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dsp报告
1绪论
数字信号处理（DigitalSignalProcessing，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。
20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。
在过去的二十多年时间里，信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。
下图是数字信号处理系统的简化框图。
此系统先将模拟信号转换为数字信号，经数字信号处理后，再转换成模拟信号输出。
其中抗混叠滤波器的作用是将输入信号x（t）中高于折叠频率的分量滤除，以防止信号频谱的混叠。
随后，信号经采样和A/D转换后，变成数字信号x（n）。
数字信号处理器对x（n）进行处理，得到输出数字信号y（n）,经D/A转换器变成模拟信号。
此信号经低通滤波器，滤除不需要的高频分量，最后输出平滑的模拟信号y（t）。
数字信号处理系统简化框图
数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。
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。
近来新兴的一些学科，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。
2总体方案的分析和设计
2.1总体方案设计
（1）基于DSP的特点，本设计采用TMS320X2812系列的DSP作为正弦信号发生器的核心控制芯片。
（2）用泰勒级数展开法实现正弦波信号。
（3）将数据传递给D/A，控制D/A的输出信号，该信号通过滤波放大后输出，并显示出幅频图。
2.2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：
（2-1）
（2-2）
取泰勒级数的前5项，得近似计算式：
（2-3）
（2-4）
递推公式：
sin（nx）=2cos（x）sin[（n-1）x]-sin[（n-2）x]（2-5）
cos（nx）=2cos（x）sin[（n-1）x]-cos[（n-2）x]（2-6）
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。
3硬件设计
3.1硬件设计内容
本次设计采用TI公司生产的DSP芯片TMS320F2812和D/A转换产生正弦波。
TMS320F2812系列DSP（数字信号处理器）是TI公司最新推出的数字信号处理器，该系列处理器是基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器。
器件上集成了多种先进的外设，为电机及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台。
同时代码和指令与F24x系列数字信号处理器完全兼容，从而保证了项目或产品设计的可延续性。
与F24x系列数字信号处理器相比，F2812系列数字信号处理器提高了运算的精度（32位）和系统的处理能力（达到150MIPS）。
该系列数字信号处理器还集成了128KB的Flash存储器，4KB的引导ROM，数字运算表以及2KB的OTPROM，从而大大改善了应用的灵活性。
128位的密码保护机制有效地保护了产品的知识产权。
两个事件管理器模块为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能。
16通道高性能12位ADC单元提供了两个采样保持电路，可以实现双通道信号同步采样。
归纳起来，TMS320F2812系列DSP有以下特点。
TMS320F2812有3个独立的片选信号，并且读/写时序可编程，兼容不同速率的外设扩展;通过配置外部接口寄存器，TMS320F2812在访问外部设备时不必额外增加延时等待，既提高了程序的实时性又减少了代码量。
TMS320F2812是TI2000系列中功能最为强大的DSP芯片。
它是一种32位DSP，片内有128KFLASH,18KSRAM,DART.56I/0,12MAD+l6路输入，指令处理速度高达150MPIS.TMS320F2812样片于2003年推出，经过了试用期，现在己经非常成熟。
国内公司己经开始陆续使用，其开发工具完备，购买渠道畅通，价格低廉，是一款非常适合本课题需要的控制芯片。
TMS320F2812的时钟频率是150MHz，即时钟周期是6.67ns。
有众多的外设接口，GPIO,SPI,SCIA,SCIB,McBSP,eCAN,SRAM.FLASH,EVA,EVB,ADC。
这些外设模块使TMS320F2812很适用于控制领域。
该设计主要是利用了数字信号处理器以及D/A转换两个部分，其中DSP芯片TMS320F2812是系统的核心处理器（控制器），数模转换被驱动后，将系统产生的数字信号进行转化（数模转换），输出连续的模拟信号，即产生正弦波，整个系统设计简单，清晰易懂。
3.2系统设计原理
整个硬件电路设计主要由中心处理器和数模转换构成，其核心部分就是TMS320F2812数字信号处理芯片，它的作用是接受PC机传来的各种数据，然后再对接收到的数据进行加工和运算。
当DSP对数据进行计算以后，它就把得到的数据输出到D/A转换，D/A转换对接收到的离散的数字信号进行运算，把数字信号转换为连续的模拟信号，该信号通过滤波放大后输出。
这就是整个硬件方案的工作原理。
3.3系统部分模块介绍
JTAG接口设计：
DSP系统在开发调试阶段必须使用具有仿真器的标准接口，主机与DSP实验板通过JTAG接口实现。
通过JTAG接口，用户可以通过上位机下载应用程序到DSP系统上进行在线调试。
TI公司的系列DSP可以使用CCS软件实现程序下载，控制程序的运行并可以实时监视程序的运行。
电源电路：
TMS320F2812芯片工作时需要的电压有两个部分：
+3.3V的Flash电压和+1.8V的内核电压。
TMS320F2812对电源很敏感，所以在此可以用电压精度比较搞得电源芯片TPS767D301或者TPS767D319。
TPS767D301输入电压为+5V，芯片起震，正常工作之后，能够产生3.3V和1.8V两种电压工DSP使用。
图3.1为电源产生电路。
图3.1电源产生电路
D/A转换：
在本次课程设计中需要D/A转换，将数字信号转换为模拟信号才能输出。
图3.2所示的D/A转换电路可以产4路模拟信号，通过相关软件程序，可以实现正弦波的输出。
图3.2D/A转换电路图
4CCS简介
4.1CCS工作模式
CCS是TI公司针对TMS320系列DSP的集成开发环境,在Windows操作系统下，采用图形接口界面，提供有环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具。
CCS有两种工作模式，即：
（1）软件仿真器模式：
可以脱离DSP芯片，在PC机上模拟DSP的指令集和工作机制，主要用于前期算法实现和调试。
（2）硬件在线编程模式：
可以实时运行在DSP芯片上,与硬件开发板相结合在线编程和调试应用程序。
4.2CCS的组成
CCS的开发系统主要由以下组件构成
（1）TMS320X2812集成代码产生工具
用来对C语言、汇编语言或混合语言编程的DSP源程序进行编译汇编，并链接成为可执行的DSP程序。
主要包括汇编器、链接器、C/C++编译器和建库工具等。
（2）CCS集成开发环境
集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试和实时跟踪等功能于一体。
包括编辑工具、工程管理工具和调试工具等。
（3）DSP/BIOS实时内核插件及其应用程序接口API
主要为实时信号处理应用而设计。
包括DSP/BIOS的配置工具、实时分析工具等。
（4）实时数据交换的RTDX插件和相应的程序接口API
可对目标系统数据进行实时监视，实现DSP与其他应用程序的数据交换。
（5）由TI公司以外的第三方提供的应用模块插件
4.3CCS的主要功能
CCS的功能十分强大，它集成了代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能，而且支持C/C++和汇编的混合编程，其主要功能如下
（1）具有集成可视化代码编辑界面，用户可通过其界面直接编写C、汇编、.cmd文
件等；
（2）含有集成代码生成工具，包括汇编器、优化C编译器、链接器等，将代码的编
辑、编译、链接和调试等诸多功能集成到一个软件环境中；
（3）高性能编辑器支持汇编文件的动态语法加亮显示，使用户很容易阅读代码，发现语法错误；
（4）工程项目管理工具可对用户程序实行项目管理。
在生成目标程序和程序库的过程中，建立不同程序的跟踪信息，通过跟踪信息对不同的程序进行分类管理；
（5）基本调试工具具有装入执行代码、查看寄存器、存储器、反汇编、变量窗口等功能，并支持C源代码级调试；
（6）断点工具，能在调试程序的过程中，完成硬件断点、软件断点和条件断点；
4.4CCS的安装及设置
在使用CCS之前，必须首先按照CCS的产品说明安装CCS软件；其次创建CCS系统配置，进行环境设置；最后，按照具体使用的仿真器，安装目标板和驱动程序。
4.5系统配置要求
机器部件
最低配置
推荐配置
内存
32MB
128MB
剩余硬盘空间
100MB
200MB
CPU
Pentium
PentiumⅢ以上
显示分辨率
SVGA800600
SVGA1024768
主板插槽
一条空余EISA插槽
一条空余EISA插槽
5软件设计
5.1流程图
本系统软件可以按照模块化设计思想来编写，包括主程序、常数计算程序、占空比计算程序和相应的一些功能子程序，主程序用于调用各功能子程序、初始化变量、查询键盘、判断显示数据是否需要刷新、同时判断一个脉冲是否完成发送等工作，具体方案见图5.1所示的流程图。
图5.1程序流程图
在程序中，应在第N-1个脉冲周期里计算占空比，并在第N个脉冲周期里输出波形，这就要求在设计时要在一个脉冲周期内完成计算，如果选用20MHz的晶振，那么，在一倍频下，执行一条执行只需50ns，若输出400Hz的正弦波，即每一个周期（即2.5ms）要输出200个脉冲，也就是说，一个脉冲需要12.5μs（相当于12500/50=250条指令）。
而执行一个占空比的计算程序只需要几十条指令，这种算法从软件开销上考虑是可以实现的。
5.2正弦信号发生器源程序清单
#include"DSP281x_Device.h"//DSP281xHeaderfileIncludeFile
#include"DSP281x_Examples.h"//DSP281xExamplesIncludeFile
#defineN128
#definepi3.1415926
/*************************************************************/
/********************全局变量定义与初始化*********************/
inti;
unsignedintdata;
unsignedinty1[N+1];
unsignedinty2[N+1];
doublex0,x1,x2,x3;
doublex,r,xx,y[N+1];
/*************************************************************/
/*******************函数、子程序声明与定义********************/
voidspi_init（）
{
SpiaRegs.SPICCR.bit.SPISWRESET=0;//ResetSCI
SpiaRegs.SPICCR.all=0x000F;//Reseton,risingedge,16-bitcharbits
SpiaRegs.SPICTL.all=0x000E;//Enablemastermode,normalphase,
SpiaRegs.SPISTS.all=0x0080;//enabletalk,andSPIintdisabled.
SpiaRegs.SPIBRR=0x0000;//Baudrate;
SpiaRegs.SPIPRI.bit.FREE=1;//Setsobreakpointsdon'tdisturbxmission
SpiaRegs.SPICCR.bit.SPISWRESET=1;//EnableSPI
}
voiddelay（）//延时子程序
{
unsignedintk;
.for（k=0;k<50;k++）;
}
/*************************************************************/
/**************************主程序*****************************/
voidmain（）
{
//InitializeSystemControl:
//PLL,WatchDog,enablePeripheralClocks
InitSysCtrl（）;
EALLOW;
GpioMuxRegs.GPFMUX.all=0x000F;//SelectGPIOstobeSPIpins
//PortFMUX-x000000000001111
EDIS;
//DisableCPUinterrupts
DINT;
//InitializethePIEcontrolregisterstotheirdefaultstate.
InitPieCtrl（）;
//DisableCPUinterruptsandclearallCPUinterruptflags:
IER=0x0000;
IFR=0x0000;
//InitializethePIEvectortablewithpointerstotheshellInterrupt
//ServiceRoutines（ISR）.
InitPieVectTable（）;
spi_init（）;
r=2*pi/N;
for（i=0;i<=N;i++）
{
x=i*r-pi;
xx=x*x;
x0=1-xx/（8*9）;
x1=1-x0*xx/（6*7）;
x2=1-x1*xx/（4*5）;
x3=1-x2*xx/（2*3）;
y[i]=x*x3;
data=127.5*（1+y[i]）;
/*将数据打包*/
y1[i]=data&0x00ff|0x0100;
/*将数据打包,且用数据寄存器同时更新A和B两个DA的值*/
y2[i]=data&0x00ff|0x2500;
}
for（;;）
{
for（i=0;i<=N;i++）
{
SpiaRegs.SPITXBUF=y1[i];
delay（）;
SpiaRegs.SPITXBUF=y2[i];
delay（）;
}
}
}
/***************************结束******************************/
6总结
在本次课程设计过程中我遇到一些课堂中从未有过的问题，通过网络查找和请教指导老师，大大促进了实训进程。
并在过程中进一步提高自身的创作、创新水平。
课程设计过程中经常遇到问题，通过自己在网上查找资料和在老师的帮助下，一步一步地解决了问题，最终得到了结果，使我独立解决问题的能力得到了很大的提高。
并且此次课程设计，基于课程理论知识和网上资料，使我对数字信号处理课程有了更深一步的了解和掌握，对利用CCS软件编程的数字信号处理方法有了进一步的了解。
在理论课的基础上进行实验实习，是对本门课程的深入学习和掌握，在以后的工作和学习中，数字信号的处理都是采用计算机仿真。
虽然《DSP原理及应用》这门课程的课时很短，但是通过本次课程设计我对这门课程有了更深的了解，明白了TMS320X2812DSP芯片的一些简单的编程和应用。
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，理论和实践是有差距的，只有动手实践，才能更好的理解所学知识，理论只有实践才能得到升华，这次课程设计确实让我学到了很多东西，同时增强了团队意识。
参考文献
[1]顾卫钢.手把手教你学DSP-基于TMS320x281x北京航空航天大学出版社,2011.
[2]苏奎峰等.TMS320X281xDSP原理及C程序开发.北京航空航天大学出版社,2008.
[3]苏奎峰等.TMS320F2812原理与开发.电子工业出版社,2005.
[4]万山明.TMS320F2812/2810原理及应用实例.北京航空航天大学出版社,2007.
[5]TI公司著，胡广书等编译.TMS320C28X系列DSP的CPU与外设.清华大学出版社,2005.
[6]TI公司著，胡广书等编译.TMS320C28X系列DSP指令和编程指南.清华大学出版社,2005.
附录A正弦波幅频图
附录B正弦波示波器显示图
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