DSP 系统课程设计(教案)总.doc

成都理工大学工程技术学院 DSP原理及应用课程设计 课程教案教师姓名 徐灵飞 所在系部 电子信息与计算机工程系 授课专业 课程代码 总 学 时 60 学分 2.5 教材名称 DSP原理及应用课程设计 2010年 02月 20日课程名称DSP课程设计授课专业年级课程编号0100C304课程类型必修课公共基础课（ ）；专业基础课（ ）；专业课（）选修课专业选修课( )；公共选修课( )教学目标DSP系统课程设计是一项实践教学内容。通过本课程的学习，使学生掌握典型DSP芯片的结构、原理和典型应用，既巩固数字信号处理基础、DSP原理及应用中的基础理论知识，又为学生日后从事相关系统开发设计奠定基础。授课方式课堂讲授（）；实践课（ ）考核方式考试（）；考查（ ）课程教学总学时数60学分数2.5学时分配实践课 60 学时教材名称DSP原理及应用作 者邹彦出版社及出版时间电子工业出版社.2006指定参考书DSP芯片的原理与开发应用 TMS320C54x单片机原理及应用作者张雄伟彭启琮张伟出版社及出版时间电子工业出版社，2000.7电子科技大学，2000机械工业出版社，2002.1授课教师徐灵飞职 称讲师单 位电信系授课时间周 次第 1步编写时间 章节名称总体方案设计教学目的与要求：绘制系统整体方案框图，确定系统组成各模块实现功能。根据系统实现功能的各模块，选择核心元器件具体型号（包括MCU、ADC、DAC、传感器等）教学重点和难点：重点：系统中体方案的确定；难点： 关键器件选型。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：根据要求设计系统实现中的方案，选择系统实现需要的关键器件。；教学方法：讲解系统总体的功能，给出参考方案框图；辅助手段 可以DSP试验箱上的资源，作为设计参考资料；师生互动：以实际例子，解释系统实现的各部分功能；时间分配：4学时。作业及课外训练： 课外收集相关资料，完成系统方案的完善。 尽量熟悉所选关键器件的特性参考资料（含参考书、文献等）：DSP原理及应用教程, MCS-51系列DSP实用接口技术DSP原理及应用课后自我总结分析：第一次主要是布置课程设计的任务。需要教师敬爱功能本课程设计所需要实现的功能讲解清楚，可以给出参考的方案。在进行这个课程设计得时候，学生可能刚学完DSP，因此大部分学生对DSP的理解不会很深，更缺乏DSP方面的实践能力。所以，课程设计得内容及任务不宜太难。而且只靠课内学时不够，需要督促学生在课下利用网络及图书馆资源补充相关知识，丰富自身相关的知识。周 次第 2步编写时间 章节名称模块电路原理图设计教学目的与要求：给出各模块外围连接的具体电路。初步设计设计各模块与MCU的连接关系图。教学重点和难点：重点：设计系统各模块的具体电路原理图；难点：MCU外围IO端口的分配。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：熟悉选择各元件的具体特性及外围电路连接关系，设计系统各模块具体的电路及模块间连接关系；教学方法：教师通过计算机演示原理图的绘制方法；辅助手段：提供参考的电路原理图，作为设计模版；师生互动：现场指导电路的设计及绘制；时间分配：4学时；作业及课外训练：课外进行模块电路图的修改及优化。完成所有既定的原理图绘制任务。参考资料（含参考书、文献等）：DSP原理及应用教程, MCS-51系列DSP实用接口技术DSP原理及应用电子设计与实践、电子线路设计指导课后自我总结分析：这部分进行的前提事学生学过Protel 99se或其它的电路图CAD软件。在开始之前，教师可以先将原理图的绘制方法及步骤作一简单的演示。其中关键的是元器件库的绘制及MCU外围IO资源的分配。 周 次第 3步编写时间 章节名称系统实现功能具体确定教学目的与要求：给出系统运行整体的流程图。给出各模块功能实现的程序流程图。教学重点和难点：重点：系统功能实现的整体流程图；难点：各模块功能流程图具体细节的设计。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：确定设计系统的各模块的详细功能及各模块与MCU间的接口；教学方法：教师讲解要求，给出示例，学生自己设计流程图；辅助手段：师生互动：现场指导，参与学生流程图设计的讨论工作；时间分配：2学时；作业及课外训练：课下进一步的细化流程图实现细节。完善整体功能实现框架，使之合理化、系统化。根据需要，同步电路图与功能流程图之间的关系。参考资料（含参考书、文献等）：DSP原理及应用教程, MCS-51系列DSP实用接口技术DSP原理及应用电子设计与实践、电子线路设计指导课后自我总结分析：程序流程图对程序编写有指导作用，必须要求学生绘制自己的流图，让学生养成一个好的习惯。在程序流程图设计过程中，需要参考绘制好的原理图。但是，受功能实现需求的限制，电路原理图可能需要修改、返工，这一点需要给学生讲清楚。周 次第 4步编写时间 章节名称绘制系统整体电路图教学目的与要求：使用Protel 99SE绘制系统具体的整体电路图；教学重点和难点：重点：系统整体电路图的绘制；难点：器件库的设计。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：根据确定的系统实现流程图，绘制系统具体的电路原理图；教学方法：教师讲解要求，给出示例，学生自己设计；。辅助手段：通过地计算机演示相关电路的绘制工作；师生互动：现场指导，参与学生电路图设计的讨论工作；时间分配：4学时；作业及课外训练：完成系统整体电路图的绘制及优化。做好PCB版图绘制的工作。参考资料（含参考书、文献等）：DSP原理及应用教程, MCS-51系列DSP实用接口技术DSP原理及应用电子设计与实践、电子线路设计指导课后自我总结分析： 这一部分是以后PCB 绘制的基础。在此一定需要让学生将 整体电路图全部设计出来。对学生而言，电路图的设计过程，就是工具软件的熟悉过程，需要让学生养成规范的电路图绘制的习惯。避免学生之间电路图的抄袭现象。周 次第 6步编写时间 章节名称绘制系统线路PCB教学目的与要求：给出系统设计需要的PCB版图。教学重点和难点：重点：设计系统PCB版图；难点：PCB绘制所需关键元件PCB库的设计。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：绘制系统整体的PCB。教学方法：教师讲解要求，给出示例，学生自己设计；。辅助手段：通过地计算机演示相关电路的绘制工作；师生互动：现场指导，参与学生PCB设计的讨论工作；时间分配：4学时；作业及课外训练：完成PCB版图后续处理及优化工作。参考资料（含参考书、文献等）：DSP原理及应用教程, MCS-51系列DSP实用接口技术DSP原理及应用电子设计与实践、电子线路设计指导课后自我总结分析：PCB设计，相对于原理图来讲，直观性不是很强，对学生来讲可能是一件比较困难的事情。但是，这是电路板设计的关键一步，直接影响到后续制版、元件焊接及最后硬件平台的可靠性及稳定性。在PCB设计过程中，一定需要提醒学生先将电路原理弄清楚，然后根据原理布局、及走线。给学上讲解基本的布局及走线的原则，尽量避免初学时的自动布局及布线。每个元件的位置、每根走线都需要考究。周 次第 6步编写时间 章节名称2FSK调制及解调程序设计教学目的与要求：根据设计的要求，设计2FSK调制及解调程序。教学重点和难点：重点：2FSK调制及解调程序设计；难点：2FSK调程序设计。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：理解2FSK调制及解调的原理，设计2FSK调制及解调的方案，给出具体的实现思路。；教学方法：教师讲解要求，给出示例，学生自己设计；。辅助手段：；师生互动：现场指导；时间分配：4学时；作业及课外训练：参考资料（含参考书、文献等）：DSP原理及应用教程, MCS-51系列DSP实用接口技术DSP原理及应用电子设计与实践、电子线路设计指导课后自我总结分析：这一部分进行2FSK调制及解调程序的实际设计。学生以前没有实际进行过大的DSP程序的设计。需要先将2FSK调制及解调的原理讲解清楚！然后再将相应的算法进行Matlab的仿真，最后进行DSP程序的实现！周 次第 7步编写时间 章节名称FIR滤波器程序设计教学目的与要求：根据设计的要求，设计FIR滤波器程序。教学重点和难点：重点：FIR滤波器程序设计；难点：FIR滤波器程序设计。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：计算FIR实现所需的参数，设计FIR滤波器程序；教学方法：教师讲解要求，给出示例，学生自己设计；。辅助手段：；师生互动：现场指导；时间分配：4学时；作业及课外训练：参考资料（含参考书、文献等）：DSP原理及应用教程, MCS-51系列DSP实用接口技术DSP原理及应用电子设计与实践、电子线路设计指导课后自我总结分析：这一部分进行2FSK调制及解调程序的实际设计。学生以前没有实际进行过大的DSP程序的设计。但是，这方面的理论学生学的比较多，也讲过很多的例子！根据实际的系统设计的要求，先在Matlab上进行FIR滤波器参数的设计，然后再根据参数进行对称系数FIR滤波器的程序设计！周 次第 8步编写时间 章节名称编写各模块程序教学目的与要求：根据程序实现流程图，给出系统实现用的整体程序框架。给出各模块控制用的子程序。教学重点和难点：重点：整体程序框架；难点：给出各模块控制用的子程序。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：编写系统实现各模块控制用的程序；教学方法：教师讲解要求，给出示例，学生自己进行程序的编写；辅助手段：通过计算机演示程序编写的基本格式和要求；师生互动：现场指导；时间分配：4学时；作业及课外训练：完善各模块程序的功能。最好能够对各部分程序进行仿真、验证；参考资料（含参考书、文献等）：DSP芯片的原理与开发应用、数字信号处理教程、TMS320C54x、DSP 技术与应用实例（第2版）课后自我总结分析：这部分需要学生开始进行程序的编写。学生到目前为止基本上只会汇编语言的编写，所以需要学生对汇编指令很熟悉，特别在程序流程转折的时候，注意指令的选择。提醒学生程序设计过程中，对于数据存储空间的分配。这关系到程序使用到的变量存储的位置，及使用的合理性。注意系统寄存器的使用过程，避免发生不应该的冲突。周 次第10步编写时间 章节名称编写系统程序教学目的与要求：根据程序流程图，给出系统整体的控制程序。教学重点和难点：重点：系统整体的控制程序编写；难点：系统整体的控制程序编写。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：编写系统实现需要的整体程序；教学方法：教师讲解要求，学生自己进行程序的编写；辅助手段：通过计算机演示程序编写的基本格式和要求；师生互动：现场指导；时间分配：4学时；作业及课外训练：完成课内没有完成的工作。最好能进行整体系统功能的恶仿真。参考资料（含参考书、文献等）：DSP芯片的原理与开发应用、数字信号处理教程、TMS320C54x、DSP 技术与应用实例（第2版）课后自我总结分析：进行系统整体程序的编写，需要将前面便写好的模块程序进行有效的组织。由于学生在课堂上学习的汇编伪指令有限，因此学生只能在一个汇编文件中进行程序的编写。注意在程序编写整合过程中，子程序调用系统寄存器间使用冲突的问题。 周 次第11步编写时间 章节名称系统仿真联调教学目的与要求：在设计的硬件电路板上烧写编写的程序，进行系统的仿真联调。教学重点和难点：重点：系统仿真联调；难点：系统联调中出现问题的解决。教学组织（含课堂教学内容、教学方法、 辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：教学内容：系统整体仿真调试；教学方法：教师讲解要求及注意事项，学生自己进行调试；辅助手段：通过具体事例讲解容易出现的问题；师生互动：现场指导；时间分配：4学时；作业及课外训练：完成课内没有完成的调试工作。撰写本课程设计的书面报告。整理这个设计过程中设计的所有程序及原理图；总结设计经验。 参考资料（含参考书、文献等）：DSP芯片的原理与开发应用、数字信号处理教程、TMS320C54x、DSP 技术与应用实例（第2版）课后自我总结分析：最后一步，需要在前面所有功能模块都调试没有问题的前提下进行。硬件上注意各模块之间的连接，软件上注意主程序初始化设计及子程序调用的问题。一定要和安排好程序中使用的变量的存储空间。附件：系统整体的结构图图12FSK调制算法2FSK调制采用查表法，可以实现较好的实时性，特别适用于通信载波的生成。在DSP 的程序存储空间,使用Q15 定点数格式在0,2上以2/N的相位间隔固化N 点正弦值，以供查表，在此取N=12。这样对于F0和F1的取样间隔分别为： （1）使用DSP定时器T0，用来实现对数据解调DAC输出速率的控制。这样，如要实现12Kbps的数据传输速率，需要将DSP定时器T0的溢出率设置为192KHz。2FSK解调算法FSK解调有相干解调和非相干解调3,4，相干解调对通信设备要求较高，一般数字调频系统都采用非相干解调5。在此，采用实时性较高的2FSK信号差分检波解调算法6。算法的基本思想是已调信号和它的/2的延时信号相乘，然后经过低通滤波，根据滤波结果的符号判断发送信号的值，从而实现信号的解调。算法原理图如下图所示。图2信号采样值S(n)经延时器延迟k个采样点得到S(nk)。k要小于每个二进制码元周期内的采样点数，使得S(n)和S(nk)是属于同一个二进制码元的采样值。S(n)和S(nk)相乘后的输出样值： （2）前面一部分是仅与k有关的常数。后面一部分是与n有关的高频分量，可通过对称系数低通滤波器h(n)来滤除。低通滤波器h(n)的截止频率设为12KHz，对称系数经Matlab计算求得：h0=0.00018497，h1=0.26316，h2=0.19272，h3=0.22079，通过该低通滤波器后得到： （3）k的选择是设计解调器的关键，应使差值： （4）最大，以利于正确区分两种频率，降低判决的误码率。根据实际的测试得到，当k=2时，可以得到较好的区分度。经过低通滤波后的数据U(n)经过判决算法后，可以得到最终所要的解调数据Y(n)。系统12个采样数据表示一个码元，当判决算法连续判决12个采样数据（一个码元包含的采样点）满足预设阈值之后，确定一个码元的状态。假设如下判决算法中用都得变量：LPFOUT滤波器输出，DATA_THD幅度判决的阈值，DEC_DATA_CURR当前采样点判决值，DEC_DATA_BE前一次采样点判决值，DEC_NUM判决用计数器，DEC_NUM_X周期计数器。判决算法流程图如下图所示：图3FIR6实验的仿真结果滤波前 滤波后图4FIR滤波器验证1000Hz与2000Hz在8000Hz采样频率下，叠加滤波前波形及滤波后波形Matlab仿真结果滤波前 滤波后图5FIR滤波器验证1000Hz与2000Hz在8000Hz采样频率下，叠加滤波前波形及滤波后波形CCS下仿真结果滤波前 滤波后图6FIR滤波器验证：16KHz与32KHz在192KHz采样频率下（Fc=24KHz,F0=16KHz,F1=32KHz,Fs=192KHz，载波为正弦波），调制滤波前(001100110011)波形及滤波后波形；CCS下仿真结果：滤波前 滤波后图716KHz与32KHz在192KHz采样频率下（