DSP技术实验指导Word格式文档下载.docx
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将变量temp1装入寄存器A
addtemp2,a;
将变量temp2与寄存器A相加,结果放入A中
stla,add_result;
将结果(低16位)存入变量add_result中。
注意,这里完成计算temp3=temp1+temp2,我们没有特意考虑temp1和temp2是整数还是小数,在加法和下面的减法中整数运算和定点的小数运算都是一样的。
3﹑实现16位定点减法
C54X中提供了多条用于减法的指令,如SUB,SUBB,SUBC和SUBS。
其中SUBS用于无符号数的减法运算,SUBB用于带进位的减法运算(如32位扩展精度的减法),而SUBC为移位减,DSP中的除法就是用该指令来实现的。
SUB指令与ADD指令一样,有许多的寻址方式,其详细使用说明请参考《TMS320C54X实用教程》。
在本实验中,我们使用下列代码来说明减法运算:
stm#temp1,ar3;
将变量temp1的地址装入ar3寄存器
stm#temp3,ar2;
将变量temp3的地址装入ar3寄存器
sub*ar2+,*ar3,b;
将变量temp3左移16位同时变量temp1也左移16位,然后相减,结;
果放入寄存器B(高16位)中,同时ar2加1。
sthb,sub_result;
将相减的结果(高16位)存入变量sub_result。
4﹑实现16定点整数乘法
在C54X中提供了大量的乘法运算指令,其结果都是32位,放在A或B寄存器中。
乘数在C54X的乘法指令很灵活,可以是T寄存器、立即数、存贮单元和A或B寄存器的高16位。
有关乘法指令的详细使用说明请参考《TMS320C54X实用教程》。
在C54X中,一般对数据的处理都当做有符号数,如果是无符号数乘时,请使用MPYU指令。
这是一条专用于无符号数乘法运算的指令,而其它指令都是有符号数的乘法。
在本实验中,我们使用下列代码来说明整数乘法运算:
rsbxFRCT;
清FRCT标志,准备整数乘
ldtemp1,T;
将变量temp1装入T寄存器
mpytemp2,a;
完成temp2*temp1,结果放入A寄存器(32位)
例如,当temp1=1234H(十进制的4660),temp2=9876H(十进制的-26506),乘法的结果在A寄存器中为0F8A343F8H(十进制的-123517960)。
这是一个32位的结果,需要两个内存单元来存放结果:
stha,mpy_I_h;
将结果(高16位)存入变量mpy_I_h
stla,mpy_I_l;
将结果(低16位)存入变量mpy_I_l
当temp1=10H(十进制的16),temp2=05H(十进制的5),乘法结果在A寄存器中为00000050H(十进制的80)。
对于这种情况,仅仅需要保存低16位即可:
5﹑实现16定点小数乘法
在C54X中,小数的乘法与整数乘法基本一致,只是由于两个有符号的小数相乘,其结果的小数点的位置在次高的后面,所以必须左移一位,才能得到正确的结果。
C54X中提供了一个状态位FRCT,将其设置为1时,系统自动将乘积结果左移移位。
但注意整数乘法时不能这样处理,所以上面的实验中一开始便将FRCT清除。
两个小数(16位)相乘后结果为32位,如果精度允许的话,可以只存高16位,将低16位丢弃,这样仍可得到16位的结果。
在本实验中,我们使用下列代码来说明小数乘法运算:
ssbxFRCT;
FRCT=1,准备小数乘法
ldtemp1,16,a;
将变量temp1装入寄存器A的高16位
mpyatemp2;
完成temp2乘寄存器A的高16位,结果在B中,同时
;
将temp2装入T寄存器
sthb,mpy_f;
将乘积结果的高16位存入变量mpy_f
例如,temp1=temp2=4000H(十进制的0.5),两数相乘后结果为20000000(十进制的
=0.25)。
再如,temp1=0ccdH(十进制的0.1),temp2=0599aH(十进制的0.7),两数相乘后B寄存器的内容为08f5f0a4H(十进制的0.07000549323857)。
如果仅保存结果的高16位08f5H(十进制的0.06997680664063)。
有时为了提高精度,可以使用RND或使用MPYR指令对低16位做四舍五入的处理。
6﹑实现16定点整数除法
在C54X中没有提供专门的除法指令,一般有两种方法来完成除法。
一种是用乘法来代替,除以某个数相当于乘以其倒数,所以先求出其倒数,然后相乘。
这种方法对于除以常数特别适用。
另一种方法是使用SUBC指令,重复16次减法完成除法运算。
下面我们以temp1/temp2为例,说明如何使用SUBC指令实现整数除法。
其中变量temp1为被除数,temp2为除数,结果即商存放在变量temp3中。
在完成整数除法时,先判断结果的符号。
方法是将两数相乘,保存A或B的高16位以便判断结果的符号。
然后只做两个正数的除法,最后修正结果的符号。
为了实现两个数相除,先将被除数装入A或B的低16位,接着重复执行SUBC指令,用除数重复减16次后,除法运算的商在累加器的低16位,余数在高16位。
详细代码如下:
ldtemp1,T;
将被除数装入T寄存器
mpytemp2,A;
除数与被除数相乘,结果放入A寄存器
ldtemp2,B;
将除数temp2装入B寄存器的低16位
absB;
求绝对值
stlB,temp2;
将B寄存器的低16位存回temp2
ldtemp1,B;
将被除数temp1装入B寄存器的低16位
rpt#15;
重复SUBC指令16次
subctemp2,b;
使用SUBC指令完成除法运算
bcddiv_end,agt;
延时跳转,先执行下面两条指令,然后判断A,若A>
0,则
;
跳转到标号div_end,结束除法运算
stlB,quot_i;
将商(B寄存器的低16位)存入变量quot_i
sthB,remain_i;
将余数(B寄存器的高16位)存入变量remain_i
xorB;
若两数相乘的结果为负,则商也应为负。
先将B寄存器清0
subquot_i,B;
将商反号
存回变量quot_i中
div_end:
上面给出的是整数除法的通用程序,在实际应用中可以根据具体情况做简化。
如正数除法可以直接将被除数temp1装入B寄存器的低16位,然后用SUBC指令循环减除数temp2,减完后B寄存器中低16位为商,高16位为余数,不用判断符号,从而节省时间。
例如temp1=10H(十进制的16),temp2=5,两数相除后商为3(在B寄存器的低16位),余数为1(在B寄存器的高16位)。
7﹑实现16定点小数除法
在C54X中实现16位的小数除法与前面的整数除法基本一致,也是使用循环的SUBC指令来完成。
但有两点需要注意:
第一,小数除法的结果一定是小数(小于1),所以被除数一定小于除数。
这与整数除法正好相反。
所以在执行SUBC指令前,应将被除数装入A或B寄存器的高16位,而不是低16位。
其结果的格式与整数除法一样,A或B寄存器的高16位为余数,低16位为商。
第二,与小数乘法一样,应考虑符号位对结果小数点的影响。
所以应对商右移一位,得到正确的有符号数。
其详细代码如下:
ldtemp1,16,B;
将被除数temp1装入B寄存器的高16位
and#0ffffh,B;
将B寄存器的高16位清为0。
这时余数被丢弃,仅保留商
stlB,-1,quot_f;
将商右移一位后存入变量quot_f,右移是为了修正符号位
subquot_f,B;
stlB,quot_f;
存回变量quot_f中
注意,上面的C54X的16位定点有符号小数除法通用程序没有保留余数,商保存在变量temp3中。
举一个例子,当temp1=2cccH(十进制的0.35),temp2=55c2H(十进制的0.67),两数相除的结果为temp3=42dcH(十进制的0x42dc
0.52233)。
三﹑实验仪器
PC机DES5402PP-U实验系统
四﹑实验内容及步骤
本实验需要使用C54X汇编语言实现加、减、乘、除的基本运算,并通过DES的存贮器显示窗口观察结果。
实验分两步完成:
(1).编写实验程序代码
本实验的汇编源程序代码主要分为六个部分:
加法、减法、整数乘法、小数乘法、整数除法和小数除法。
每个部分后面都有一条需要加断点的标志语句:
nop
当执行到这条加了断点的语句时,程序将自动暂停。
这时你可以通过“存贮器窗口”检查计算结果。
当然你看到的结果都是十六进制的数。
实验源程序请参见第5部分。
(2).在simulator上调试运行,并观察结果
在完成实验程序代码的输入,并使用汇编批处理ASM.BAT进行编译并连接后,就可以在simulator上调试运行。
步骤如下:
a.启动simulator实验系统软件sim54Xw.exe。
b.在调试界面的左下脚命令行栏输入loadexer1.out,或单击菜单栏下面的“Load”选项,并在弹出的FileName对话框中键入exer1.out装入基本算术运算实验程序,这时应能在“反汇编”窗口看到程序代码。
c.用鼠标选中“Memory”窗口,并在其中选择要查看的存贮器地址段:
0x080-0x08e。
d.在反汇编窗口中在每个“nop”指令处都设一个断点,方法有两种:
1.用鼠标单击该指令将其点亮即可。
2.在菜单栏中选择“Break””Add”,然后在弹出的对话框中键入欲加断点的地址即可。
e.单击菜单栏下的“Run=F5”按钮,启动执行基本算术运算程序,程序在执行完加法运算后自动暂停。
通过“CPU”窗口可以看到寄存器AHL的内容为0x46,这正是加法运算的结果。
同样,在“Memory”窗口中,可以看到0x81,0x82,0x88的内容为分别为0012,0034,0x46。
执行加法运算后,将0x81和0x82的内容相加,结果放在0x88单元。
f.在“Memory”窗口中用鼠标左键双击0x81单元,这时可以修改该内存单元的内容。
输入新的数据0x0ffee(十进制的-18),编辑内容时请直接输入FFEE(十六进制),然后回车确认,便完成对0x81单元的修改。
g.在“CPU”窗口中修改PC值,方法也是鼠标左键双击PC寄存器的内容,输入新的PC值0x1805(编辑内容时直接输入1805),并用回车键确认。
h.单击菜单栏下的“Run=F5”按钮,程序从当前PC继续运行,重新计算0x81和0x82的和,结果在0x88中。
当程序再次暂停时,可以看到AHL寄存器和0x88的内容为0x22(十进制的34),这正是我们希望的结果:
-18+52=34。
i.单击“Run=F5”按钮,程序从当前PC继续运行,完成减法运算。
当程序再次暂时(断点位于0x1813),可以看到0x83和0x84单元的内容分别为FFEE和0012,B寄存器的内容为ffdc0000,而0x89的内容为ffdc(十进制-36),这正是我们希望的结果:
注意,该减法操作使用了辅助寄存器寻址,所以计算结果在B寄存器的高16位。
j.单击“Run=F5”按钮,程序从当前PC继续运行,完成整数乘法运算。
当程序再次暂时(断点位于0x181d),可以看到0x81和0x82单元的内容分别为0012和0034,A寄存器的内容为000003A8,这正是我们希望的结果:
18*52=936(0x3a8)。
这时我们可以用1个16位的内容单元来保存结果,如将A寄存器的低16位存入0x8b单元。
但如果将0x81的内容修改为0x2000(十进制的8192),在“CPU窗口”中将PC修改为1818,然后继续运行,重新计算乘法。
当程序完成乘法暂停时,可以看到A寄存器的内容为00068000,这也是一个正确的结果:
8192*52=425984(0x68000)。
此时将无法用一个16位的存贮单元来保存A寄存器中的结果。
k.单击“Run=F5”按钮,程序从当前PC继续运行,完成小数乘法运算。
当程序再次暂停时(断点位于0x1826),可以看到0x83和0x84单元的内容分别为4000和b548,A寄存器的内容为40000000,乘法的结果在B寄存器中为daa40000,这正是我们希望的结果:
0.5*(-0.58374)=-0.29187(0x0daa4)。
对于小数乘法,一般情况都可以用1个16位的内容单元将B寄存器的高16保存(如存入0x8c单元)。
l.单击“Run=F5”按钮,程序从当前PC继续运行,完成整数除法运算。
当程序再次暂时(断点位于0x183b),可以看到0x81,0x82,0x8d和0x8e单元的内容分别为0034,0012,FFFE和0010,这正是我们希望的结果:
52除以-18,商为-2(0xfffe),余数为16(0x10)。
m.单击“Run=F5”按钮,程序从当前PC继续运行,完成小数除法运算。
当程序再次暂停时(断点位于0x1852),可以看到0x81,0x82和0x8f单元的内容分别为4000,4ab8和6da3,这正是我们希望的结果:
0.5/0.58374=0.8565457(0x6da3)。
n.如果以上程序运行不正确,请检查代码是否输入正确,还可以在源代码中插入断点调试,注意对中间结果的观察。
五﹑试验报告要求
1﹑画出实验算法流程图;
2﹑编写实验程序代码;
3﹑写出本次实验的心得体会。
六﹑思考题
(1)在减法操作中使用了辅助寄存器ar2,ar3,请说明在执行完减法计算后辅助寄存器ar2和ar3的值为多少?
(2)在小数乘法中使用了置FRCT标志为1的指令。
如果将该语句取消,那么B寄存器的结果是多少?
想想什么时候应该设置FRCT标志?
(3)如何实现无符号数的乘法?
(4)请利用本实验程序计算以下算式的结果?
0.25*0.58374=?
0.5/0.25=?
4653/345=?
1.789687/0.876=?
结果:
实验二用定时器实现数字振荡器
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。
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服务程序编写。
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。
本实验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(等效于采样速率为40K)。
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,并利用CCS的图形显示功能查看波形。
(1)数字振荡器原理
设一个传递函数为正弦序列sinkωT,其z变换为
H(z)=
其中,A=2cosωT,B=-1,C=sinωT。
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]
这是一个二阶差分方程,其单位冲击响应即为sinkωT。
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=0
k=1y[1]=Ay[0]+By[-2]+c=c
k=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,这是一个递归的差分方程。
根据上面的说明,我们可以开始数字振荡器的设计。
设该振荡器的频率为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]),则递归的差分方程系数为:
A=2cosωT=2cos(2xPIx2000/40000)=2x0.95105652
B=-1
C=sinωT=sin(2xPIx2000/40000)=0.30901699
为了便于定点DSP处理,我们将所有的系数除以2,然后用16位定点格式表示为:
这便是本实验中产生2KHz正弦信号的三个系数。
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],计算出新的有y[0],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。
下面是初始化和中断服务程序代码片段:
初始化y[1]和y[2]:
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#INIT_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寄存器的高16位存入变量Y1
中断服务程序片段:
ldBB,T;
将系数B装入T寄存器
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y2
macAA,a;
完成新正弦数据的计算,a寄存器中为
y1*AA+y2*BB
stha,1,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,1,y0;
将新正弦数据存入y0
(2)C54X的定时器操作
C54X的片内定时器利用CLKOUT时钟计数,用户使用三个寄存器(TIM,PRD,TCR)来控制定时器,参见表3-1。
在表3-2中列出了定时器控制寄存器的各个比特位的具体定义。
‘VC5402的另一个定时器(定时器1)的控制寄存器分别为:
0x30(TIM1),0x31(PRD1),0x32(TCR1)。
表3-1‘VC5402定时器0的相关寄存器
寄存器地址
名称
用途
0024h
TIM
定时器寄存器,每计数一次自动减1
0025h
PRD
定时器周期寄存器,当TIM减为0后,CPU自动将PRD的值装入TIM
0026h
TCR
定时器控制寄存器
表3-2定时器控制寄存器(TCR)bit概要
比特名称功能
15-12保留读出时为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=0当进入仿真调试时,定时器立即停止工作。
Soft=1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=1忽略11比特位,定时器不受影响。
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1。
5TRB定时器复位。
当TRB=1时,CPU将PRD寄存器的值装入TIM寄存器,将TDDR的值
装入PSC
4TSS定时器停止状态。
当系统复位时,TSS被清除,定时器立刻开始工作。
TSS=0表示启动定时器
TSS=1表示停止定时器
0-3TDDR定时器扩展周期。
当PSC减到0后,CPU自动将TDDR的值装入PSC,然后TIM减
1。
所以整个定时器的周期寄存器可以有20个比特(PRD+TDDR)。
从上面的介绍可以看到定时器实际上可以有20个比特的周期寄存器。
它对CL