函数信号发生器.docx

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函数信号发生器

课程设计报告

题目函数信号发生器

课程名称DSP应用技术课程设计

院部名称

专业

班级

学生姓名

学号

课程设计地点

课程设计学时

指导教师

金陵科技学院教务处制

实验项目名称：

实验学时：

同组学生姓名：

实验地点：

实验日期：

实验成绩：

批改教师：

批改时间：

一、课程设计的目的和要求

1、设计目的

（1）、掌握信号发生器的设计方法和测试技术。

（2）、了解函数发生器的工作原理和应用，了解其内部组成原理。

（3）、了解信号发生器程序设计的程序流程图。

2、设计要求

通过课程设计，加深对DSP芯片TMS320C54x的结构、工作原理的理解，对DSP相关技术进行运用，掌握设计DSP系统的基本方法。

通过使用汇编语言或者C语言编写具有完整功能的图形处理程序，学会DSP和MATLAB相关工具的连接,在CSS里面输出相关波形和频谱图形。

二、系统功能介绍及总体设计方案

1、系统功能介绍

本课题是基于DSP的函数信号发生器设计与仿真，用汇编语言设计出一个数字波形发生器，能产生正弦波、方波、三角波，并且信号频率可调。

矩形、三角、正弦等信号都是函数型信号,因此在程序设计时,对信号波形的有关参数（如幅度大小）进行设置。

波形信号一个周期内有N个量化值,在DSP存储器中开辟一个缓冲区用来存放N个量化值,当一个周期输出结束后,再从缓冲区起始处重新开始读取信号量化值输出,如此往复,就可以得到连续的信号波形。

若要产生较复杂的波形,只要修改源程序,改变DSP中缓冲区中的N个量化值,而不用重新改装电路。

通过改变信号的采样率,即改变定时器中断频率,就可以改变输出改变信号的频率,因此系统灵活性较好。

2、设计方案

A、使用MATLAB编写程序产生信号波形

B、进行DSP编程

C、查看程序运行后的输出波形并与先前波形进行比较

三、主要内容和步骤

1、概述

在本实验中使用MATLAB模拟产生信号，观察产生的波形。

MATLAB仿真后，进行DSP编程，在DSP中实现函数波形输出，与使用MATLAB编程产生的波形进行比较，观察是否输出正确波形。

2、整体操作步骤

在CCS中，编写相关汇编文件或者C语言文件，加载.out程序。

编译运行，可得到输出的相关波形，修改程序，得到不同类型的输出波形。

3、CCS汇编程序流程图

主程序流程图

子程序流程图

四、详细设计

1．各函数信号产生的算法的实现方法

A、一般来说，产生正弦波的方法由两种：

（1）查表法。

此种方法对于精度要求不是很高的场合。

如果精度要求高，表就很大，相应的存储器容量也就要增大。

（2）泰勒级数展开法。

这是一种更为有效的方法。

与查表法相比，需要的存储单元更少，而且精度高。

一个角度为

的正弦和余弦函数，都可以展开成泰勒级数，取其前五项进行近似为：

（1）

（2）

上式中x为

的弧度值。

本试验采用泰勒级数展开法。

在正弦信号发生器的设计中，先以前面的算法计算

（间隔为

）的sin和cos值，再利用

求出

的sin值（j间隔为

）。

然后，通过复制，获得

的正弦值，重复输出该值就可以得到正弦波。

B、方波产生程序比较简单，定义一个周期的存储空间，在前半个周期中输出幅度1，后半个周期输出－1，重复输出该值就可以得到方波。

C、三角波产生程序中，在前1/4周期内定义一个斜率为k满足k×1/4T，产生前1/4个周期的三角波，然后通过复制得到一个周期的三角波，储存在存储器中，重复输出该值就可以得到三角波。

2、MATLAB仿真的源代码及输出波形

由于三角波和正弦波信号产生的算法都比较简单，这里就不再做仿真验证了，只对正弦波信号产生的算法进行仿真验证。

程序如下：

clearall;

x=0:

pi/360:

pi/4-pi/360;

sinx=x.*（1-x.*x/（2*3）.*（1-x.*x/（4*5）.*（1-x.*x/（6*7）.*（1-x.*x/（8*9）））））;

cosx=1-x.*x/2.*（1-x.*x/（3*4）.*（1-x.*x/（5*6）.*（1-x.*x/7*8）））;

cosx=1-x.*x/2.*（1-x.*x/（3*4）.*（1-x.*x/（5*6）.*（1-x.*x/7*8）））;

sinx=2*sinx.*cosx;％产生

波形

sinx2=[sinx,sinx（90:

-1:

1）];％产生

波形

sin=[sinx2,-sinx2];％产生

波形

y=pi/180:

2*pi/360:

2*pi;

plot（y,sin）;

得到如下波形：

3、信号发生器的源代码及注释

.title"hanshu.asm"；为汇编语言原程序命名

.mmregs；定义MMR

.def_c_int00；定义标号_c_int00

.global

sinx,d_xs,d_sinx,cosx,d_xc,d_cosx,zhengxianbo_out,fangbo_out,sanjiaobo_out

sin_x:

.usect"sin_x",360

STACK:

.usect"STACK",10；为堆栈空间分配16个存储单元

interval.set1

.bsscount,1；为count分配4个存储单元

.bssoutput,1800；为OUTPUT分配1800个单元

主程序：

主要功能是选择将要输出的波形。

通过存放在AR7中的立即数与输出波形的型号相比较，若匹配，则输出相应的波形。

_c_int00:

ST#0,*（count）

STM#STACK+10,SP；设置堆栈指针

STM#2,AR7；选择输出波形的类型

CMPMAR7,#3；#3产生方波

BCrect_sub,TC

CMPMAR7,#2；#2产生三角波

BCtria_sub,TC

CMPMAR7,#1；#1产生正弦信号

BCsin_sub,TC

NOP

end:

Bend；循环等待

调用子函数，从而输出相应的波形：

zhengxianbo_sub:

nop

nop

CALLzhengxianbo_out；调用zhengxianbo_out

BCON；无条件转移

fangbo_sub:

nop

nop

CALLfangbo_out；调用fangbo_out

nop

nop

BCON

sanjiaobo_sub:

nop

nop

CALLsanjiaobo_out；调用sanjiaobo_out

nop

nop

BCON

CON:

STM#sin_x,AR5；AR5指向sin_x

STMinterval,AR0

STM#360,BK；设置缓冲区长度

STM#output,AR2

loop4:

MVDD*AR5+0%,*AR2+；数据存储器内部传送数据

ADDM#1,*（count）

CMPM*（count）,3600

NOP

NOP

BCdone,TC；条件分支转移

Bloop4

done:

Bdone

产生方波的函数

rect_out:

k_rtheta.set7FFFh；theta=pi/180（1deg.）

.text

LD#7FFFh,A；A=7FFFFh

STM#sin_x,AR6；将sin_x首地址送入AR6

STM#180,BRC；设置循环次数

RPTBloopr1-1

STLA,*AR6+

loopr1:

STM#180,BRC

RPTBloopr3-1

LD#0h,A；累加器A清零

STLA,*AR6+

loopr3:

RET

产生三角波的函数

实现步骤如下：

第一步：

计算0——90（间隔为1（deg.））的值，存于AR6中；

第二步：

利用*AR6-计算91——180的值；

第三步：

利用NEG取负计算181——270的值；

第四步：

同理计算271——360的值。

sanjiaobo_out:

k_ttheta.set364；theta=1/90（0.5deg.）

.text

ssbxfrct；设置小数运算

ST#0,*（count）

LD#0,A；累加器A清零

LD#-1,A

STM#STACK+10,SP；设置堆栈指针

STMk_ttheta,AR0；设置增量

STM0,AR1；AR0=x=0

STM#sin_x,AR6；sin_x首地址送入AR6

STLA,*AR6+

STM#89,BRC；设置循环次数

RPTBloopt1-1；loopt1-1为循环结束地址

ADDAR0,A；累加器运算，并修改地址

STLA,*AR6+

loopt1:

STM#sin_x+89,AR7；AR6指向sin_x+89单元

STM#89,BRC；设置重复次数

RPTBloopt2-1；loopt2-1为循环地址

LD*AR7-,A

STLA,*AR6+

loopt2:

STM#178,BRC；设置循环次数

STM#sin_x+1,AR7；AR7指向sin_x+1单元

RPTBloopt3-1；loopt3-1为循环结束地址

LD*AR7+,A

NEGA

STLA,*AR6+

loopt3:

STM#sin_x,AR5；AR5指向sin-x单元

STMinterval,AR0

STM#360,BK；设置缓冲区长度

STM#output,AR2

loopt4:

MVDD*AR5+0%,*AR2+；数据存储器内部传送数据

ADDM#1,*（count）；存储器加1

CMPM*（count）,1800；比较count与立即数

BCdonet,TC；条件分支转移

bloopt4；循环输出，产生波形

donet:

bdonet

RET

正弦波的实现

实现步骤如下：

第一步：

利用sin_start和cos_start子程序，计算0（~45（（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0（~90（的正弦值（间隔为1（）；

第三步：

通过复制，获得0（~359（的正弦值；

第四步：

将0（~359（的正弦值重复从PA口输出，便可得到正弦波。

zhengxianbo_out:

k_stheta.set286；theta=pi/360（0.5deg.）

.text

STMk_stheta,AR0；AR0-->k_stheta

STM0,AR1；AR1=x

STM#sin_x,AR6；AR6指向sin_x

STM#90,BRC；fromsin0---sin90（deg）

RPTBloop1-1

LDMAR1,A；取X值

LD#d_xs,DP；设置页指针

STLA,@d_xs；将x值送入d_xs单元

STLA,@d_xc；将x值送入d_xc单元

CALLsinx；（d_sinx）=sin（x）

CALLcosx；（d_cosx）=cos（x）

LD#d_sinx,DP；切换到正弦指数据区

LD@d_sinx,16,A；A=sin（x）

MPYA@d_cosx；B=sin（x）*cos（x）

STHB,1,*AR6+；AR6-->2*sin（x）*cos（x）

MAR*AR1+0；每次增加0.5

loop1:

STM#sin_x+89,AR7；sin（91）---sin（179）

STM#88,BRC；设置重复次数，计算sin91到sin179

RPTBloop2-1

LD*AR7-,A

STLA,*AR6+

loop2:

STM#179,BRC；sin（180）---sin（359）

STM#sin_x,AR7；AR7指向sin_x单元

RPTBloop3-1

LD*AR7+,A

NEGA；累加器变负

STLA,*AR6+

loop3:

RET

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

sinx:

.defd_xs,d_sinx

.data；定义程序空间存放系数

table_s.word01c7h；1/（8*9）

.word030bh；1/（6*7）

.word0666h；1/（4*5）

.word1556h；1/（2*3）

d_coef_s.usect"coef_s",4；定义数据空间存放系数

d_xs.usect"sin_vars",1；定义1个数据空间存放x

d_squr_xs.usect"sin_vars",1；定义1个数据空间存放x2

d_temp_s.usect"sin_vars",1；定义1个暂存单元

d_sinx.usect"sin_vars",1；定义数据空间存放结果

c_1_s.usect"sin_vars",1；定义数据空间存放数值1

.text

SSBXFRCT；设置小数运算

STM#d_coef_s,AR5；设置系数表首地址

RPT#3；下一条指令执行4次

MVPD#table_s,*AR5+；向系数表传送泰勒级数

STM#d_coef_s,AR3；系数表首地址送往AR3

STM#d_xs,AR2；X单元的地址送往AR2

STM#c_1_s,AR4；数值1送往AR4

ST#7FFFh,c_1_s；7fffh==1

SQUR*AR2+,A；求x的平均方值

STA,*AR2；存入X平方值

||LD*AR4,B；B=1

MASR*AR2+,*AR3+,B,A；A=1-x2/72，T=x2

MPYAA；A=T（A=x2（1-x2/72）

STHA,*AR2；AR2-->d_temp_s

MASR*AR2-,*AR3+,B,A；A=1-x2/20（1-x2/42（1-x2/72））

MPYA*AR2+；B=x2（1-x2/20（1-x2/42（1-x2/72）））

STB,*AR2

||LD*AR4,B

MASR*AR2-,*AR3+,B,A；B=1

MPYAd_xs；A=1-x2/6（1-x2/20（1-x2/42（1-x2/72）））

STHB,d_sinx；B=x（1-x2/6（1-x2/20（1-x2/42（1-x2/72）

RET；计算sinx结果存入d_sinx单元

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

cosx:

.defd_xc,d_cosx

d_coef_c.usect"coef_c",4；为"coef_c"分配4个单元

.data；定义数据段代码

table_c.word0249h；1/（7*8）

.word0444h；1/（5*6）

.word0aabh；1/（3*4）

.word4000h；1/2

d_xc.usect"cos_vars",1；定义1个数据空放x

d_squr_xc.usect"cos_vars",1；定义1个数据空间存放x2

d_temp_c.usect"cos_vars",1；定义1个暂存单元

d_cosx.usect"cos_vars",1；定义数据空间存放结果

c_1_c.usect"cos_vars",1；定义数据空间存放数值1

.text

SSBXFRCT；设置小数运算

STM#d_coef_c,AR5；设置系数表首地址

RPT#3；设置重复操作次数

MVPD#table_c,*AR5+；向系数表传送泰勒系数

STM#d_coef_c,AR3；系数表首地址送AR3

STM#d_xc,AR2；x单元地址送AR2

STM#c_1_c,AR4；数值1地址送AR5

ST#7FFFh,c_1_c；将数值1送c_l_s单元

SQUR*AR2+,A；求x的平方值

STA,*AR2；x2值存入d_squr_xs单元

||LD*AR4,B；B=1

MASR*AR2+,*AR3+,B,A；A=1-x2/72，T=x2

MPYAA；A=T（A=x2（1-x2/72）

STHA,*AR2；（d_temp_s）=x2（1-x2/72）

MASR*AR2-,*AR3+,B,A；A=1-x2/42（1-x2/72）

；T=x2（1-x2/72）

MPYA*AR2+；B=x2（1-x2/42（1-x2/72））

STB,*AR2；（d_temp_s）=x2（1-x2/42（1-x2/72））

||LD*AR4,B

MASR*AR2-,*AR3+,B,A；B=1

SFTAA,-1,A

NEGA

MPYA*AR2+

MAR*AR2+；修改AR2

RETD

ADD*AR4,16,B；AR4内容左移16位存入B中

STHB,*AR2

RET

.end

五、实验过程

1、实验步骤与内容

具体步骤：

在桌面上点击"SetupCCS2"图标，双击进入，会有如下界面选择图中所示的仿真器的型号，完成图中操作后，按"saveandquit"进行下一步。

选择菜单项Project→New。

输入标题shiyunxia,ok,在对话框中右击选择AddFilestoProject，在文件类型框中选择*.asm。

选择hanshu.asm并点击Open。

同理，将hanshu_v.asm、hanshu.cmd文件均加入其中。

其过程见下图所示：

点击工具栏按钮CCS重新编译、汇编和连接工程中的所有文件，有关此过程的信息显示在窗口底部的信息框中。

选择File→LoadProgram，选择刚重新编译过的程序shiyunxia.out（它应该在c:

\ti\myprojects\shiyunxia文件夹中）并点击Open。

点击工具栏按钮RUN在VIEW里选择graph，time-frequency，并在弹出的对话框中修改参数。

2、CCS程序运行后的各种输出结果

若程序如下所示，产生三角波

_c_int00:

ST#0,*（count）

STM#STACK+10,SP；设置堆栈指针

STM#2,AR7；选择输出波形的类型

CMPMAR7,#3；#3产生方波

BCrect_sub,TC

CMPMAR7,#2；#2产生三角波

BCtria_sub,TC

CMPMAR7,#1；#1产生正弦信号

BCsin_sub,TC

NOP

end:

Bend；循环等待

STM#2,AR7语句中将2改成3，产生方波

STM#2,AR7语句中将2改成1，产生正弦波

六、结论与体会

1、实验中遇到的问题

2、实验心得

七、参考文献

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