x05A81,0x05CB3,0x05ED6,0x060EB,0x062F1, 0x064E7,0x066CE,0x068A5,0x06A6C,0x06C23,0x06DC9,0x06F5E,0x070E1,0x07254,0x073B5,0x07503,0x07640,0x0776B,0x07883,0x07989,0x07A7C,0x07B5C,0x07C29, 0x07CE2,0x07D89,0x07E1C,0x07E9C,0x
10、07F08,0x07F61,0x07FA6,0x07FD7,0x07FF5,0x07FFE,0x07FF5,0x07FD7,0x07FA6,0x07F61,0x07F08,0x07E9C,0x07E1C,0x07D89, 0x07CE2,0x07C29,0x07B5C,0x07A7C,0x07989,0x07883,0x0776B,0x07640,0x07503,0x073B5,0x07254,0x070E1,0x06F5E,0x06DC9,0x06C23,0x06A6C,0x068A5,0x066CE, 0x064E7,0x062F1,0x060EB,0x05ED6,0x05CB3,0x05
11、A81,0x05842,0x055F5,0x0539A,0x05133,0x04EBF,0x04C3F,0x049B3,0x0471C,0x0447A,0x041CD,0x03F16,0x03C56, 0x0398C,0x036B9,0x033DE,0x030FB,0x02E10,0x02B1E,0x02826,0x02527,0x02223,0x01F19,0x01C0B,0x018F8,0x015E1,0x012C7,0x00FAB,0x00C8B,0x0096A,0x00647, 0x00324,0x00000,0x0FCDC,0x0F9B9,0x0F696,0x0F375,0x0F05
12、6,0x0ED39,0x0EA1F,0x0E708,0x0E3F5,0x0E0E7,0x0DDDD,0x0DAD9,0x0D7DA,0x0D4E2,0x0D1F0,0x0CF05, 0x0CC22,0x0C947,0x0C647,0x0C3AA,0x0C0EA,0x0BE33,0x0BB86,0x0B8E4,0x0B64D,0x0B3C1,0x0B141,0x0AECD,0x0AC66,0x0AA0C,0x0A7BE,0x0A57F,0x0A34D,0x0A12A, 0x09F15,0x09D0F,0x09B19,0x09932,0x0975B,0x09594,0x093DD,0x09237,
13、0x090A2,0x08F1F,0x08DAC,0x08C4C,0x08AFD,0x089C0,0x08895,0x0877D,0x08677,0x08584, 0x084A4,0x083D8,0x0831E,0x08277,0x081E4,0x08164,0x080F8,0x0809F,0x0805A,0x08029,0x0800B,0x08002,0x0800B,0x08029,0x0805A,0x0809F,0x080F8,0x08164, 0x081E4,0x08277,0x0831E,0x083D8,0x084A4,0x08584,0x08677,0x0877D,0x08895,0x
14、089C0,0x08AFD,0x08C4B,0x08DAC,0x08F1F,0x090A2,0x09237,0x093DD,0x09594, 0x0975B,0x09932,0x09B19,0x09D0F,0x09F15,0x0A12A,0x0A34D,0x0A57F,0x0A7BE,0x0AA0B,0x0AC66,0x0AECD,0x0B141,0x0B3C1,0x0B64D,0x0B8E4,0x0BB86,0x0BE33, 0x0C0EA,0x0C3AA,0x0C674,0x0C947,0x0CC22,0x0CF05,0x0D1F0,0x0D4E1,0x0D7DA,0x0DAD9,0x0D
15、DDD,0x0E0E7,0x0E3F5,0x0E708,0x0EA1E,0x0ED38,0x0F055,0x0F375, 0x0F696,0x0F9B9,0x0FCDC,0x00000 ; /*/ /* 主程序 */ /*/ void main() s16 amp=1; /输出的正弦信号的幅度系数，可变 s16 cnt=2; u16 i=0; if(brd_init(100) /初始化 5402DSK 板 return; /*LED 发光二极管闪烁两次，表示程序开始正常运行 */ while(cnt-) brd_led_toggle(BRD_LED0); delay(1000); brd_le
16、d_toggle(BRD_LED1); delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED2); delay(1000); /*获得 Codec(D/A 转换器 )的句柄 */ hHandset=codec_open(HANDSET_CODEC); /*初始化 D/A 转换器 */ codec_dac_mode(hHandset,CODEC_DAC_15BIT); /DAC 设置为 15 比特模式 codec_aout_gain(hHandset,CODEC_AOUT_MINUS_12dB); /设置模拟输出增 益为 -6dB codec_sample_rate(hHand
17、set,SR_16000); /D/A 转换速率为 16kHz /*正弦信号发生程序 */ while(1) /*D/A 转换器是否准备好 */ while(!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC); /*将信号样点输出到 D/A 转换器 */ *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=amp*SINE_TABLEi; i=i+100; /此时产生的正弦信号频率为 6250Hz，每个周期的样点 N=256/100=2.56 i+=0x00ff; /修正样点指针 /*将输出信号样点存入数据输出缓冲区，可使用 图形观察窗口观察输出信号波形 */
18、void delay(s16 period) int i,j; for(i=0;i1;j+); 实验成果截图： /*正弦信号产生程序 2*/ #include #include #include #include #include #define N 256 #define pi 3.1415927 #define pi2 2*pi #define F0 1000 #define Fs 16000 /Sampling frequency #pragma DATA_SECTION(_sinx,“data_buf1“) double _sinx256; #pragma DATA_SECTION(d
19、acdata,“data_buf2“) int dacdata256,outbuffer256; int amp=1; void delay(int); void main(void) double t=0, dt; unsigned int i=0; HANDLE hHandset; int cnt=2; if(brd_init(100) return; /初始化 5402DSK 板 while(cnt-) brd_led_toggle(BRD_LED0); /切换 LED 指示灯 0 的显示状态 delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED1); /切换 LED 指示灯 1 的显示状态 delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED2); /切换 LED 指示灯 2 的显示状态 delay(1000); dt=pi2*F0/Fs; for(i=0;i1;j+); 实验成果截图：
