《DSP原理及应用》实验指导书.docx

1、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

2、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“tutorialsim54xxvolume1”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.hC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，

3、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“Add Files to Project”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“Add Files”命令。在弹出的添加文件的对话框中，找到目录“

4、volume1”，再在添加文件对话框中单击“文件类型”，选择“Asm Source Files（*.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“Link Command File(*.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

5、言编写的，因此还需要添加运行时支持库（RunTimeSupport Library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“c5400cgtoolslib”下。注意在添加文件对话框的“文件类型”下拉列表中要选择“Object Library Files（*.o*,*.l*）”。（4） 添加头文件。在工程名“volume.pjt”上单击鼠标右键，选择“Scan All Dependencies”，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

6、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volume example started 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pro

7、cessingLoad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“Rebuild All”，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“Load Prog

8、ram”，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“Go Main”，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“Mixed Source/ASM”，

9、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“volume example started”，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CPU Registers命令。查看数据：选择View

10、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Add to Watch Window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Graph

11、Property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DS

12、P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“Add Watch Window”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

13、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

14、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

15、(.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“Start Address”设为“x_re”，“Acquisition buffer size”和“Display Data size”都设为“64”，并且把“DSP Data Type”设为“32-bit floating point”（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，“Start Address”改为“y_re”，其余参数不变（如图）；5.在Watch窗口中添加i,

16、 j, k, m, n, a, b ,c 等变量，在Debug菜单中先“Restart”然后 “Go main”， 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

17、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

18、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N8，因此只需显示07如图)； 5.修改N的值（可以是16,32,64256），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

19、.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“Start Address”设为“hd”，“Acquisition buffer size”和“D

20、isplay Data size”都设为“21”（因为源程序中n=21），并且把“DSP Data Type”设为“32-bit floating point”，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“Start Address”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15依次修改m的值，按上面步骤观察各图形。 m=1时：矩形窗函数(

21、w)加窗后序列(h)加窗后的幅频响应db m=2时：三角窗函数(w)加窗后序列(h)加窗后的幅频响应db m=3时：汉宁窗函数w加窗后序列h加窗后的幅频响应db m=4时：汉明窗函数w加窗后序列h加窗后的幅频响应db m=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

22、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“Start Address”设为“hwdb”，“Acquisition buffer size”和“Display Data size”

23、都设为“50”，并且把“DSP Data Type”设为“32-bit floating point”，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

24、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

25、程序放到片外，数据放到片内）；4. 本实验工程文件（.ad50ad_daad50.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(VOCAL OUTPUT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）；

26、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

27、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

28、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（.aic23bypassdaaic231215.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

29、.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AI

30、C23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TMS32C5410 Bootloader的原理；2掌握TMS32C5410 Bootloader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-v 548，在Project菜单下的Build