实验三用定时器实现数字振荡器

实验三用定时器实现数字振荡器

1、实验目的和要求

在数字信号处理中，正弦/余弦信号是最常见的信号之一。为了产生这些信号，通常的方法是

讲某个频率的正弦/余弦值余弦计算出来后制成一个表，DSP工作时仅作查表运算即可。在本实

验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。根

本思路是：利用定时器产生了一个2kHz的正弦信号，定时器被设置成每25uS产生一次中断，

(等效于采样速率未40k)利用该中断，在该中断效劳程序中用叠代算法计算出一个SNT值，

并利用CCS的图形显示功能杳看波形。

本实验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效

劳程序编写。另外，在本实验中我们将使用汇编语言和C语言分别完成源程序的编写。

2、实验原理

(1)数字振荡器原理

设冲击响应鼓励下，一个系统的传递函数为正弦序列sinkwT,其z变换为

其中，A=2coswT,B=-l,C=sinwTo设初始条件为0,求出上式的反Z变换得：

y[k]=Ay[k-l]+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[kT]的性质，即仅当

k=l时,x[k-l]=L代入上式得：

k=0y[0]=Ay[-1]+By[-2]+0=0

k=ly[U=Ay[0]4-By[-2]+c=c

k=2y[2]=Ay[1]+By[0]+0=Ay[1]

k=3y[3]=Ay[2]+By[l]

k=ny[n]=Ay[n-1]+By[n-2]

在k>2以后，y[k]能用y[k—l]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25cs中断一次，即产生一个y[n])那么递归得差分方程系数为：

A=2coswT=2cos(2XPIX2000/40000)=2X0.95105652

B=-l

C=sinwT=sin(2XPIX2000/40000)=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[l]

和y[2],然后开放定时器中断。以后每次进入定时器中断效劳程序时，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效劳程序代码片断：

初始化y⑴和y⑵：

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AA

ST#INIT_B,BB:将常数B装入变量BB

ST#TNIT_C,CC:将常数C装入变量CC

PSHDCC:将变量CC压入堆栈

POPDy2：初始化y2=CC

LDAA.T装AA到T存放器

MPYy2,A:y2乘系数A,结果放入A存放器

STHA,yl:将A存放器得高16位存入变量yl

中断效劳程序片断

LDBB,T:将系数B装入T存放器

MPYy2,A:y2乘系数B,结果放入A存放器

LTDyl:将yl装入T存放器，同时复制到y2

MACAA,A:完成新正弦数据的计算，A存放器中为

yl*AA+y2*BB

STHA,1,yl:将新数据存入yl,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,1,yO:将新正弦数据存入yO

(2)C54X的定时器操作

C54X的片内定时器利用CJC0UT时钟计数，用户使用三个存放器(TIM,PRD,TCR)来控制定时

器，参见表4-lo在表4-2中列出了定时器控制存放器的各个比特位的具体定义。'VC5402

得另一个定时器(定时器1)的控制存放器分别为：0X30(TIM1),0X31(PRD1),0X32

(TCR1)o

表4—1'VC5402定时器0的相关存放器

存放器地址名称用途

0024hTIM定时器存放器，每计数一次自动减一

0025hPRD定时器周期存放器，当TIM减为。后CPU自

动将PRD的值装入TIM

0026hTCR定时器控制存放器

表4-2定时器控制就存起(TCR)bit概要

比特名称功能

15-12保存读出时为0

11soft该比特位与10位配合使用以决定定时器在使用仿真调试

时的状态.

Soft=()当进入仿真调试时，定时器立即停止工作。

Soft=l当计数器被减为0后，停止工作。

10free该比特位与11位配合使用以决定定时器在使用仿真调试

时的状态

free=0根据11比特位决定定时器状态

free=l忽略11比特位，定时器不受影像

9—6PSC定时器预置计数器。当PSC减为0后，CPU自动将TDDR

装入,然后TIM开始减

5TRB定时器复位。当TRB=1时，CPU将PRD存放器的值装

入TIM存放器，将TDDR的值装入PSC

4TSS定时器停止状态。当系统复位时，TSS被去除，定时器立

刻开始工作。

TSS=0表示启动定时器

中断效劳程序很短(小于或等于4个字)，可以直接放入该向量表。中断向量表的位置可以通

过修改基地址来改变，其基地址由PMST存放器中的IPTR(15-7bit)决定。表4-3给出了中断

向量表的各中断的偏移说明。例如C54x复位后其IPTR全为1,所以中断向量表位置在OFF80H,

因而复位后程序从OFF80H开始运行。

本实验的初始化程序读取中断向量表的起始地址，然后设置PMST的高9位，以便DSP能

正确响应中断，代码如下：

LD#0,dp；设置DP页指针

SSBXintm；关闭所有中断

LD#vector;读出中断向量(地址、ector在中断向量表程序中定义)

AND#OFF8()h,A；保存PMST的低7位

ORPMST,A

STLMA,PMST；设置PMST(其中包括IPTR)

表4-354X的中断向量表

3、实验内容

本实验需要使用C54X汇编语言或C语言实现数字振荡器，并通过CCS提供的图形显示

窗口观察输出信号波形以及频谱。

实验分下面几步完成；

(1)根据确定数字振荡器的频率，确定系数。数字振荡器系数确实定在前面已经说明，这里不

再赘述。

(2)启动CCS,新建工程文件，如文件名为sinewave.mako选择Projecl菜单中的addFileto

Project选项，将汇编源程序exer3.sdm、vec_tAble.asm和连接定位sinewaved文件依次

添加到工程文件中。注意，你可以在添加文件对话框中选择显示不同的文件类型来加快文件选

择速度。你页可以使用鼠标右键单击工程文件名(tllJsinewave.mak)并选择addFiles爱添加需

要的文件。其中，exer3.asm包括初始化代码和中断效劳程序，而vec_talbe.asm包含中断向量表。

(3)选择Project菜单中的Option选项，或使用鼠标右铤单击工程文件名(如sinewave.mak)

并选择Oplion项来修改或添加编译、连接中使用的参数。例如，选择assemble窗口，选择“Enable

SymbolicDebugInformation^以便使用汇编代码级调试(你可以在汇编源程序设置断点等等)。

选择Linker窗口，在"OulpulFilename”栏中写入输出OUT文件的名字，如sina.out,你还可以

设置生成的MaP文件名。

(4)写成编译、连接，正确生成OUT文件。然后使用File菜单中的“LoadProgram"选项，

将生成的OUT文件(如sin&oul)装入DSP的片内存储器。这是CCS将显示程序的起始地址

_c_intOO.

(5)选View—>Graph-Time/Frequency…翻开图形显示设置窗口。在弹出的对话框中按下列

图设置，主要修改“STaraddress"为yO(yO为生成的正弦波输出变量)；“acquisitionBufferSize"

为1,"DSPDataType"为16-bitsignedinteger”。

(6)在汇编源程序的中断效劳程序(.tint)中的“nop〃语句处设置断点。该行被加亮为洋红色。

选择Debugfanimate,运行程序，观察输出波形。

(7)用右键单击图形显示窗口,并选择"Properties〃项以便修改显示属性。将“DisplayType"

项改为“FFTMagnitudew以便显示信号频谱。修改"SamplingRate(Hz)”项为40000,然后退

出。注意观察生成的正弦波频率。

(8)去除所有断点，关闭除波形显示窗口外的所有窗口，并关闭工程文件。现面我们使用C语

言完本钱实验。新建一个工程文件，如sinewave_c.mak并添加limer.c,vec_table.asm源程序，

再添加timerd,再添加C使用的标准库rts.lib。该文件应该再CCS安装目录中。例如，假设

CCS安装在d:\ti下，那么rts.lib应该在d:\ti\c5400\cgtools'.lib下。修改编译、连接选项，参加符

号调试选项，修改生成的OUT文件名，如liner.oul。

(9)完成编译。连接，正确生成OUT文件。然后使用File菜单的“LoadProgram"选项，将

生成的OUT文件(如timer.out)装入DSP的片内存储器。这时CCS将显示程序的启始地址

_c_int()().

(10)翻开C源程序(timer®窗口,在中断效劳程序(函数tint。)的“con_buf=0;〃语句处增

加一个断点。同样翻开图形显示窗口，并将“STartaddress"改为128,“DisplayDataSize"改

为128,“DSPDataType"为"32-bitfloatingpoint”。

(ID选择Debug-animate,运行程序，观察输出波形。算算频率是否是2kHz?同样用右键单

击图形显示窗口，显示信号频谱，。注意修改“SamplingRata(Hz)”项为40000,然后退出。注

意观察生成的正弦波频率。

4、实验结果

1实验程序:

title"sine,asm”

.mmregs

.global_c_int00,_tint,vector

OFF_INTIMER.set04Ch

COM_A.set07642h

COM_B.setOcOOOh

COMC.set0187eh

.bssyO,1

.bssyl,1

.bssy2,1

.bsstemp,1

.bssAa,1

.bssBb,1

.bssCc,1

.text

cintOO:

Id#0,dp

ssbxintm

stSlfffh,sp

IdSve