DSP课程设计正弦信号发生器的设计解读.docx

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DSP课程设计正弦信号发生器的设计解读

太原理工大学现代科技学院

DSP硬件电路设计基础课程设计

设计名称正弦信号发生器的设计

专业班级

学号

姓名

指导教师

太原理工大学现代科技学院

专业班级

通信12-1班

学生姓名

郝丽慧

课程名称

DSP硬件电路设计基础

设计名称

正弦信号发生器的设计

设计周数

1.5周

指导教师

李鸿燕，王耀力

设计

任务

主要

设计

参数

1.掌握产生正弦波的方法；

2.学习正弦信号发生器的DSP实现原理；

5.学习使用CCS的波形观察窗口观察输入/输出信号波形和频谱变化情况。

设计内容

设计要求

用DSP汇编语言及C语言进行编程，实现正弦信号发生器。

主要参考

资料

邹彦等．DSP原理及应用．北京：

电子工业出版社．2007年．电气与电子信息类本科规划教材

李利等．DSP原理及应用．北京：

中国水利水电出版社．2007年．21世纪高等院校规划教材

学生提交

归档文件

课程设计报告

课程设计任务书

注：

1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：

封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）

2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。

日期：

2014-12-10

太原理工大学现代科技学院

……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

专业班级通信12-1班学号2012101655姓名郝丽慧成绩

设计题目 

正弦波信号发生器

设计目的

学会使用CCS（CodeComposerStudio）集成开发环境软件，在此集成开发环境下完成工程项目创建，程序编写，编译，链接，调试以及数据的分析。

同时完成一个正弦波信号发生器的程序的编写，并在集成开发环境下进行模拟运行，观察结果。

设计内容 

编写一个产生正弦波信号的程序，在CCS软件下进行模拟运行，观察输出结果。

设计原理

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。

本次课程设计只要使用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。

1. 产生正弦波的算法 

在高等数学中，正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式为

若要计算一个角度x的正弦和余弦值，可取泰勒级数的前5项进行近似计算。

由上述两个式子可以推导出递推公式，即

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，不仅需要已知cos（x），而且还需要sin[（n-1）x]、sin[（n-2）x]和cos[（n-2）x]。

2. 正弦波的实现 

⑴计算一个角度的正弦值 

利用泰勒级数的展开式，可计算一个角度x的正弦值，并采用子程序的调用方式。

在调用前先在数据存储器d_xs单元中存放x的弧度值，计算结果存放在d_sinx单元中。

⑵计算一个角度的余弦值 

利用余弦函数展开的泰勒级数的前五项计算一个角度的余弦值，可采用子程序的调用方式来实现。

调用前先将x弧度值放在数据存储器d_xc单元中，计算结果存放在d_cosx单元中。

⑶正弦波的实现 

利用计算一个角度的正弦值和余弦值程序可实现正弦波。

其实现步骤如下：

 第一步：

利用sin_start和cos_start子程序，计算45°~0°（间隔为0.5°）的正弦和余弦值； 

第二步：

利用sin（2x）=2sin（x）cos（x）公式，计算90°~0°的正弦值（间隔为1°）； 第三步：

通过复制，获得359°~0°的正弦值； 

第四步：

将359°~0°的正弦值重复从PA口输出，便可得到正弦波。

在实际应用中，正弦波是通过D/A口输出的。

选择每个正弦周期中的样点数、改变每个样点之间的延迟，就能够产生不同频率的波形，也可以利用软件改变波形的幅度以及起始相位。

总体方案设计 

1. 总体实现方案 

我们知道一个角度为x的正弦和余弦函数，都可以展开为泰勒级数，且其前五项可以看为：

本程序的编程思想是这样的，正弦波的波形可以看为由无数点组成，这些点与x轴的每一个角度值相对应，那么我们可以利用DSP处理器处理大量重复计算的优势来计算，x轴每一点对应的y轴的值（在x轴取360个点来进行逼近），由于程序的编制采用小数形式，其弧度大于1的正弦值得不到，这就对正弦波的产生造成了障碍。

可由于正弦波的特殊的对称形式给程序的编制找到了出口。

Sin（∏/4）的弧度为0.7854<1，

即0~∏/4之间的任意正弦、余弦值可以利用汇编程序得到N又可以利用公式：

sin（2a）=2sin（a）cos（a）得到0~∏/2之间的正弦值。

而0~∏/2之间的正弦曲线与∏/2~∏之间的正弦曲线通过x=∏/2这条轴左右对称,那么就可以得到∏/2~∏的正弦值，而0~∏的正弦曲线的相反数通过x=∏这条轴与∏~2∏左右对称。

这样∏~2∏的正弦值也得到了。

一个周期内完整的正弦波就得到了。

正弦波产生的流程图如下：

2.具体实现步骤

本课程设计需要使用C54X汇编语言产生正弦波，并通过CCS的图形显示工具观察波形。

设计分以下几步完成：

启动CCS，操作如下：

1．建立新的工程文件:

点击Project→New，保存文件名为sinx.pjt。

2．建立汇编源程序：

点击File→New→SourceFile菜单命令，打开一个空白文档，将汇编源程序逐条输入后，单击Flie→Save菜单命令，文件类型保存为（*.asm）,单击“保存”按钮，以上汇编程序被存盘。

3．建立连接命令文件：

点击File→New→SourceFile菜单命令，打开一个空白文档，将链接命令文件逐条输入后，单击Flie→Save菜单命令，文件类型保存为（*.cmd）,单击“保存”按钮，以上链接命令文件被存盘。

4．选择Project菜单中的AddFiletoProject选项，将汇编源程序sin.asm和链接定位sin.cmd文件依次添加到工程文件中。

5．选择Project菜单中的Options选项，并选择buildoptions项来修改或添加编译、连接中使用的参数。

选择Linker窗口，在“OutputFilename”栏中写入输出OUT文件的名字，如sin.out，还可以设置生成的map文件名。

6．完成汇编，编译和链接，正确产生.out文件：

点击Project菜单中的Rebuildall，请注意在监视窗口显示的汇编，编译和链接的相关信息。

如果没有错误，将产生sin.out文件；如果有错，在监视窗口以红色字体显示出错误行，用鼠标双击该行，光标跳将至源程序相应的出错行。

修改错误后，重新汇编链接。

7．在Project选项中打开sin.pjt文件,使用Build选项完成编译、连接。

8．使用File菜单中的LoadProgram将OUT文件装入。

然后选择Debug→Run，程序执行过程中可以使用Debug→Halt暂停程序的执行。

9．选择View->Graph->Time/Frequency菜单打开一个图形显示窗口。

将“StartAddress”项改为地址sin_x，将“AcquisitionBufferSize”项设置为360，将“DisplayDataSize”项设置为360，将“DSPDataType”改为“16-bitsignedinteger”。

主要参数 

1.sin（theta）=x（1-x^2/2*3（1-x^2/4*5（1-x^2/6*7（1-x^2/8*9））））

 2. cos（theta）=1-x^2/2*3（1-x^2/4*5（1-x^2/6*7（1-x^2/8*9））） 3. sin（2*theta）=2*sin（theta）*cos（theta）

源程序 

1. 产生正弦波程序清单sin.asm

.mmregs

.defstart

.defd_xs,d_sinx,d_xc,d_cosx,sinx,cosx

sin_x:

.usect"sin_x",360

STACK:

.usect"STACK",10H

k_theta.set286;theta=pi/360（0.5deg）

start:

.text

STM#STACK+10H,SP

STMk_theta,AR0

STM0,AR1

STM#sin_x,AR6

STM#90,BRC

RPTBloop1-1

LDMAR1,A

LD#d_xs,DP

STLA,@d_xs

STLA,@d_xc

CALLsinx;d_sinx=sin（x）

CALLcosx;d_cosx=cos（x）

LD#d_sinx,DP

LD@d_sinx,16,A;A=sin（x）

MPYA@d_cosx;B=sin（x）*cos（x）

STHB,1,*AR6+;AR6----2*sin（x）

MAR*AR1+0

loop1:

STM#sin_x+89,AR7;sin91（deg.）-sin179（deg.）

STM#88,BRC

RPTBloop2-1

LD*AR7-,A

STLA,*AR6+

loop2:

STM#179,BRC;sin180（deg.）-sin359（deg.）

STM#sin_x,AR7

RPTBloop3-1

LD*AR7+,A

NEGA

STLA,*AR6+

loop3:

STM#sin_x,AR6;generatesinwave

STM#1,AR0

STM#360,BK

Bloop3

sinx:

.defd_xs,d_sinx

.data

table_s.word01C7H;C1=1/（8*9）

.word030BH;C2=1/（6*7）

.word0666H;C3=1/（4*5）

.word1556H;C4=1/（2*3）

d_coef_s.usect"coef_s",4

d_xs.usect"sin_vars",1

d_squr_xs.usect"sin_vars",1

d_temp_s.usect"sin_vars",1

d_sinx.usect"sin_vars",1

d_l_s.usect"sin_vars",1

.text

SSBXFRCT

STM#d_coef_s,AR5;movecoeffstable_s

RPT#3

MVPD#table_s,*AR5+

STM#d_coef_s,AR3

STM#d_xs,AR2

STM#d_l_s,AR4

ST#7FFFH,d_l_s

SQUR*AR2+,A;A=x^2

STA,*AR2;（AR2）=x^2

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2+,*AR3+,B,A;A=1-x^2/72,T=x^2

MPYAA;A=T*A=x^2（1-x^2/72）

STHA,*AR2;（d_temp）=x^2（1-x^2/72）

MASR*AR2-,*AR3+,B,A;A=1-x^2/42（1-x^2/72）;T=x^2（1-x^2/72）

MPYA*AR2+;B=x^2（1-x^2/42（1-x^2/72））

STB,*AR2;（d_temp）=x^2（1-x^2/42（1-x^2/72））

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2-,*AR3+,B,A;A=1-x^2/20（1-x^2/42（1-x^2/72））

MPYA*AR2+;B=x^2（1-x^2/20（1-x^2/42（1-x^2/72）））

STB,*AR2;（d_temp）=B

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2-,*AR3+,B,A;A=1-x^2/6（1-x^2/20（1-x^2/42（1-x^2/72）））

MPYAd_xs;B=x（1-x^2/6（1-x^2/20（1-x^2/42（1-x^2/72））））

STHB,d_sinx;sin（theta）

RET

cosx:

.defd_xc,d_cosx

d_coef_c.usect"coef_c",4

.data

table_c.word0249H;C1=1/（7*8）

.word0444H;C2=1/（5*6）

.word0AABH;C3=1/（3*4）

.word4000H;C4=1/2

d_xc.usect"cos_vars",1

d_squr_xc.usect"cos_vars",1

d_temp_c.usect"cos_vars",1

d_cosx.usect"cos_vars",1

c_l_c.usect"cos_vars",1

.text

SSBXFRCT

STM#d_coef_c,AR5;movecoeffstable_c

RPT#3

MVPD#table_c,*AR5+

STM#d_coef_c,AR3

STM#d_xc,AR2

STM#c_l_c,AR4

ST#7FFFH,c_l_c

SQUR*AR2+,A;A=x^2

STA,*AR2;（AR2）=x^2

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2+,*AR3+,B,A;A=1-x^2/56,T=x^2

MPYAA;A=T*A=x^2（1-x^2/56）

STHA,*AR2;（d_temp）=x^2（1-x^2/56）

MASR*AR2-,*AR3+,B,A;A=1-x^2/30（1-x^2/56）;T=x^2（1-x^2/56）

MPYA*AR2+;B=x^2（1-x^2/30（1-x^2/56））

STB,*AR2;（d_temp）=x^2（1-x^2/30（1-x^2/56））

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2-,*AR3+,B,A;A=1-x^2/12（1-x^2/30（1-x^2/56））

SFTAA,-1,A;-1/2

NEGA

MPYA*AR2+;B=-x^2/2（1-x^2/12（1-x^2/30（1-x^2/56）））

MAR*AR2+

RETD

ADD*AR4,16,B;B=-x^2/2（1-x^2/12（1-x^2/30（1-x^2/56）））

STHB,*AR2;cos（theta）

RET

.end

2.产生连接程序清单sin.cmd

MEMORY

{

PAGE0:

EPROM:

org=0E000H,len=1000H

VECS:

org=0FF80H,len=0080H

PAGE1:

SPRAM:

org=0060H,len=0020H

DARAM1:

org=0080H,len=0010H

DARAM2:

org=0090H,len=0010H

DARAM3:

org=0200H,len=0200H

}

SECTIONS

{

.text:

>EPROMPAGE0

.data:

>EPROMPAGE0

STACK:

>SPRAMPAGE1

sin_vars:

>DARAM1PAGE1

coef_s:

>DARAM1PAGE1

cos_vars:

>DARAM2PAGE1

coef_c:

>DARAM2PAGE1

sin_x:

align（512）{}>DARAM3PAGE1

.vectors:

>VECSPAGE0

}

设计仿真结果及分析

在ccs集成环境中实现正弦波能够起到防止干扰的作用，同时也大大地减小了波形的线性失真。

同时我们也能从中看出ccs能够精确地对各个角度进行计算得出相应的正弦值，幅度和频率易于调节，波形也较为稳定，抗干扰能力较强。

最重要的是这种设计方案简单可行，新颖实用，具有很高的实践和推广价值。

分析：

通过不断的发现错误、改正错误和调试，最终得到了所希望的图象，即正弦波信号。

设计总结 

在本次课程设计过程中我学习到了许多课堂上无法学到的东西。

它能够让我对课堂上学到的知识进行查漏补缺，而且锻炼了我的逻辑思考能力。

因为在课堂上使用汇编语言进行编程只是机械的复制所学的程序段，对于它的正确性以及它的功能无法知晓。

但是通过CCS，我们可以达到上述目的，它是一款方便简洁，实用性很强的软件。

在课堂上我们虽学过CCS如何使用，但真正操作起来却发现有些吃力。

通过这次课程设计，让我能够熟练操作CCS，并对正弦波汇编程序也有了一定的了解。

其次，在拿到课设题目后，我首先查阅教材，在有了一定的了解后，开始寻找程序，并在CCS软件上进行仿真，在这个过程中，最困难的便是输入的程序总是会出现错误，经过修改，最终出现所需的结果。

最后完成课设。