DSP课程设计报告-4

JIANGSUUNIVERSITY高速处理芯片课程设计院部：电气信息工程学院班级：XXXX学号：311XXXXX姓名：XXX20151月8号题目一：用定时器实现数字振荡器一．设计目的在数字信号处理中，会经常使用到正弦/余弦信号。通常的方法是将某个频率的正弦/余弦值预先计算出来后制成一个表，DSP工作时仅作查表运算即可。在本设计中将介绍另一种获得正弦/余弦信号的方法，即利用数字振荡器用叠代方法产生正弦信号。本设计除了学习数字振荡器的DSP实现原理外，同时还学习C54X定时器使用以及中断服务程序编写。二．设计要求本设计利用定时器产生一个2KHz的正弦信号。定时器被设置成每25uS产生一次中断。利用该中断，在中断服务程序中用叠代算法计算出一个SIN值，同时利用CCS的图形显示功能查看波形。三．数字振荡器原理设一个传递函数为阵线序列sinkwT，其z变换为其中，A＝2coswT，B＝-1,C=sinwT。设初始条件为0，求出上式的反Z变换得：y[k]=Ay[k-1]+By[k-2]+Cx[k-1]这是个二阶差分方程，其单位冲击响应即为sinkwT。利用单位冲击函数x[k-1]的性质，即仅当k=1时，x[k-1]=1，代入上式得：k=0y[0]=Ay[-1]+By[-2]+0=0k=1y[1]=Ay[0]+By[-2]+c=ck=2y[2]=Ay[1]+By[0]+0=Ay[1]k=3y[3]=Ay[2]+By[1]k=ny[n]=Ay[n-1]+By[n-2]在k﹥2以后，y[k]能用y[k－1]和y[k-2]算出，这是一个递归得方法。根据上面得说明，我们可以开始数字振荡器得设计。设该振荡器得频率为2kHz,采样率为40kHz（通过定时器设置，每隔25us中断一次，即产生一个y[n]）则递归得差分方程系数为：A＝2coswT=2cos(2×PI×2000/40000)=2×0.95105652B=-1C=sinwT=sin(2×PI×2000/40000)=0.30901699为了便于定点DSP处理，我们将所有系数除以2，然后用16为定点格式表示为：这便是本实验中查生2kHz阵线信号的三个系数。在本实验中，主程序在初始化时先计算出y[1]和y[2],然后开放定时器中断。以后每次进入定时器中断服务程序时，利用前面的y[1]和y[2]，计算出新的所有y[n]，通过CCS提供的图形显示工具，我们将在图形窗口中看到一个正弦信号波形。下面时初始化和中断服务程序代码片断：初始化y[1]和y[2]:ssbxFRCT:置FRCT=1，准备进行小数乘法运算st＃INIT_A,AA:将常数A装入变量AAst＃INIT_B,BB:将常数B装入变量BBst＃INIT_C,CC:将常数C装入变量CCpshdCC:将变量CC压入堆栈popdy2:初始化y2=CCldAA.T:装AA到T寄存器mpyy2,a:y2乘系数A，结果放入A寄存器stha,y1:将A寄存器得高16位存入变量y1中断服务程序片断ldBB,T:将系数B装入T寄存器mpyy2,a:y2乘系数B，结果放入A寄存器ltdy1:将y1装入T寄存器，同时复制到y2macAA,a:完成新正弦数据的计算，a寄存器中为y1*AA+y2*BBstha,l,y1:将新数据存入y1,因所有系数都除过2，所以在保存结果时转移一位，恢复数据正常大小stha,l,y0:将新正弦数据存入y0四．设计任务本设计需要使用C54X汇编语言实现数字振荡器，并通过DES的虚拟示波器和频谱仪观察输出信号波形以及频谱。设计分三步完成：根据确定数字振荡器的频率，确定系数数字振荡器系数的确定在前面已经说明，这里不再赘述。编写设计程序代码本设计程序利用DES板提供的定时器中断实现一个数字振荡器，产生的2KHz正弦波形送虚拟示波器显示。设计程序框图和定时器中断服务程序框图：如下。在CCSSimulator中调试运行，并观察结果。步骤如下：启动CCS50001.2，如果需要，打开C54xxSimulator。选择Project→New，建立新工程。打开一个源程序编辑窗口，输入程序。做好存储器管理，编辑好连接定位文件。将源程序添加到工程中，并确保编译通过。编写连接命令文件，确保连接正确。装入程序。选View→Graph→Time/Frequency…，在弹出的对话框中按图4-4设置。在中断服务程序中设置断点。选择Debug→Animate，观察输出波形。如果波形不正确，设置断点调试。五．程序流程图开中断开中断初始化定时器中断入口地址初始化定时器中断入口地址初始化定时器初始化定时器初始化IMR寄存器初始化IMR寄存器初始化差分方程系数初始化差分方程系数初始化y1和y2初始化y1和y2开中断开中断等待中断等待中断图1主程序流程图进入中断服务进入中断服务保存ST0，ST1，AH和AL寄存器将系数装入T寄存器，然后计算y2*B，结果在A中计算新的正弦值将AH左移1位后存入y1将y1装入T寄存器，同时将y1复制到y2将AH左移1位后存入y0恢复寄存器AL，AH，ST1,ST0开中断返回图2定时器中断服务流程图六．运行结果FIR数字滤波器设计一、设计目的数字滤波器的作用是滤除信号中某一部分频率分量。信号经过滤波处理，就相当于信号频谱与滤波器的频率响应相乘的结果。从时域来看，就是输入信号与滤波器的冲激响应作卷和。数字滤波器在各种领域有广泛的应用，例如数字音响、音乐和语音合成、噪声消除、数据压缩、频率合成、谐波消除、过载检测、相关检测等。本设计学习数字滤波器的DSP实现原理和C54X编程技巧。二、设计要求本设计重点研究FIR滤波器的DSP实现方法。读者可以使用数字滤波器辅助设计软件包或自行计算FIR滤波器的系数。本设计要求实现一个20阶的对称结构的FIR低通滤波器，其采样频率Fs为20KHz，通带截止频率4KHz，阻带截止频率为7KHz，阻带衰减为-40dbB。三、原理简述设FIR滤波器的系数为h(0),h(1),…,h(N-1),X(n)表示滤波器在n时刻的输入，则n时刻的输出为：y(n)=h(0)x(n)+h(1)x(n-1)+…+h(N-1)x[n-(N-1)]使用MAC或FIRS指令可以方便实现上面的计算。三、设计内容本设计需要使用C54X汇编语言或者C语言实现FIR滤波器。步骤如下：设计FIR滤波器的系数。可以使用数字滤波器辅助设计软件包或自行计算FIR滤波器的系数。注意，FIR滤波器系数设计时，系统采样频率应和实际采样频率设置一致。本设计中使用的是一个34阶的对称结构的FIR低通滤波器，其采样频率为Fs为20KHz，通带截止频率4KHz，阻带截止频率为7KHz，阻带衰减为-40dB，其系数使用数字滤波器辅助设计软件DFDP4得到。编写设计程序代码本设计基于CodeComposerStudio开发系统平台进行滤波运算。输入数据通过开发系统FileI/O功能完成待处理数据的输入，并将输入数据输入数据Buffer，运算结果也输出到输出Buffer中，通过开发系统的相应图形功能加以显示。输入数据为流文件，文件名rect.dat，表征采样率20kHz的1kHz的方波信号。在实际应用中，须根据应用系统加入输入输出控制模块。FIR滤波器数据窗口Buffer设置在2000h，输入数据Buffer在2100h，输出数据Buffer在2200h。在CodeComposerStudio开发系统上调试运行，观察结果。（1）完成程序代码的编写和出入，建立一个名为fir的project，加入vector.asm中断向量表文件和fir.cmd命令字文件，Build生成可执行的coff文件。（2）在file菜单中选取loadprogram命令将coff文件装入DSP系统。（3）在Dis—AssembleWindows中选择一行指令，加入ProbePoint探测点用以输入信号对应的数据流文件rect.dat，建议使用程序控件的0x1433地址指令nop。在FileI/O框中加入文件，同时确定输入地址0x2100（fir_in_buff）和长度0x100（fir_buff_size）,然后在选定WrapAround和使能ProbePoint。（4）为显示输入信号图形，选取View->Graph->Time/Frequency,改变StartAddress的地址为fir_in_buff。为显示输出的运算结果，选取View->Graph->Time/Frequency，改变StartAddress的地址为fir_out_buff。（5）使用Run菜单中的Animate命令，加以观察和调试。四．设计框图：开始开始参数初始化参数初始化DDSP寄存器初始化FFirfilter运算模块结束结束图3FIR滤波器程序框图五．运行结果：六．心得体会通过本次课程设计勉强实现了用定时器实现数字震荡器和FIR数字滤波器的设计。设计中，程序的调试是最难的部分。通过课程设计学习掌握了TMS320C54xDS