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1、dsp报告1 绪论 数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。 下图是数字信号处理系统的简化框图。此系统先将模拟信号转换为数字信号，经数字信号处理后，再转换成模拟信号输出。其中抗混叠滤波器的作用是将输入信号x(t)中高于折叠频率的分量滤除，以防止信

2、号频谱的混叠。随后，信号经采样和A/D转换后，变成数字信号x(n)。数字信号处理器对x(n)进行处理，得到输出数字信号y(n),经D/A转换器变成模拟信号。此信号经低通滤波器，滤除不需要的高频分量，最后输出平滑的模拟信号y(t)。 数字信号处理系统简化框图数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。2 总体方案的分析和设计2.1 总体方案设计 （1）基

3、于DSP的特点，本设计采用TMS320X2812系列的DSP作为正弦信号发 生器的核心控制芯片。 （2）用泰勒级数展开法实现正弦波信号。 （3）将数据传递给D/A，控制D/A的输出信号，该信号通过滤波放大后输出， 并显示出幅频图。2.2 正弦波信号发生器 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。本次主要用泰勒级

4、数展开法来实现正弦波信号。 产生正弦波的算法正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式： （2-1） （2-2）取泰勒级数的前5项，得近似计算式： （2-3） （2-4）递推公式：sin(nx) = 2cos(x)sin(n-1)x-sin(n-2)x （2-5）cos(nx) = 2cos(x)sin(n-1)x-cos(n-2)x （2-6）由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时,需要已知cos(x)、sin(n-1)x、 sin(n-2)x和cos(n-2)x。3 硬件设计3.1 硬件设计内容 本次设计采用TI公司生产的DSP芯片TMS320F2812和D/A转换产生正弦波。 TM

5、S320F2812系列DSP（数字信号处理器）是TI公司最新推出的数字信号处理器，该系列处理器是基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器。器件上集成了多种先进的外设，为电机及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台。同时代码和指令与F24x系列数字信号处理器完全兼容，从而保证了项目或产品设计的可延续性。与F24x系列数字信号处理器相比，F2812系列数字信号处理器提高了运算的精度（32位）和系统的处理能力（达到150MIPS）。该系列数字信号处理器还集成了128KB的Flash存储器，4KB的引导ROM，数字运算表以及2KB的OTP ROM，从而大大改善了应用的灵活性。128位的密码

6、保护机制有效地保护了产品的知识产权。两个事件管理器模块为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能。16通道高性能12位ADC单元提供了两个采样保持电路，可以实现双通道信号同步采样。归纳起来，TMS320F2812系列DSP有以下特点。TMS320F2812有3个独立的片选信号，并且读/写时序可编程，兼容不同速率的外设扩展;通过配置外部接口寄存器，TMS320F2812在访问外部设备时不必额外增加延时等待，既提高了程序的实时性又减少了代码量。TMS320F2812是TI2000系列中功能最为强大的DSP芯片。它是一种32位DSP，片内有128KFLASH,18KSRAM, DART. 56 I/0

7、,12MAD+l6路输入，指令处理速度高达150MPIS. TMS320F2812样片于2003年推出，经过了试用期，现在己经非常成熟。国内公司己经开始陆续使用，其开发工具完备，购买渠道畅通，价格低廉，是一款非常适合本课题需要的控制芯片。TMS320F2812的时钟频率是150MHz，即时钟周期是6.67ns。有众多的外设接口，GPIO, SPI, SCIA, SCIB, McBSP, eCAN, SRAM. FLASH, EVA,EVB, ADC。这些外设模块使TMS320F2812很适用于控制领域。 该设计主要是利用了数字信号处理器以及D/A转换两个部分，其中DSP芯片TMS320F281

8、2是系统的核心处理器（控制器），数模转换被驱动后，将系统产生的数字信号进行转化（数模转换），输出连续的模拟信号，即产生正弦波，整个系统设计简单，清晰易懂。3.2 系统设计原理 整个硬件电路设计主要由中心处理器和数模转换构成，其核心部分就是TMS320F2812数字信号处理芯片，它的作用是接受PC机传来的各种数据，然后再对接收到的数据进行加工和运算。当DSP对数据进行计算以后，它就把得到的数据输出到D/A转换，D/A转换对接收到的离散的数字信号进行运算，把数字信号转换为连续的模拟信号，该信号通过滤波放大后输出。这就是整个硬件方案的工作原理。3.3 系统部分模块介绍 JTAG接口设计：DSP系统在

9、开发调试阶段必须使用具有仿真器的标准接口，主机与DSP实验板通过JTAG接口实现。通过JTAG接口，用户可以通过上位机下载应用程序到DSP系统上进行在线调试。TI公司的系列DSP可以使用CCS软件实现程序下载，控制程序的运行并可以实时监视程序的运行。 电源电路：TMS320F2812芯片工作时需要的电压有两个部分：+3.3V的Flash电压和+1.8V的内核电压。TMS320F2812对电源很敏感，所以在此可以用电压精度比较搞得电源芯片TPS767D301或者TPS767D319。TPS767D301输入电压为+5V，芯片起震，正常工作之后，能够产生3.3V和1.8V两种电压工DSP使用。图3

10、.1为电源产生电路。图3.1 电源产生电路 D/A转换：在本次课程设计中需要D/A转换，将数字信号转换为模拟信号才能输出。图3.2所示的D/A转换电路可以产4路模拟信号，通过相关软件程序，可以实现正弦波的输出。图3.2 D/A转换电路图4 CCS简介4.1 CCS工作模式 CCS是TI公司针对TMS320系列DSP的集成开发环境,在Windows操作系统下，采用图形接口界面，提供有环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具。CCS有两种工作模式，即：（1）软件仿真器模式：可以脱离DSP芯片，在PC机上模拟DSP的指令集和工作机 制，主要用于前期算法实现和调试。（2）硬件在线编程模式：可以

11、实时运行在DSP芯片上,与硬件开发板相结合在线编 程和调试应用程序。 4.2 CCS的组成 CCS的开发系统主要由以下组件构成（1）TMS320X2812集成代码产生工具 用来对C语言、汇编语言或混合语言编程的DSP源程序进行编译汇编，并链接成为可执行的DSP程序。主要包括汇编器、链接器、C/C+编译器和建库工具等。 （2）CCS集成开发环境 集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试和实时跟踪等功能于一体。包括编 辑工具、工程管理工具和调试工具等。 （3）DSP/BIOS实时内核插件及其应用程序接口API 主要为实时信号处理应用而设计。包括DSP/BIOS的配置工具、实时分析工具 等。（4）实时

12、数据交换的RTDX插件和相应的程序接口API 可对目标系统数据进行实时监视，实现DSP与其他应用程序的数据交换。 （5）由TI公司以外的第三方提供的应用模块插件4.3 CCS的主要功能 CCS的功能十分强大，它集成了代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能，而且支持C/C+和汇编的混合编程，其主要功能如下（1）具有集成可视化代码编辑界面，用户可通过其界面直接编写C、汇编、.cmd文 件等；（2）含有集成代码生成工具，包括汇编器、优化C编译器、链接器等，将代码的编 辑、编译、链接和调试等诸多功能集成到一个软件环境中； （3）高性能编辑器支持汇编文件的动态语法加亮显示，使用户很容易阅读代码，发 现语

13、法错误； （4）工程项目管理工具可对用户程序实行项目管理。在生成目标程序和程序库的过 程中，建立不同程序的跟踪信息，通过跟踪信息对不同的程序进行分类管理；（5）基本调试工具具有装入执行代码、查看寄存器、存储器、反汇编、变量窗口等功能，并支持C源代码级调试； （6）断点工具，能在调试程序的过程中，完成硬件断点、软件断点和条件断点；4.4 CCS的安装及设置 在使用CCS之前，必须首先按照CCS的产品说明安装CCS软件；其次创建CCS系统配置，进行环境设置；最后，按照具体使用的仿真器，安装目标板和驱动程序。4.5 系统配置要求机器部件 最低配置 推荐配置 内存 32MB 128MB 剩余硬盘空间

14、100MB 200MB CPU Pentium Pentium以上 显示分辨率 SVGA 800600 SVGA 1024768 主板插槽 一条空余EISA插槽 一条空余EISA插槽 5 软件设计5.1 流程图本系统软件可以按照模块化设计思想来编写，包括主程序、常数计算程序、占空比计算程序和相应的一些功能子程序，主程序用于调用各功能子程序、初始化变量、查询键盘、判断显示数据是否需要刷新、同时判断一个脉冲是否完成发送等工作，具体方案见图5.1所示的流程图。图5.1 程序流程图在程序中，应在第N-1个脉冲周期里计算占空比，并在第N个脉冲周期里输出波形，这就要求在设计时要在一个脉冲周期内完成计算，如

15、果选用20MHz的晶振，那么，在一倍频下，执行一条执行只需50ns，若输出400Hz的正弦波，即每一个周期（即2.5ms）要输出200个脉冲，也就是说，一个脉冲需要12.5s（相当于12500/50=250条指令）。而执行一个占空比的计算程序只需要几十条指令，这种算法从软件开销上考虑是可以实现的。5.2 正弦信号发生器源程序清单#include DSP281x_Device.h / DSP281x Headerfile Include File#include DSP281x_Examples.h / DSP281x Examples Include File#define N 128#def

16、ine pi 3.1415926/*/*全局变量定义与初始化*/int i;unsigned int data;unsigned int y1N+1;unsigned int y2N+1;double x0,x1,x2,x3;double x,r,xx,yN+1;/*/*函数、子程序声明与定义*/void spi_init() SpiaRegs.SPICCR.bit.SPISWRESET=0; / Reset SCI SpiaRegs.SPICCR.all =0x000F; / Reset on, rising edge, 16-bit char bits SpiaRegs.SPICTL.al

17、l =0x000E; / Enable master mode, normal phase, SpiaRegs.SPISTS.all=0x0080; / enable talk, and SPI int disabled. SpiaRegs.SPIBRR =0x0000; / Baud rate; SpiaRegs.SPIPRI.bit.FREE = 1; / Set so breakpoints dont disturb xmission SpiaRegs.SPICCR.bit.SPISWRESET=1; / Enable SPI void delay() /延时子程序 unsigned i

18、nt k;. for(k=0;k50;k+);/*/*主程序*/void main() / Initialize System Control:/ PLL, WatchDog, enable Peripheral Clocks InitSysCtrl(); EALLOW; GpioMuxRegs.GPFMUX.all=0x000F; / Select GPIOs to be SPI pins / Port F MUX - x000 0000 0000 1111 EDIS;/ Disable CPU interrupts DINT;/ Initialize the PIE control reg

19、isters to their default state. InitPieCtrl();/ Disable CPU interrupts and clear all CPU interrupt flags: IER = 0x0000; IFR = 0x0000;/ Initialize the PIE vector table with pointers to the shell Interrupt / Service Routines (ISR). InitPieVectTable(); spi_init(); r=2*pi/N; for (i=0; i=N; i+) x=i*r-pi;

20、xx = x*x; x0 = 1-xx/(8*9); x1 = 1-x0*xx/(6*7); x2 = 1-x1*xx/(4*5); x3 = 1-x2*xx/(2*3); yi = x * x3; data=127.5*(1+yi); /*将数据打包*/ y1i=data&0x00ff|0x0100; /*将数据打包,且用数据寄存器同时更新A和B两个DA的值*/ y2i=data&0x00ff|0x2500; for(;) for (i=0; i=N; i+) SpiaRegs.SPITXBUF=y1i; delay(); SpiaRegs.SPITXBUF=y2i; delay(); /*

21、结束*/6 总结 在本次课程设计过程中我遇到一些课堂中从未有过的问题，通过网络查找和请教指导老师，大大促进了实训进程。并在过程中进一步提高自身的创作、创新水平。课程设计过程中经常遇到问题，通过自己在网上查找资料和在老师的帮助下，一步一步地解决了问题，最终得到了结果，使我独立解决问题的能力得到了很大的提高。并且此次课程设计，基于课程理论知识和网上资料，使我对数字信号处理课程有了更深一步的了解和掌握，对利用CCS软件编程的数字信号处理方法有了进一步的了解。在理论课的基础上进行实验实习，是对本门课程的深入学习和掌握，在以后的工作和学习中，数字信号的处理都是采用计算机仿真。虽然DSP原理及应用这门课程

22、的课时很短，但是通过本次课程设计我对这门课程有了更深的了解，明白了TMS320X2812DSP芯片的一些简单的编程和应用。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，理论和实践是有差距的，只有动手实践，才能更好的理解所学知识，理论只有实践才能得到升华，这次课程设计确实让我学到了很多东西，同时增强了团队意识。参考文献1 顾卫钢.手把手教你学DSP-基于TMS320x281x北京航空航天大学出版社,2011.2苏奎峰等.TMS320X281x DSP原理及C程序开发.北京航空航天大学出版 社,2008.3 苏奎峰等. TMS320F2812原理与开发. 电子工业出版社,2005.4 万山明. TMS320F2812/2810原理及应用实例. 北京航空航天大学出版社,2007.5 TI公司著，胡广书等编译. TMS320C28X系列DSP的CPU与外设.清华大学出 版社,2005.6 TI公司著，胡广书等编译. TMS320C28X系列DSP指令和编程指南.清华大学出版社,2005. 附录A 正弦波幅频图附录B 正弦波示波器显示图