DSP课程设计报告-数据采集处理和控制系统设计.doc

DSP课程设计总结(2011-2012学年第2学期) 题 目: 数据采集处理和控制系统设计 班 级: 电子091班 学生姓名: 学 号: 09052103 指导教师: 2012年6月目 录一 设计目的通过对基于 TMS320VC5416 的信号采集处理与控制系统的设计掌握 PCB 设计软件AD(Altium Designer) 的使用方法，以及卷积、FFT、FIR 滤波器等数字信号处理算法并熟悉 TI 的 DSP 集成开发环境 CCS软件的使用，掌握基于 DSP的系统设计流程。二 系统分析2.1 设计要求设计一个功能完备，能够独立运行的精简 DSP 硬件系统。绘制出系统的功能框图、使用AD（Altium Designer）绘制出系统的原理图和PCB 版图。利用实验箱的模拟信号产生单元产生不同频率的信号，或者产生两个频率的信号的叠加。在 DSP 中采集信号，并且对信号进行频谱分析，滤波等。通过键盘或者串口命令选择算法的功能，将计算的信号频率或者滤波后信号的频率在LCD 上显示。 主要功能如下： 一、 对外部输入的模拟信号采集到DSP 内存，会用CCS 软件显示采集的数据波形。 二、 对采集的数据进行如下算法分析： （1） 频谱分析：使用fft 算法计算信号的频率。 （2） 对信号进行IIR 滤波或FIR 滤波，并且计算滤波前后信号的频率。 三、 外部键盘或者从计算机来的串口命令选择算法功能，并且将结果在LCD 上显示。 2.2 主要任务绘制出DSP系统的功能框图、使用AD（Altium Designer）绘制出系统的原理图和PCB 版图。在 DSP 中采集信号，用CCS 软件显示采集的数据波形，以及对采集的数据进行算法分析。三 硬件设计3.1 硬件总体结构3.2 DSP模块设计3.3 电源模块设计将5V电源电压转换为3.3V和1.6V电源3.4 时钟模块设计此处由外部晶振提供时钟信号3.5 存储器模块设计DSP上只有一个读写控制信号引脚，而FLASH有两个引脚，将读、写分开，故在OE上接一个非门电路，实现高时读，低时写。FLASH上的地址线和数据线与DSP上的地址线、数据线相连3.6 JATG模块设计3.7 TMS320VC5416 最小系统 PCB 版图板上包括了支持TMS320VC5416独立运行的时钟电路、复位电路、Flash模块、JTAG仿真接口电路以及电源模块等。为节省空间和材料，部分器件放在了反面。四 软件设计4.1 软件总体流程4.2 核心模块及实现代码 FFT算法程序：void kfft(double prLength,double piLength,int n,int k,double frLength,double fiLength,int l,int il) int it,m,is,i,j,nv,l0; double p,q,s,vr,vi,poddr,poddi; for (it=0; it=n-1; it+) m=it; is=0; for (i=0; i=k-1; i+) j=m/2; is=2*is+(m-2*j); m=j; frit=pris; fiit=piis; pr0=1.0; pi0=0.0; p=6.283185306/(1.0*n); pr1=cos(p); pi1=-sin(p); if (l!=0) pi1=-pi1; for (i=2; i=n-1; i+) p=pri-1*pr1; q=pii-1*pi1; s=(pri-1+pii-1)*(pr1+pi1); pri=p-q; pii=s-p-q; for (it=0; it=0; l0-) m=m/2; nv=2*nv; for (it=0; it=(m-1)*nv; it=it+nv) for (j=0; j=(nv/2)-1; j+) p=prm*j*frit+j+nv/2; q=pim*j*fiit+j+nv/2; s=prm*j+pim*j; s=s*(frit+j+nv/2+fiit+j+nv/2); poddr=p-q; poddi=s-p-q; frit+j+nv/2=frit+j-poddr; fiit+j+nv/2=fiit+j-poddi; frit+j=frit+j+poddr; fiit+j=fiit+j+poddi; if (l!=0) for (i=0; i=n-1; i+) fri=fri/(1.0*n); fii=fii/(1.0*n); if (il!=0) for (i=0; i=n-1; i+) pri=sqrt(fri*fri+fii*fii); if (fabs(fri)0) pii=90.0; else pii=-90.0; else pii=atan(fii/fri)*360.0/6.283185306; 卷积程序：void Convolveok( /卷积函数 double *x,/原始输入数据 double *h,/冲击响应 double *y,/卷积输出结果 UINT16 Leng, / 序列长度 UINT16 h_Len) UINT16 m,p,j;double r,rm;double xmean = 0.0;double xmid100;for(m=0;mh_Len;m+)xmidm = 0.0; for (m=0; mLeng; m+)xmean = xm + xmean;xmean = 1.0*xmean/Length;for (m=0; mLeng; m+)xm = xm - xmean;for (m=0; mLeng; m+)for (p=0; ph_Len; p+) xmidh_Len-p-1 = xmidh_Len-p-2; xmid0 = xm;r = 0.0;rm= 0.0; for (j=0; jh_Len; j+) r = xmidj * hj;rm = rm + r; ym = rm; 求最大值和次大值函数：void max() int k1,k2; /k1 最大值，k2 次最大值 int r; for(r=0;r16;r+) if(prk1prr) k1=r; for(r=20;r64;r+) if(prk2prr) k2=r; f0=250000.0/256*k1; f1=250000.0/256*k2; fc=(f0+f1)/2;归一化函数：void avg() int j; sum= 0.0; for(j=0;j256;j+) sum+=(data_buffj/256.0); for(j=0;j256;j+) prj=data_buffj-sum; pij=0.0; FIR滤波器设计函数：void firdes(double npass)/求h(n) int t; for (t=0; tFLen; t+) ht=sin(t-(FLen-1)/2.0)*npass*3.1415926)/(3.1415926*(t-(FLen-1)/2.0); if (t = (FLen-1)/2) ht=npass; 外部中断2服务函数：void interrupt ExtInt2(void) int i1,j;*(unsigned int*)IFR=0xFFFF; /清除所有中断标志 data_buffi1 = port8002 & 0x00ff; i1+; if(i1 = 256) avg(); kfft(pr,pi,256,8,fr,fi,0,1); max(); npass=fc/250000.0; firdes(npass); Convolveok(data_buff,h,y,256,51); for(j=0;j256;j+) yrj=yj; yij=0.0; kfft(yr,yi,256,8,Yr,Yi,0,1); flag=1; i1 = 0; 4.3 程序运行效果采集的数据及其FFT计算结果51阶滤波器H(n)波形：滤波前后信号频谱图：由滤波前后高低频分量的相对大小证明低通滤波器对高频分量的衰减作用比较强，但没有完全滤出去采集数据波形与滤波后波形比较由图可见滤波后信号中的高频分量得到了较大的衰减，滤波后波形变得平滑。五 课程设计总结 DSP芯片有更适合于数字信号处理的软件和硬件资源，非常适合于通用数字信号处理的开发，为数字信号处理的应用打开了新局面。学好DSP技术具有非常重要的意义。通过此次课程设计，我学习到了一个实际的电子系统的完整的设计流程，基本掌握了PCB设计软件Altium Designer的使用方法，学会了绘制系统的功能框图、原理图以及PCB版图。同时掌握了CCS软件的使用和基于TMS320VC5416的DSP程序的编写。此次课程设计首先绘制系统功能框图，使用AD软件绘制原理图和PCB版图。在绘制系统功能框图过程中，要设计一个功能完备，能够独立运行的精简 DSP 硬件系统。然后再基于此系统功能框图绘制原理图和PCB版图。在原理图的绘制过程中要充分考虑到所使用的器件及管脚的网络标号,总线的链接等。因为要绘制PCB版图，故要合理选择各个器件的封装，合理安排各个器件和线的位置，尤其是滤波电容要安放在靠近各个管脚的位置，真正起到滤波的作用。在使用CCS软件编写程序时要注意变量定义以及函数声明。通过查阅资料和与老师同学交流后完善了各部分程序。DSP程序相对难一些，在编写时需要从系统整体来考虑，不断调整算法且保持思路清晰，熟悉各个子程序的功能。通过此次课程设计，使我对TMS320C54x系列DSP的硬件结构有了较为深刻的认识，也学习到了实际的电子系统的完整的设计流程，熟悉了AD软件和CCS软件的使用方法，对于数字信号处理有了更深刻的认识。数字信号处理无处不在，这样的课程设计很有意义，对于我们今后的学习与工作都会产生深远影响，为我们独立完成其他DSP设计打下基础。通过查阅资料以及老师