DSP实验报告.docx
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DSP实验报告
DSP课程设计
实验报告
任意信号发生器的设计
院（系）：
电子信息工程学院
设计人员：
王睿学号：
08211074
李琦08211068
成绩：
工程设计50
报告20
答辩30
总分
评语：
指导教师签字：
日期：
一、设计任务书……………………………………………………………3
二、设计内容………………………………………………………………3
三、设计方案、算法原理说明……………………………………………3
四、程序设计、调试与结果分析…………………………………………4
五、设计（安装）与调试的体会…………………………………………25
六、参考文献………………………………………………………………26
一、设计任务书
信号发生器已广泛应用于科学实验、通讯和控制等应用领域中。
使用DSP和D/A转换器可以产生连续的正弦波信号，同样也能产生方波、锯齿波、三角波等其它各种信号波形。
本设计要求采用DSP及其D/A转换器产生上述各种信号波形。
基本部分：
使用DSP产生300—4000HZ的正弦信号，要求使用计算法，并且频率可变、幅度可变、直流分量可变。
发挥部分：
使用DSP产生300—4000HZ的方波、锯齿波和三角波。
二、设计内容
（1）编写C语言程序，并在CCS集成开发环境下调试通过。
（2）实现设计所要求的各项功能。
（3）按要求撰写设计报告。
三、设计方案、算法原理说明
产生连续信号的方法通常有两种：
查表法和计算法，查表法不如计算法使用灵活。
计算法可以使用泰勒级数展开法进行计算，也可以使用差分方程进行迭代计算或者直接使用三角函数进行计算。
计算结果可以边计算边输出，也可以先计算后输出。
正弦函数和余弦函数的泰勒级数数学表达式为：
.
如果要计算一个角度ⅹ的正弦和余弦值，可以取其前五项进行近似计算。
或使用下面递归的差分方程进行计算。
y[n]=A*y[n-1]-y[n-2]其中：
A=2cos（x），x=2πF/FS。
F—信号频率，FS—D/A转换频率。
利用递推公式计算正弦和余弦值需要已知cos（x）和正弦、余弦的前两个值。
计算时所需的计算量小，但如果用来产生连续的正弦和余弦信号，则累积误差太大。
要得到精确的计算结果，可以使用泰勒级数展开法进行计算，当然计算时所需的计算量很大。
在实际应用时可以根据需要选择相应的算法。
要产生一个正弦信号，首先要算出一个周期内各样点的值，因为sin（x）的值总是小于1的小数，而5402DSP是16位的定点处理器，所以要将其乘以215，变为Q15的数据格式，才能够在DSP中送到D/A转换器进行处理。
查表法与计算法的优缺点比较：
查表法：
事先将要输出的数据计算好，存储在DSP的内部RAM中，然后依次循环输出，从而才生波形。
这种方法的优点在于其速度快，可以产生频率很高的波形，而且不占用DSP的计算时间，它的缺点是需要占用DSP的内存空间，尤其是对采样频率比较大的输出波形，所需要的内部空间很大，所以这种方法用于对精度和频率要求不高的场合。
计算法：
采用计算的方法依次计算数据然后输出。
计算法的优缺点正好和查表法相反。
其优点是不占用DSP的存储空间，可以根据信息随时间改变或调整输出波形的周期波形；其缺点是占用DSP的计算时间，使得执行程序的开销大
在本次实验中我们采用计算法来产生正弦波，并且同时使用了泰勒级数、递归差分方程和三角函数计算三种方法来进行计算，以对这三种算法进行横向比较。
四、程序设计、调试与结果分析
基本部分：
【1】泰勒级数计算法
/******************************************************************************
任务：
产生300-4000HZ的正弦信号，要求使用计算法且频率、幅度、直流分量可变
设计方法：
利用泰勒展开式计算，sinx[i]=t-t^3/6+t^5/120-t^7/5040+t^9/362880
作者：
王睿李琦
设计时间：
2011/1/11
最后修改：
2010/1/12
*******************************************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#defineAM1//输出幅度
#definePI3.1415927
#defineF02000//输出频率,必须是16000/4=4000的约数
#defineFS16000//抽样频率
#defineDC0//直流偏置
#pragmaDATA_SECTION（_sinx,"data_buf1"）//定义两个数据段，存储数据
double_sinx[256],dacdata[256];
#pragmaDATA_SECTION（dacdata,"data_buf2"）
intoutbuffer[256];
intN;//每个周期样本个数
intN1;
voiddelay（int）;//延时函数声明
voidmain（void）
{
doublet=0,dt;
unsignedinti=0;
unsignedintj=0;
unsignedintk=0;
HANDLEhHandset;
intcount=2;
if（brd_init（100））
return;//初始化5402DSK板
while（count--）//LED发光二极管闪烁两次，表示程序开始正常运行
{
brd_led_toggle（BRD_LED0）;//切换LED指示灯0的显示状态
delay（1000）;
brd_led_toggle（BRD_LED1）;//切换LED指示灯1的显示状态
delay（1000）;
brd_led_toggle（BRD_LED2）;//切换LED指示灯2的显示状态
delay（1000）;
}
N=FS/F0;//每个周期样点数N=T0/TS=FS/F0
N1=N/4;
dt=2*PI*F0/FS;//步长dt=2*PI/N
for（i=0;i{
_sinx[i]=t-t*t*t/6+t*t*t*t*t/120-t*t*t*t*t*t*t/5040+t*t*t*t*t*t*t*t*t/362880;
dacdata[i]=AM*_sinx[i];
t=t+dt;
}
for（i=0;i{
j=i+N1;
k=N1-i-1;
dacdata[j]=dacdata[k];
}
for（i=0;i{
j=i+N1*2;
dacdata[j]=-dacdata[i];
}
for（i=0;i{
j=i+N1*3;
k=N1+i;
dacdata[j]=-dacdata[k];
}
for（i=0;i{
outbuffer[i]=（dacdata[i]+DC）*2047+2048;//将所有幅值移到正幅度部分
}
hHandset=codec_open（HANDSET_CODEC）;//获取设置codec的句柄
codec_dac_mode（hHandset,CODEC_DAC_15BIT）;//15bit工作模式
codec_aout_gain（hHandset,CODEC_AOUT_MINUS_6dB）;//模拟输出增益为-6dB
codec_sample_rate（hHandset,SR_16000）;//转换速率为16KHz
while
（1）//将输出信号样点存入数据输出缓冲区
{
while（!
MCBSP_XRDY（HANDSET_CODEC））{};//如果D/A未准备好，则等待
*（volatileu16*）DXR1_ADDR（HANDSET_CODEC）=outbuffer[i++];//将数据写入D/A转换器
if（i==N）
i=0;
}
}
voiddelay（s16period）//延时函数
{
inti,j;
for（i=0;i{
for（j=0;j>1;j++）;
}
}
实验成果截图：
400Hz
1000Hz
【2】三角函数计算法
/******************************************************************************
任务：
产生300-4000HZ的正弦信号，要求使用计算法且频率、幅度、直流分量可变
设计方法：
利用调用库函数计算，sinx[i]=（sin（x））
作者：
王睿李琦
设计时间：
2011/1/11
最后修改：
2010/1/12
*******************************************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#defineAM1//输出幅度
#definePI3.1415927
#defineF01000//输出频率,最小63
#defineFS16000//抽样频率
#defineDC0//直流偏置
#pragmaDATA_SECTION（_sinx,"data_buf1"）//定义数据段
double_sinx[256];
#pragmaDATA_SECTION（dacdata,"data_buf2"）
intdacdata[256];
intN;//每个周期样本数
voiddelay（int）;
voidmain（void）
{
doublet=0,dt;
unsignedinti=0;
HANDLEhHandset;
intcount=2;
if（brd_init（100））
return;//初始化5402DSK板
while（count--）
{
brd_led_toggle（BRD_LED0）;//切换LED指示灯0的显示状态
delay（1000）;
brd_led_toggle（BRD_LED1）;//切换LED指示灯1的显示状态
delay（1000）;
brd_led_toggle（BRD_LED2）;//切换LED指示灯2的显示状态
delay（1000）;
}
N=FS/F0;//每个周期样点数N=T0/TS=FS/F0
dt=2*PI*F0/FS;//步长dt=2*PI/N
for（i=0;i{
_sinx[i]=（sin（t））+DC;//调用函数法实现正弦波
dacdata[i]=AM*_sinx[i]*2047+2048;
t=t+dt;
}
hHandset=codec_open（HANDSET_CODEC）;//获取设置codec的句柄
codec_dac_mode（hHandset,CODEC_DAC_15BIT）;//15bit工作模式
codec_aout_gain（hHandset,CODEC_AOUT_MINUS_6dB）;//模拟输出增益为-6dB
codec_sample_rate（hHandset,SR_16000）;//转换速率为16KHz
while
（1）
{
while（!
MCBSP_XRDY（HANDSET_CODEC））{};//如果D/A未准备好，则等待
*（volatileu16*）DXR1_ADDR（HANDSET_CODEC）=dacdata[i++];//将数据写入D/A转换器
if（i==N）
i=0;
}
}
voiddelay（s16period）//延时函数
{
inti,j;
for（i=0;i{
for（j=0;j>1;j++）;
}
}
实验截图：
550Hz
1000Hz
【2】递归差分方程计算法
/******************************************************************************
任务：
产生300-4000HZ的正弦信号，要求使用计算法且频率、幅度、直流分量可变
设计方法：
利用递归差分方程计算，y[n]=A*y[n-1]-y[n-2]其中：
A=2cos（x），x=2πF/Fs
设计时间：
2011/1/11
作者：
王睿李琦
最后修改:
2011/1/12
修改内容：
*******************************************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
/*****************************************************************************
宏定义，只需修改相应项的值即可实现相应状态的改变
*****************************************************************************/
#defineF02000//频率
#defineFS16000//抽样速率
#defineAMP2//幅度
#defineDC0//直流分量
#pragmaDATA_SECTION（_sinx,"data_buf1"）
float_sinx[200];
#pragmaDATA_SECTION（dacout,"data_buf2"）
intdacout[200];
voiddelay（s16period）;//延时函数
HANDLEhHandset;
s16data;
float_A;
/*****************************************************************************/
/*主程序*/
/*****************************************************************************/
voidmain（）
{
u16i=0;
u16count=3;
u16N;
if（brd_init（100））//初始化5402DSK板
return;
_A=2*（cos（2*3.1415927*F0/FS））;//?
1.847759
/*LED发光二极管闪烁两次，表示程序开始正常运行*/
while（count--）
{
brd_led_toggle（BRD_LED0）;
delay（1000）;
brd_led_toggle（BRD_LED1）;
delay（1000）;
brd_led_toggle（BRD_LED2）;
delay（1000）;
}
/*计算余弦信号的样点值，计算得到的样点存储在dacdata[]数组中*/
_sinx[0]=0.000;//
dacout[0]=2048;//
_sinx[1]=sin（2*3.1415926*F0/FS）;//0.3826
dacout[1]=_sinx[1]*2047+2048;
i=2;
while
（1）
{
if（i>=200）
break;
_sinx[i]=_A*_sinx[i-1]-_sinx[i-2];
dacout[i]=_sinx[i]*2047+2048;
i++;
}
i=0;
N=FS/F0;
while
（1）
{
if（i>=200）break;
dacout[i]=AMP*dacout[i]+DC*2047;
i++;
}
/*获得Codec（D/A转换器）的句柄*/
hHandset=codec_open（HANDSET_CODEC）;
/*初始化D/A转换器*/
codec_dac_mode（hHandset,CODEC_DAC_15BIT）;//DAC设置为15比特模式
codec_aout_gain（hHandset,CODEC_AOUT_MINUS_12dB）;//设置模拟输出增益为-6dB
codec_sample_rate（hHandset,SR_16000）;//D/A转换速率为16kHz
/*正弦信号发生程序*/
while
（1）
{
/*D/A转换器是否准备好*/
while（!
MCBSP_XRDY（HANDSET_CODEC））{};
/*将信号样点输出到D/A转换器*/
*（volatileu16*）DXR1_ADDR（HANDSET_CODEC）=dacout[i++];
if（N==i）
i=0;
}
}
/*将输出信号样点存入数据输出缓冲区，可使用图形观察窗口观察输出信号波形*/
voiddelay（s16period）
{
inti,j;
for（i=0;i{
for（j=0;j>1;j++）
;
}
}
结果截图：
1000Hz
1000Hz
扩展部分：
产生300—4000HZ的方波
程序代码：
/**********方波信号产生程序**********************/
#include
#include
#include
#include
#include
#defineN256
#definepi3.1415927
#definepi22*pi
#defineF01000//Signalfrequency
#defineFs16000//Samplingfrequency
#pragmaDATA_SECTION（squ,"data_buf1"）
doublesqu[N];
#pragmaDATA_SECTION（dacdata,"data_buf2"）
intdacdata[N],outbuffer[N];
intamp=1;
unsignedintL=0;
voiddelay（int）;
voidmain（void）
{
unsignedinti=0;
HANDLEhHandset;
intcnt=2;
brd_init（100）;
while（cnt--）
{
brd_led_toggle（BRD_LED0）;//切换LED指示灯0的显示状态
delay（1000）;
brd_led_toggle（BRD_LED1）;//切换LED指示灯1的显示状态
delay（1000）;
brd_led_toggle（BRD_LED2）;//切换LED指示灯2的显示状态
delay（1000）;
}
for（i=0;i<=N/4;i++）
{squ[i]=1;
squ[i+N/4]=-1;
squ[i+N/2]=1;
squ[N-i]=-1;
}
for（i=0;i{dacdata[i]=squ[i];
outbuffer[i]=amp*dacdata[i];
}
hHandset=codec_open（HANDSET_CODEC）;//获取设置codec的句柄
codec_dac_mode（hHandset,CODEC_DAC_15BIT）;//15+1bit工作模式
codec_aout_gain（hHandset,CODEC_AOUT_MINUS_6dB）;//模拟输出增益为-6dB
codec_sample_rate（hHandset,SR_16000）;//转换速率为16KHz
while
（1）
{
while（!
MCBSP_XRDY（HANDSET_CODEC））{};//如果D/A未准备好，则等待
*（volatileu16*）DXR1_ADDR（HANDSET_CODEC）=outbuffer[i++];//将数据写入D/A转换器
}
}
voiddelay（intperiod）
{
inti,j;
for（i=0;i{
for（j=0;j}
}
结果截图：
1000Hz
300Hz
【1】产生300—4000HZ的三角波
程序代码：
#include
#include
#include
#include
#include
#defineN256
#definepi3.1415927
#definepi22*pi
#defineF01000//Signalfrequency
#defineFs16000//Samplingfrequency
#pragmaDATA_SECTION（tri,"data_buf1"）
doubletri[N];
#pragmaDATA_SECTION（dacdata,"data_buf2"）
intdacdata[N],outbuffer[N];
intamp=2;
unsign
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