DSP课程设计——信号发生器(方波)

成成 绩绩 评评 定定 表表 学生姓名王子豪班级学号1103030423 专 业电子信息工程课程设计题目信号发生器 方 波 评 语 组长签字 成绩 日期 2015 年 1 月 日 课程设计任务书课程设计任务书 学 院信息科学与工程学院专 业电子信息工程 学生姓名王子豪班级学号1103030423 课程设计题目信号发生器 方波 实践教学要求与任务实践教学要求与任务 基于 Dsp 的信号发生器设计 1 设计一个信号发生器 方波 2 在 XF 引脚上输出任意频率的方波 工作计划与进度安排工作计划与进度安排 1 选题 查阅资料及编写软件程序 或硬件原理图设计 2 课内上机调试程序及仿真 3 课外上机调试程序及仿真 4 调试出结果 调试结果验收并写报告 5 修改报告及提交报告电子版 修改之后 6 正式提交报告 打印版 及参加第一次答辩 指导教师 2014 年 月 日 专业负责人 2014 年 月 日 学院教学副院长 2014 年 月 日 目录 1 绪论 1 1 1 设计背景 1 1 2 设计目的 2 1 3 设计任务 2 2 设计过程 3 2 1 设计原理 3 2 2 XF 引脚周期性变化 3 2 3 子程序的调用 4 3 程序代码 5 3 1 源程序 5 3 2 SDRAM 初始化程序 7 3 3 方波程序连接命令文件 9 4 调试仿真运行结果分析 10 4 1 寄存器仿真结果 10 4 2 模拟输出仿真 12 5 设计总结 13 参考文献 13 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 1 信号发生器 方波 1 绪论 1 1 设计背景 数字信号处理是 20 世纪 60 年代 随着信息学科和计算机学科的高速发展 而 迅速发展起来的一门新兴学科 它的重要性日益在各个领域的应用中表现出 来 其主要标志是两项重大进展 即快速傅里叶变换 FFT 算法的提出和数字 滤波器设计方法的完善 数字信号处理是把信号用数字或符号表示成序列 通 过计算机或通用 专用 信号处理设备 用数值计算方法进行各种处理 达到 提取有用信息便于应用的目的 例如 滤波 检测 变换 增强 估计 识别 参数提取 频谱分析等 数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波 因此 在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域 这通常通过模数 转换器实现 而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域 这是通过数模转 换器实现的 数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号 处理器 DSP 和专用集成电路 ASIC 等 数字信号处理的研究方向应该更 加广泛 更加深入 特别是对于谱分析的本质研究 对于非平稳和非高斯随机 信号的研究 对于多维信号处理的研究等 都具有广阔前景 数字信号处理技术发展很快 应用很广 成果很多 多数科学和工程中遇 到的是模拟信号 以前都是研究模拟信号处理的理论和实现 模拟信号处理缺 点 难以做到高精度 受环境影响较大 可靠性差 且不灵活等 数字系统的 优点 体积小 功耗低 精度高 可靠性高 灵活性大 易于大规模集成 可 进行二维与多维处理 随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展 加之 从 60 年代末以来数字信号处理理论和技术的成熟和完善 用数字方法来处理信 号 即数字信号处理 已逐渐取代模拟信号处理 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备 以数字形式对信号进行采集 变换 滤波 估值 增强 压缩 识别等处理 以得到符合人们所需要的信号 形式 数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术 数字信号 处理与模拟信号处理是信号处理的子集 数字信号处理技术及设备具有灵活 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 2 精确 抗干扰强 设备尺寸小 造价低 速度快等突出优点 这些都是模拟信 号处理技术与设备所无法比拟的 数字信号处理 Digital SignalProcessing 简称 DSP 是一门涉及许多学 科而又广泛应用于许多领域的新兴学科 数字信号处理是围绕着数字信号处理 的理论 实现和应用等几个方面发展起来的 数字信号处理在理论上的发展推 动了数字信号处理应用的发展 反过来 数字信号处理的应用又促进了数字信 号处理理论的提高 而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁 数字 信号处理是以众多的学科为理论基础的 它所涉及的范围及其广泛 例如 在 数学领域 微积分 概率统计 随机过程 数值分析等都是数字信号处理的基 本工具 与网络理论 信号与系统 控制论 通信理论 故障诊断等也密切相 关 一些新兴的学科 如人工智能 模式识别 神经网络等 都与数字信号处 理密不可分 可以说 数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论 基础 同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础 长期以来 信号处理技术 直用于转换或产生模拟或数字信号 其中应用 得最频繁的领域就是信号的滤波 此外 从数字通信 语音 音频和生物医学 信号处理到检测仪器仪表和机器人技术等许多领域中 都广泛地应用了数字信 号处理 digital signal processing DSP 技术 数字信号处理己经发展成为一项 成熟的技术 并且在许多应用领域逐步代替了传统的模拟信号处理系统 1 2 设计目的 1 通过课程设计加深对 DSP 软件有关知识的学习与应用 2 学习汇编语言并能熟练掌握与应用 3 了解定时中断原理 1 3 设计任务 1 设计一个信号发生器 方波 2 在 XF 引脚上输出任意频率的方波 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 3 2 设计过程 2 1 设计原理 作为本设计的核心器件 DSP 芯片的运算能力要求比较高 同时又存在运 算过程中大量数据交换的特点 方波信号发生器是信号中最常见的一种 它能输出一个幅度可调 频率可 调的方波信号 在科学研究及生产实践中均有着广泛应用 目前 常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的 当这种模拟信号发生 器用于低频信号输出往往需要的 RC 值很大 这样不但参数准确度难以保证 而且体积大和功耗都很大 而由数字电路构成的低频信号发生器 虽然其低频 性能好但体积较大 价格较贵 而本文借助 DSP 运算速度高 系统集成度强的 优势设计的这种信号发生器 比以前的数字式信号发生器具有速度更快 且实 现更加简便 这里说明一下使用 TI 公司的 DSP 芯片 TMS320C5502 以下简称 5502 来产生 方波信号的原理 由于产生一个方波信号需要有一个适合的定时器来重复产生 一个与方波周期相同的计数周期 并用一个比较寄存器 来保持调制值 因此 比较寄存器的值应不断与定时寄存器的值相比较 这样 当两个值相匹配时 就会在响应的输出上产生一个转换 从低到高或从高到低 从 而产生输出脉 冲 输出的开启 或关闭 时间与被调制的数值成正比 因此 改变调制数值 相关引脚上输出的脉冲信号的宽度也将随之改变 通过 TMS320C5502 的 事件管理器模块可以产生一定占空比的脉冲信号 而使用其中的通用定时器 全比较单元和单比较单元则均可发出脉冲 由 DSP 可输出一系列等幅不等宽的波形信号 这些信号再经过外围一系列调理电路的 变换之后 便可以得到所需要方波信号了 事实上 在硬件上 DSP 有两个设 计一样的事件管理模块 EVA EVB 每一个事件管理模块都有 6 个输出口 故可输出两组方波 一般均可满足通常的设计需要 2 2 XF 引脚周期性变化 最简单的程序 DSP XF1 asm 循环对 XF 位置 1 和清 0 用示波器可以在 XF 脚检测到电平高低周期性变 化 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 4 mmregs 预定义的寄存器 def CodeStart 定义程序入口标记 text 程序区 CodeStart 程序入口 BSET XF XF 置 1 RPT 999 重复执行 1000 次空指令产生延时 NOP BCLR XF XF 清 0 RPT 999 重复执行 1000 次空指令产生延时 NOP B CodeStart 跳转到程序开头循环执行 end NOP 指令执行时间为一个时钟周期 设 DSP 工作频率是 50MHz 可以估 算出 XF 引脚电平的变化频率约为 50M 2000 25kHz 在没有示波器的情况下 就要将这个程序稍作改进 增加延时 用一个延 时子程序将 XF 脚电平变化频率降到肉眼可分辨的程度 就可以用 LED 来显示 电平的变化 2 3 子程序的调用 DSP XF2 asm 对 DSP XF1 asm 稍作改进 用延时子程序设置较长的延时 可以用试验板上的 LED 看到 XF 引脚电平的变化 mmregs 预定义的寄存器 def CodeStart 定义程序入口标记 text 程序区 CodeStart 程序入口 BSET XF XF 置 1 CALL Delay 调用延时程序 BCLR XF XF 清 0 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 5 CALL Delay 调用延时程序 B CodeStart 跳转到程序开头循环执行 延时子程序 Delay 用两级减一计数器来延时 调整 AR1 和 AR2 的大小 LED 闪烁的频率不同 Delay MOV 999 AR1 循环次数 1000 LOOP1 MOV 4999 AR2 循环次数 5000 LOOP2 BCC LOOP2 AR2 如果 AR2 不等于 0 AR2 减 1 再判 断 BCC LOOP1 AR1 如果 AR1 不等于 0AR1 减 1 跳转到 L OOP1 RET end 3 程序代码 3 1 源程序 方波与程序清单 timer asm mmregs def c int00 ref sdram init tim0 set 0 x1000 prd0 set 0 x1001 tcr0 set 0 x1002 prsc0 set 0 x1003 sysr set 0 x07fd clkmd set 0 x1c00 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 6 pdp timer0 set tim0 128 STACK usect stack 200h SYSSTACK usect sysstack 200h bss a1 1 data sect vectors rsv b c int00 nop align 8 nmi loop 8 nop endloop int0 loop 8 nop endloop int2 loop 8 nop endloop tint0 b Timer0 nop align 8 主程序 text c int00 amov 0 xdp amov STACK 200h xsp amov SYSSTACK 200h xssp bset intm mov 1 ivpd mov 1 ivph mov 10h ier0 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 7 mov 10h dbier0 mov 0 ier1 mov 0ffffh ifr0 mov 0ffffh ifr1 call sdram init mov pdp timer0 pdp mov 04f0h port tcr0 mov 0h port tim0 mov 0ffffh port prd0 mov 15h port prsc0 mov 0e0h port tcr0 bclr intm amov a1 xdp mov 0 ac0 mov ac0 a1 loop Nop b loop Timer0 mov a1 ac0 bcc Loop1 ac0 1 b Loop2 Loop1 bset xf mov 0 a1 b next Loop2 bclr xf mov 1 a1 Next reti end 3 2 SDRAM 初始化程序 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 8 def sdram init ebsr set 0 x6c00 egcr set 0 x800 emirst set 0 x801 emibe set 0 x802 ce01 set 0 x803 ce02 set 0 x804 ce03 set 0 x805 ce11 set 0 x806 ce12 set 0 x807 ce13 set 0 x808 ce21 set 0 x809 ce22 set 0 x80A ce23 set 0 x80B ce31 set 0 x80C ce32 set 0 x80D ce33 set 0 x80E sdc1 set 0 x80F sdper set 0 x810 sdcnt set 0 x811 init set 0 x812 sdc2 set 0 x813 sdram pdp set egcr 128 text sdram init mov 0 xa01 port ebsr ebsr 0 xa01 mov sdram pdp pdp mov 0 x220 port egcr egcr 0 x220 mov 0 x3000 port ce01 ce01 0X3000 mov 0 x1fff port ce11 ce11 0X1fff mov 0 x1fff port ce21 ce21 0 x1fff 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 9 mov 0 x1fff port ce31 ce31 0 x1fff mov 0 x0 port emirst emirst 0 mov 0 x5958 port sdc1 sdc1 0X5958 mov 0 x38f port sdc2 sdc2 0X38F mov 0 x0 port init init 0 ret end 3 3 方波程序连接命令文件 MEMORY PAGE 0 MMR origin 00000000h length 00000c0h SPRAM origin 00000c0h length 0000040h VECS origin 0000100h length 0000100h DARAM0 origin 0000200h length 0001E00h DARAM1 origin 0002000h length 0002000h DARAM2 origin 0004000h length 0002000h DARAM3 origin 0006000h length 0002000h SECTIONS vectors VECS PAGE 0 bss DARAM0 PAGE 0 stack DARAM1 PAGE 0 sysstack DARAM1 PAGE 0 text DARAM2 PAGE 0 data DARAM3 PAGE 0 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 10 4 调试仿真运行结果分析 所有程序经调试无误 全部正常运行 根据定时器长度计算公式 Tt T 1 TDDR 1 PRD 通过修改 TDDR 与 PRD 的值便可在 XF 引脚上输 出频率任意频率的方波 4 1 寄存器仿真结果 在 mov 0 a1 设置断点 当程序运行到此位置时 XF 位已被置为 1 图图 4 1 XF 引脚输出引脚输出 1 在 mov 1 a1 设置断点 当程序运行到此位置时 XF 位已被置为 0 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 11 图图 4 2 XF 引脚输出引脚输出 0 当程序再次运行到 mov 0 a1 断点时 XF 位又再一次被置为 1 图图 4 3 XF 引脚再次输出引脚再次输出 1 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 12 4 2 模拟输出仿真 打开 CCS V3 1 的 View Graph Property Dialog 菜单 打开图形属性对话 框 在对话框中修改相应参数 如图 4 4 所示 图图 4 4 图形显示窗口设置菜单图形显示窗口设置菜单 运行程序 在时域图观察视窗中的得到如图 4 5 所示的波形图 图图 4 5 图形显示图形显示 XF 引脚输出结果引脚输出结果 沈阳理工大学 DSP 课程设计报告 13 5 设计总结 在本次课程设