正弦波信号发生器课程设计.doc

2010级学生DSP原理及应用课程设计 太 原 理 工 大 学DSP原理及应用课程设计报告书课题名称 正弦波信号发生器姓 名 高占冬学 号 2010001279院、系、部 信息工程专 业 通信1002 正弦波信号发生器课程设计一、 课程设计基础数字信号处理(Digital Signal Processing，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。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用。数字信号处理是以众多学科为理论基础,它所涉及的范围极其广泛。如数学领域中的微积分、概率统计、随机过程、数字分析等都是数字信号处理的基础工具。它与网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等密切相关。 一个典型的DSP系统应包括抗混叠滤波器、数据采集A/D转换器、数字信号处理器DSP、D/A转换器和低通滤波器等组成。 x(t)抗混叠滤波器A/D转换器x(n)y(n)y(t)数字信号处理器D/A转换器低通滤波器DSP信号处理过程： 将输入信号x(t)进行抗混叠滤波，滤掉高于折叠频率的分量，以防止信号频谱的混叠； 经采样和A/D转换器，将滤波后的信号转换为数字信号x(n)； 数字信号处理器对x(n)进行处理，得数字信号y(n)； 经D/A转换器，将y(n)转换成模拟信号； 经低通滤波器，滤除高频分量，得到平滑的模拟信号y(t)。二、 课程设计目的 1、了解DSP对数据的处理能力2、利用DSP实现正弦信号发生器三、 课程设计总体方案1. 总体方案设计 基于DSP的特点，本设计采用TMS320C54X系列的DSP作为正弦信号发生器的核心控制芯片。 用泰勒级数展开法实现正弦波信号。 设置波形时域观察窗口，得到其滤波前后波形变化图； 设置频域观察窗口，得到其滤波前后频谱变化图。2. 正弦波信号发生器 正弦波信号发生器已被广泛地应用于通信、仪器仪表和工业控制等领域的信号处理系统中。通常有两种方法可以产生正弦波，分别为查表法和泰勒级数展开法。查表法是通过查表的方式来实现正弦波，主要用于对精度要求不很高的场合。泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值，且只需要较小的存储空间。本次主要用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。 产生正弦波的算法正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式：取泰勒级数的前5项，得近似计算式：递推公式：sin(nx) = 2cos(x)sin(n-1)x-sin(n-2)x cos(nx) = 2cos(x)sin(n-1)x-cos(n-2)x 由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时,需要已知cos(x)、sin(n-1)x、sin(n-2)x和cos(n-2)x。四、课程设计内容1.用泰勒级数展开法计算sin(x）的值；2.用泰勒级数展开法计算con(x) 的值；3.用泰勒级数展开法产生正弦波。五、课程设计步骤1、用泰勒级数展开法计算sin(x)的值：1在CCS中建立项目：sinx.pjt，装载程序并运行；2在程序sinx.asm中，给出的x的值为pi/4=6487弧度。如果改变x在程序中的值，便可以计算其他角度的正弦值。3执行结果sin(pi/4)=5A81H，存储在数据存储器d_sinx(2003H)单元中。用查看寄存器的方法可以看到此结果。2、用泰勒级数展开法计算cos(x)的值：1在CCS中建立项目：cosx.pjt，装载程序并运行；2在程序cosx.asm中，给出的x的值为pi/4=6487弧度。如果改变x在程序中的值，便可以计算其他角度的余弦值。3执行结果sin(pi/4)=5A82H，存储在数据存储器d_sinx(2003H)单元中。用查看寄存器的方法可以看到此结果。3、用泰勒级数展开法产生正弦波：1在CCS中建立项目：sin.pjt，装载程序；2在程序的适当处加上一个断点。作用：这里定义了一个显示缓冲区dis_buf，将要输出到D/A的数据送到显示缓冲区当中去，以便在CCS图形显示的时候可以从图形显示中得到数据。3打开CCS的图形显示窗口，修改如下参数： Start Address=sin_x、Page=Data、Acquisition Buffer Size=360、Display Data Size=360；DSP Data Type=16-bit signed integer4点击CCS的Debug/Animate运行此程序，就可以在CCS的图形观察窗口看到正弦波的显示。注：Animate运行方式是在遇见断点后继续执行的一种方式，在显示图形是特别方便，显示效果如下：参考程序：* 用泰勒级数开展开式计算一个角度的正弦值 *sin(x)=x(1-x*x/2*3(1-x*x/4*5(1-x*x/6*7(1-x*x/8*9)*.titlesinx.asm.mmregs.defstart .ref sin_start,d_xs,d_sinxSTACK:.usectSTACK,10start:STM#STACK+10,SPLD#d_xs,DPST#6487H,d_xs;x-d_xsCALLsin_startend:Bendsin_start:.defsin_startd_coef_s.usectcoef,4.datatable_s:.word01C7H;c1=1/(8*9).word030BH;c2=1/(6*7).word0666H;c3=1/(4*5).word1556H;c4=1/(2*3)d_x.usectsin_vars,1d_squr_x .usectsin_vars,1d_temp.usectsin_vars,1d_sinx.usectsin_vars,1c_1_s.usectsin_vars,1.textSSBXFRCTSTM#d_coef_s,AR4RPT#3MVPD#table_s,*AR4+STM#d_coeff_sAR2STM#d_xs,AR3STM#c_1_s,AR5ST#7FFFH,c_1_sSQUR*AR3+,A;A=x2STA,*AR3;(AR2)=x2|LD*AR5,B;B=1MASR*AR3+,*AR2+,B,A;A=1-x2/72,T=x2MPYAA;A=T*A=x2(1-x2/72)STHA,*AR3;(d_temp)=x2(1-x2/72)MASR*AR3-,*AR2+,B,A;A=1-x2/42(1-x2/72),T=x2(1-x2/72)MPYA*AR3+;B=x2(1-x2/42(1-x2/72)STB,*AR3;(d_temp)=x2(1-x2/42(1-x2/72)|LD*AR5,B;B=1MASR*AR3-,*AR2,B,A;A=1-x2/20(1-x2/42(1-x2/72)MPYA*AR3+;B=x2(1-x2/20(1-x2/42(1-x2/72)STB,*AR3;(d_temp)=B|LD*AR5,B;B=1MASR*AR3-,*AR2,B,A;A=1-x2/6(1-x2/20(1-x2/42(1-x2/72)MPYAd_xs;B=x(1-x2/6(1-x2/20(1-x2/42(1-x2/72)STH B,d_sinx;sin(theta)RET.end* 用泰勒级数开展开式计算一个角度的正弦值 * cos(x)=1-x*x/2(1-x*x/3*4(1-x*x/5*6(x*x/7*8) *.titlecosx.asm.mmregs.defstart .ref cos_start,d_xc,d_cosxSTACK:.usectSTACK,10start:STM#STACK+10,SPLD#d_xc,DPST#6487H,d_xc;x-d_xcCALLcos_startend:Bendcos_start:.defcos_startd_coef_c .usectcoef_c,4.datatable_c:.word0249H;c1=1/(7*8).word0444H;c2=1/(5*6).word0AABH;c3=1/(3*4).word4000H;c4=1/(1*2)d_xc .usectcos_vars,1d_squr_xc .usectcos_vars,1d_temp_c .usectcos_vars,1d_cosx.usectcos_vars,1c_1_c.usectcos_vars,1.textSSBXFRCTSTM#d_coef_c,AR4RPT #3MVPD#table_c,*AR4+STM#d_coeff,AR2STM#d_xc,AR3STM#c_1_c,AR3ST#7FFFH,c_1_cSQUR*AR3+,A;A=x2STA,*AR3;(AR2)=x2|LD*AR5,B;B=1MASR*AR3+,*AR2+,B,A;A=1-x2/56,T=x2MPYAA;A=T*A=x2(1-x2/56)STHA,*AR3;(d_temp)=x2(1-x2/56)MASR*AR3-,*AR2+,B,A;A=1-x2/30(1-x2/56),T=x2(1-x2/56)MPYA*AR3+;B=x2(1-x2/30(1-x2/56)STB,*AR3;(d_temp)=x2(1-x2/30(1-x2/56)|LD*AR5,B;B=1MASR*AR3-,*AR2,B,A;A=1-x2(1-x2/30(1-x2/56)SFTAA,-1,A;A右移一位即A除以2NEGAMPYA*AR3+;B=-x2/2(1-x2/12(1-x2/30(1-x2/56)MAR*AR3+RETDADD*AR5,16,B;B=1-x2/2(1-x2/12(1-x2/30(1-x2/56)STHB,*AR23;cos(theta)RET.end* * 利用泰勒公式产生正弦波的程序 *.titlesin.asm.mmregs.defstart .ref d_xs,d_sinx,d_xc,d_cosxsin_x:.usectsin_x,360STACK:.usect STACK,10k_theta.set286PA0 .set0start: .textSTM#STACK+10,SPSTM#0,AR0STMk_theta,AR1STM#sin_x,AR7STM#90,BRCRPTBloop1-1LDMAR0,ALD #d_xs,DPSTL A,d_xsSTL A,d_xcCALLsin_startCALLcos_startLD #d_sinx,DPLD d_sinx,16,AMPYAd_cosxSTH B,1,*AR7+MAR*AR0+0loop1:STM#sin_x+89,AR6STM#88,BRCRPTBloop2-1LD*AR6-,ASTLA,*AR7+loop2:STM#179,BRCSTM#sin_x,AR6RPTBloop3-1LD*AR6+,ANEGASTLA,*AR7+loop3:STM#sin_x,AR7 STM#1,AR1 STM #360,BKloop4:PORTW*AR7+0%,PA0Bloop4Endvectors.objsin,obj-o sin.out-m sin.map-e startMEMORYPAGE0:EPROM: org=0E000H,len=1000HVECS: org=0FF80H,len=0080HPAGE0SPRAM: org=0060H,len=0020HDARAM1: org=0080H,len=0010HDARAM2: org=0090H,len=0010HDARAM3: org=0200H;len=0200HSECTIONS.text : EPROM PAGE0.data : EPROM PAGE0STACK : SPRAM PAGE1sin_vars : DARAM1 PAGE1coef_s : DARAM1 PAGE1cos_vars : DARAM1 PAGE1coef_c : DARAM2 PAGE1sin_x : align(512) DARAM3 PAGE1.vectors : VECS PAGE0*六、课程设计总结通过这次课程设计，让了解到书上没有 的知识，进一步了解了DSP的功能，也学会了CC