《DSP原理及应用》实验指导书.docx

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《DSP原理及应用》实验指导书

DSP原理及应用

实验指导书

编写人：

许成哲

审核人：

许一男

延边大学工学院

电子信息通信学科

目　录

一、基础实验部分

二、选做实验部分

三、创新实验部分

实验一CCS的使用实验

一、实验目的

1.熟悉掌握集成开发环境（CCS）软件。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器；

三、预习要求

1.预习CCS安装与配置。

四、实验内容

打开CCS5000主程序，打开的主界面如下：

本节使用工程“Volume1”为例做一个实验，该实验开发并运行一个简单的程序，指导读者如何新建一个工程，如何向工程添加源文件并修改代码，编译并且运行程序。

1.准备工作

在以下各节之前，为了便于学习，我们事先准备好实验文件。

在CCS的安装目录下，找到“\myprojects”目录，在这里新建一个名为“volume1”的目录，再到CCS安装目录下找到“\tutorial\sim54xx\volume1”目录，把下表的7个文件复制到刚才新建的目录下：

需要复制的文件

文件说明

volume.c

实验用C源文件

load.asm

实验用汇编源文件

vectors.asm

实验用中断向量表文件

volume.h

C函数使用的头文件

volume.cmd

内存定位文件

sine.dat

实验用数据文件

volume.gel

实验用GEL控制文件

2.新建工程文件

文件复制完成以后，启动CCS，再主菜单中单击“Project”（设计），会有“new”和“open”选项，创建新工程使用“new”选项。

程序会提问新建工程的名字以及保存位置，指定后单击“确定”即可。

3.向工程添加各类型文件

可以使用两种方式向工程添加源文件、CMD文件和库文件。

（1）添加源文件：

在主菜单中单击“Project”，选择“AddFilestoProject”命令，在弹出的添加文件对话框中找到目录“volume1”，选择文件“volume.c”，单击“打开”按钮，如下面左图所示。

另一个方法是在工程名“volume.pjt”上单击鼠标右键，选择“AddFiles”命令。

在弹出的添加文件的对话框中，找到目录“volume1”，再在添加文件对话框中单击“文件类型”，选择“AsmSourceFiles（*.a*;*.s*）”，这样在添加文件对话框里就只显示指定类型的文件。

同时选择“load.asm”和“vectors.asm”，单击“打开”按钮（通过这种方法也可添加C代码文件“volume.c”），如右下图所示。

（2）接着添加必需的内存定位文件“*.cmd”，使用上述任一方式，向工程里添加“volume.cmd”，注意在添加文件对话框的“文件类型”下拉列表中要选择“LinkCommandFile（*.cmd）”，该文件定义了各代码段和数据段在存储器中的位置。

（3）因为本实验工程是基于C语言编写的，因此还需要添加运行时支持库（Run－Time－SupportLibrary如果基于汇编的就不需要）。

使用上述任何一种方式，向工程添加“rts.lib”文件，该文件存放在CCS的安装目录“\c5400\cgtools\lib”下。

注意在添加文件对话框的“文件类型”下拉列表中要选择“ObjectLibraryFiles（*.o*,*.l*）”。

（4）添加头文件。

在工程名“volume.pjt”上单击鼠标右键，选择“ScanAllDependencies”，这样volume.c文件所包含的头文件“volume.h”将出现在工程浏览窗中的“Iclude”文件夹中。

头文件实际不用人工添加，在Build工程时，CCS本身就会自动完成扫描。

4.查阅代码

在继续完成实验之前，先阅读一下源代码。

明白各文件内容：

在工程浏览窗里的“volume.c”文件名上双击鼠标，即可在CCS的编辑窗口看到源代码，注意该文件的以下三个部分：

（1）在主函数输出消息"volumeexamplestarted"后，主函数进入一个无限循环，在循环内部调用了两个函数dataIO（）与processing（）。

（2）函数processing（）对输入缓冲区的每个采样值乘以一个增益值“gain”，并将结果存放到输出缓冲区中。

改函数同时调用汇编程序load（），该函数会根据processing（）传递过来的参数processingLoad来消耗指令周期，模拟复杂信号处理算法在时间上的消耗。

（3）函数dataIO（）在本实验中不作任何实际操作而直接返回。

5.建造和运行程序

建造（Building）在这里指编译、汇编、链接三个独立步骤按顺序联合运行。

在主菜单中单击“Project”，选择“RebuildAll”，或者单击工具条图标

，CCS将重新对工程中所有文件进行编译、汇编、链接，并同步在底部窗口中显示编译连接信息。

连接完毕，CCS生成一个“.out”文件，默认存放在目录“volume1”下的“debug”（除错）目录中。

建造完毕后，再完成装载程序的步骤：

在主菜单中单击“File”，选择“LoadProgram”，在弹出对话框中，找到目录“volume1”下的“debug”目录，选择“volume.out”，并打开。

CCS装载完毕该文件到目标DSP以后，会自动弹出“Dissassembly”窗口，显示构成源代码的反汇编指令。

同时，CCS还会在底部弹出“stdout”栏，用于显示程序在运行时的输出信息。

现在可以运行我们的程序：

在主菜单中单击“Debug”，选择“GoMain”，让程序从主函数开始运行。

程序会停在main（）处，并会有一个黄色的箭头

标记当前要执行的C语言代码。

如果希望同时看到C语言代码和对应编译生成的汇编代码，在主菜单中单击“View”，选择“MixedSource/ASM”，此时会有一个绿色箭头

标记当前要执行的汇编代码，如图所示：

在主菜单中单击“Debug”，选择“Run”，或单击工具条图标

，让程序全速运行。

如果能在底部的stdout标准输出窗口看到程序运行的输出信息“volumeexamplestarted”，证明程序能够正常运行。

在主菜单中单击“Debug”，选择“Run”，或单击工具条图标

，让程序停止运行。

常用的按钮如下：

单步执行；

不进入子程序中；

　从子程序中执行出；

执行到子程序开始处；

运行程序；

停止运行；

全速运行程序。

5.多种观察窗口帮助调试。

查看寄存器：

在CCS中选择View菜单中的CPURegisters命令。

查看数据：

选择View菜单中的Memory…命令，弹出设置窗口，按实际需要指定其中的参数，如起始地址等，就可以观察到数据单元中的值，该值可以以多种格式表示。

查看程序中变量的当前值：

可以在程序中用光标选中变量名，在鼠标右键菜单中选择AddtoWatchWindow命令就可以把该变量添加到Watch窗口。

随着程序的运行，可以在Watch窗口看到该变量的值的变化。

显示图形：

如果要观察的变量太多，例如要观察一个数组的值，那么可以用一种更直观的方法，就是把数据用图形的方式表现出来。

选择View菜单中的Graph命令，会有不同类型的图形可供选择。

常用的是时域/频域波形，即Time/Frequency…项。

在弹出的GraphProperty对话框中，可以设定图形的标题、数据的起始地址、采集缓冲区的大小、显示数据的大小、数据类型等属性。

五、实验报告

1.整理使用CCS的步骤。

六、思考题

1.总结DSP基本开发流程。

实验二卷积运算实验

一、实验目的

1.掌握卷积运算的基本原理；

2.掌握用C语言编写DSP程序的方法。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器。

三、预习要求

1.预习卷积的基本原理。

四、实验内容

1.在CCS环境中打开本实验的工程（Ex2.pjt）

2.编译并重建.out输出文件，然后通过仿真器把执行代码（.out的文件）下载到DSP芯片中；

3.把x,h和y添加到Watch窗口中作为观察对象（选中变量名，单击鼠标右键，在弹出菜单中选择“AddWatchWindow”命令）；

4.单击运行

；

5.观察三个数组从初始化到卷积运算结束整个过程中的变化（可单击变量名前的“＋”号把数组展开

）；

6.修改输入序列的长度或初始值，重复上述过程，观察卷积结果。

五、实验报告

1.整理卷积运算原理；

2.整理实验步骤及其中间结果。

六、思考题

1.试用汇编语言编写实现卷积运算的程序；

2.考虑如何实现复数的卷积运算。

实验三相关运算实验

一、实验目的

1.掌握相关系数的估计方法；

2.掌握用C语言编写DSP程序的方法。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器。

三、预习要求

1.预习自相关系数和互相关系数理论知识。

四、实验内容

1.在CCS环境中打开本实验的工程（Ex3.pjt）

2.编译并重建.out输出文件，然后通过仿真器把执行代码（.out的文件）下载到DSP芯片中；

3.在Watch窗口中添加相关系数数组r作为观察对象；

4.单击运行

，观察数据值的变化；

5.修改估计模式mode，重复上述过程，观察有偏估计与无偏估计的差别；

6.修改输入数组x[]和y[]的初始赋值函数、参与估计的数组长度、输出数组的长度等参数，重复上述过程，观察运行结果。

五、实验报告

1.整理自相关与互相关系数理论内容；

2.整理每个实验步骤所能观察到的中间结果。

六、思考题

1.试证明上面给出的第二组相关系数估计公式的无偏性；

2.在本实验程序的基础上，修改代码，实现自相关系数的估计；

3.分析阶数对相关系数的影响。

实验四快速傅里叶变换实验

一、实验目的

1.掌握FFT算法的基本原理；

2.掌握用C语言编写DSP程序的方法。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器。

三、预习要求

1.预习基2FFT算法理论知识。

四、实验内容

1.在CCS环境中打开本实验的工程（Ex4.pjt）

2.编译并重建.out输出文件，然后通过仿真器把执行代码（.out的文件）下载到DSP芯片中；

3.运行程序；

4.选择view->graph->time/frequency…　。

设置对话框中的参数:

其中“StartAddress”设为“x_re”，“Acquisitionbuffersize”和“DisplayDatasize”都设为“64”，并且把“DSPDataType”设为“32-bitfloatingpoint”（如图），

设置好后观察输入信号序列的波形（单边指数函数，如图）；

同样方法观察经DFT变换后的输出序列“y_re”的波形，“StartAddress”改为“y_re”，其余参数不变（如图）；

5.在Watch窗口中添加i,j,k,m,n,a,b,c等变量，在Debug菜单中先“Restart”然后“Gomain”，单步运行程序，跟踪FFT算法的过程；

（可以跳过程序开始部分对各个数组的赋值代码，方法是在雷德算法的第一行代码前设置断点，然后先单击运行，待程序停在该断点后再单步执行后面的代码，见下图）

6.修改N的值（应为2的整数次幂，如8，16，32等，最大不超过256），或者修改输入信号x的函数，如直流、正弦、三角等，观察程序运行结果。

注意观察图形时，数据块大小要相应更改为当前N值。

五、实验报告

1.整理基2FFT理论知识；

2.整理每个实验步骤所能观察到的中间结果。

六、思考题

1.分析本实验程序中完成位倒序排列的“雷德算法”的原理；

2.参考资料，了解TMS320C5000系列专门为FFT运算提供的“比特反转寻址方式”；

3.思考如何实现实数序列的FFT，它在复数序列的算法基础上还能作哪些优化，从而进一步降低运算量和所需的存储空间。

实验五离散余弦变换实验

一、实验目的

1.掌握离散余弦变换算法的概念和实现方法；

2.掌握用C语言编写DSP程序的方法。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器。

三、预习要求

1.预习一维离散余弦变换理论知识。

四、实验内容

1.在CCS环境中打开本实验的工程（Ex5.pjt）

2.编译并重建.out输出文件，然后通过仿真器把执行代码（.out的文件）下载到DSP芯片中；

3.运行程序；

4.在Watch窗口中添加ck变量，观察离散余弦变换的结果，当要把ck展开时，程序会提示输入要显示的范围，源程序中N＝8，因此只需显示0－7　如图）；

5.修改N的值（可以是16,32,64…256），或者修改输入信号x的函数，重复上述过程，观察程序运行结果。

五、实验报告

1.整理离散余弦变换数理论内容；

2.整理每个实验步骤所能观察到的中间结果。

六、思考题

1.了解二维离散余弦变换的定义；

2.把源程序改写成纯实数运算。

实验六有限冲击响应滤波器实验

一、实验目的

1.掌握FIR滤波器的原理和窗函数设计法；

2.掌握用C语言编写DSP程序的方法。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器。

三、预习要求

1.预习FIR滤波器理论知识。

四、实验内容

1.在CCS环境中打开本实验的工程（Ex6.pjt）

2.编译并重建.out输出文件，然后通过仿真器把执行代码（.out的文件）下载到DSP芯片中；

3.阅读源代码，记下各种窗函数的公式；

4.运行程序；

5.选择view->graph->time/frequency…。

设置对话框中的参数:

其中“StartAddress”设为“hd”，“Acquisitionbuffersize”和“DisplayDatasize”都设为“21”（因为源程序中n=21），并且把“DSPDataType”设为“32-bitfloatingpoint”，设置好后观察理想冲击响应序列的波形示意图，可与公式对照分析；

6.观察其它序列的波形示意图，包括所用窗函数w，加窗后响应序列h和输出对数幅频响应db的图形，这时的“StartAddress”应分别设为“w”和“h”和“db”，其中观察前两者时数据块大小设为“21”（同n值），观察“db”时数据块大小设为“300”（同l值），所观察到的图形应大致如下面五组图所示；

7.从1－5依次修改m的值，按上面步骤观察各图形。

Øm=1时：

矩形窗函数（w）

加窗后序列（h）

加窗后的幅频响应db

Øm=2时：

三角窗函数（w）

加窗后序列（h）

加窗后的幅频响应db

Øm=3时：

汉宁窗函数w

加窗后序列h

加窗后的幅频响应db

Øm=4时：

汉明窗函数w

加窗后序列h

加窗后的幅频响应db

Øm=5时：

布莱克曼窗函数w

加窗后序列h

加窗后的幅频响应db

五、实验报告

1.整理FIR滤波器设计方法；

2.整理每个实验步骤所能观察到的中间结果。

六、思考题

1.总结窗函数法的设计步骤和关键问题。

实验七无限冲击响应滤波器实验

一、实验目的

1.掌握IIR滤波器的原理与设计方法；

2.掌握用C语言编写DSP程序的方法。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器。

三、预习要求

1.预习IIR滤波器理论知识。

四、实验内容

1.在CCS环境中打开本实验的工程（Ex7.pjt）

2.编译并重建.out输出文件，然后通过仿真器把执行代码（.out的文件）下载到DSP芯片中；

3.运行程序；

4.在Watch窗口观察系统函数H（z）的分子和分母系数ptr_b，ptr_a。

写出该滤波器的系统函数；

5.选择view->graph->time/frequency…。

设置对话框中的参数:

其中“StartAddress”设为“hwdb”，“Acquisitionbuffersize”和“DisplayDatasize”都设为“50”，并且把“DSPDataType”设为“32-bitfloatingpoint”，观察幅频响应的波形（如图）；

6.修改滤波器的设计参量fp，fr，fs，ap，ar等，重复上述过程，观察设计结果。

（其参数值均在编写的程序中请注意按程序修改）

五、实验报告

1.整理IIR滤波器设计方法；

2.整理每个实验步骤所能观察到的中间结果。

六、思考题

1.总结巴特沃思型滤波器的设计方法。

实验八普通语音A/D与D/A实验

一、实验目的

1.熟悉5410DSP的MCBSP的使用；

2.了解AD50的结构；

3.掌握AD50各寄存器的意义及其设置；

4.掌握AD50与DSP的接口；

5.掌握AD50的通讯格式；

6.掌握AD50的DA实验。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器。

三、预习要求

1.预习MCBSP接口；

2.预习AD50接口及其使用方法。

四、实验内容

1.连接好DSP开发系统，音频线连接计算机和AD50模块的输入，另一条音频线连接AD50模块输出和扬声器输入，或者用耳机连接AD50模块输出；

2.调节RPC03可变电阻，使Uc02运放的正输入端（3脚和5脚）[出场前均设计好]，输入电平为2.5V把JC05跳到上面3.3V,AD50做Master；

3.打开CPU寄存器观察窗口，把OVLY位设置为0（因为我们把程序放到片外，数据放到片内）；

4.本实验工程文件（.\ad50ad_da\ad50.pjt），编译之后下载程序到DSP；

5.复位AD50，并观察AD50复位后默认的MCLK，FS的频率；

6.运行程序，用示波器观察设置AD50的MCLK，FS频率的变化；

7.当声音不清晰时可调节RPC02（VOCALOUTPUT旁边那个）,调节音量，使音量大小恰当；

8．计算机用声卡信号源产生声音信号，测试输入输出信号波形。

五、实验报告

1.整理每个实验步骤所能观察到的中间结果。

六、思考题

1.总结A/D与D/A的原理。

实验九高精度音频A/D与D/A实验

一、实验目的

1.熟悉DSP中多功能缓冲串口（MCBSP）；

2.熟悉数字D/A，A/D芯片的功能和结构；

3.掌握MCBSP及AIC23的设置和使用方法；

4.了解AIC23与MCBSP的硬件结构与连接方式。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器。

三、预习要求

1.预习MCBSP接口；

2.预习AIC23接口及其使用方法。

四、实验内容

本实验包含两部分：

一部分是AIC23的Bypass功能，即从线路输入口（LINEIN）输入音频信号，控制芯片内寄存器，使输入音频信号通过AIC23内Bypass通道经功率放大直接输出，实现模拟到模拟输出，另一部分是AIC23的D/A变换实验，即由DSP送来的音频数据字，经音频数字接口送到AIC23内D/A变换成模拟信号，经功率放大器由耳机输出口（HPOUT）输出。

1.我们首先要了解本次实验使用的硬件资源，在实验中我们使用5410芯片的MCBSP0口和AIC23，AIC23有控制接口，音频数据接口，而DSP只提供了MCBSP0口。

故该串口要复用，传送AIC23的控制字与音频数据字；

2.实验要求首先实现30秒的Bypass功能，然后自动转换为DSP芯片输出音频数据字；

注意事项：

（1）AIC23控制接口的通信模式是硬件控制，应将AIC23的MODE引脚拉高电平，置SPI模式，即跳线帽插在中间与右边。

（2）由CPLD的内部设置，在音频数据传送过程中，应设AIC23为DSP主模式，MCBSP0为DSP从模式，并注意收发时钟，帧同步的极性与延迟脉冲的个数设置匹配。

（3）注意AIC23休眠寄存器中ADC，DAC不能同时开启，否则芯片会自动关闭，在改变控制字后应激活寄存器，否则芯片不会进入工作状态。

3.音频线连接计算机和AIC23模块的输入（LINEIN），另一条音频线连接AIC23模块输出（PHONE）和扬声器输入，或者用耳机连接AIC23模块输出（PHONE）,用计算机播放声音文件；

4.本实验工程文件（.\aic23bypassda\aic231215.pjt），编译之后下载程序到DSP；

5.运行程序，听声音输出的变化。

五、实验报告

1.整理每个实验步骤所能观察到的中间结果。

六、思考题

1.比较本实验和实验八。

实验十AIC23的数字录音实验

一、实验目的

1.熟悉掌握TMS32C5410配置CODEC芯片的过程；

2.熟悉AIC23芯片的使用；

3.掌握串口中断的配合使用。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器；

4.MIC一个。

三、预习要求

1.预习AIC23接口及其使用方法。

四、实验内容

1.用音频线连接实验箱的扬声器和AIC23模块的LINEOUT或者PHONE端，MIC端口连接一个MIC；

2.打开aic23micphone.pjt工程，这是一个AIC23的程序，编译；

3.将编译的aic23micphone.out文件通过仿真器下载到DSP芯片，执行程序；

4.听到“滴”的一声以后开始录音，大概6秒后“滴”的一声是录音结束，接着DSP会循环回放刚才录的声音。

如果想再次录音则需要再次下载并运行。

五、实验报告

1.整理每个实验步骤所能观察到的中间结果。

六、思考题

1.总结本实验的流程。

实验十一BootLoader实验

一、实验目的

1.掌握TMS32C5410Bootloader的原理；

2．掌握TMS32C5410Bootloader的并行加载程序的编写。

二、实验仪器及材料

1.一台装有CCS软件的计算机；

2.DSP实验箱的TMS320C5410主控板；

3.DSP硬件仿真器；

三、预习要求

1.预习BootLoader内容。

四、实验内容

1.打开bypass.pjt工程，这是一个AIC23的程序，编译时注意加上参数-v548，在Project菜单下的Build