基于DSP的任意信号发生器设计汇总.docx

1、基于DSP的任意信号发生器设计汇总数字信号处理（DSP）综合设计性实验报告学 院：电 子 信 息 工 程 学 院班 级： 通信0708*学 生： 原凌云 07211253 张丽康 07211256 北京交通大学电工电子教学基地2004年12月28日一、设计任务 3二、实验目的 3三、设计内容3四、实验原理4五、程序设计61、程序源代码 2、实验截图和结果六、实验总结22七、参考资料23一、设计任务书 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器

2、。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。信号发生器在现代工程中应用非常广泛。在实际中常需要产生一些特殊波形，用于仿真实际信号的波形，以检测和调试测量装置。 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。二、实验目的（1）了解产生信号的两种方法及各自的优缺点。（2）掌握使用DSP产生正弦波的原理和算法，进而掌握一般信号产生的原理和方法。（3）掌握5402DSK CODECC(A/D、D/A)的工作原理和初始化过程。（4）掌握使用指针访问片上ROM中正弦查找表

3、的方法。三、设计内容 使用DSP产生3004000HZ的正弦信号，要求使用查表法，测量产生的信号波形的频率和幅度，并且频率可变、幅度可变、直流分量可变。用软件CCS5000编程实现，并硬件（DSK板或示波器）连接进行功能演示。 使用计算法产生余弦波分量。发挥部分： （1）使用DSP产生3004000HZ的方波、锯齿波和三角波。 （2）使用现有程序，实现不改变源程序，频率和幅度自动可调。四、实验原理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

4、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。yn=A*yn-1-yn-2 其中：A=2cos(x)，x=2F/FS。F信号频率，FSD/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

5、)的值总是小于1的小数，而5402 DSP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。优缺点的比较： 查表法，即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。第二个方法是计算法，即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，

6、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 在实验中我们将采用查表法来实现正弦波，计算法产生余弦波。 余弦法的递推公式：cos(nx)=2cosxcos(n-1)x-cos(n-2)x 其中，cosx=cos(2*pi/N)=cos(2*pi*Fs/F),n=0时cos(nx)=1,n=1时cos(nx)=cosx,令N=256,Fs=16000,F=1000 调幅调频：我们将使用下面的一个界面 来实现频率和幅度的连续可调，但因为此界面和CCS运行界面不能同时存在，所以我们需要脱离CCS，而将程序烧至板子，然后在虚拟示波器上面观察波形的变

7、化。 频率、幅度及直流分量可调也可以通过改变源程序来实现。五、程序设计基本部分：【1】查表法实现正弦波的程序：/*正弦信号产生程序1*/#include #include #include #include #include void delay(s16 period);HANDLE hHandset;s16 data;/*/* 片上ROM中的正弦函数查表法 */*/s16 SINE_TABLE= 0x00000,0x00324,0x00647,0x0096A,0x00C8B,0x00FAB,0x012C7,0x015E1,0x018F8,0x01C0B,0x01F19,0x02223,0x0

8、2527,0x02826,0x02B1E,0x02E10,0x030FB,0x033DE,0x036B9, 0x0398C,0x03C56,0x03F16,0x041CD,0x0447A,0x0471C,0x049B3,0x04C3F,0x04EBF,0x05133,0x0539A,0x055F4,0x05842,0x05A81,0x05CB3,0x05ED6,0x060EB,0x062F1, 0x064E7,0x066CE,0x068A5,0x06A6C,0x06C23,0x06DC9,0x06F5E,0x070E1,0x07254,0x073B5,0x07503,0x07640,0x077

9、6B,0x07883,0x07989,0x07A7C,0x07B5C,0x07C29, 0x07CE2,0x07D89,0x07E1C,0x07E9C,0x07F08,0x07F61,0x07FA6,0x07FD7,0x07FF5,0x07FFE,0x07FF5,0x07FD7,0x07FA6,0x07F61,0x07F08,0x07E9C,0x07E1C,0x07D89, 0x07CE2,0x07C29,0x07B5C,0x07A7C,0x07989,0x07883,0x0776B,0x07640,0x07503,0x073B5,0x07254,0x070E1,0x06F5E,0x06DC9

10、,0x06C23,0x06A6C,0x068A5,0x066CE, 0x064E7,0x062F1,0x060EB,0x05ED6,0x05CB3,0x05A81,0x05842,0x055F5,0x0539A,0x05133,0x04EBF,0x04C3F,0x049B3,0x0471C,0x0447A,0x041CD,0x03F16,0x03C56, 0x0398C,0x036B9,0x033DE,0x030FB,0x02E10,0x02B1E,0x02826,0x02527,0x02223,0x01F19,0x01C0B,0x018F8,0x015E1,0x012C7,0x00FAB,0

11、x00C8B,0x0096A,0x00647, 0x00324,0x00000,0x0FCDC,0x0F9B9,0x0F696,0x0F375,0x0F056,0x0ED39,0x0EA1F,0x0E708,0x0E3F5,0x0E0E7,0x0DDDD,0x0DAD9,0x0D7DA,0x0D4E2,0x0D1F0,0x0CF05, 0x0CC22,0x0C947,0x0C647,0x0C3AA,0x0C0EA,0x0BE33,0x0BB86,0x0B8E4,0x0B64D,0x0B3C1,0x0B141,0x0AECD,0x0AC66,0x0AA0C,0x0A7BE,0x0A57F,0x0

12、A34D,0x0A12A, 0x09F15,0x09D0F,0x09B19,0x09932,0x0975B,0x09594,0x093DD,0x09237,0x090A2,0x08F1F,0x08DAC,0x08C4C,0x08AFD,0x089C0,0x08895,0x0877D,0x08677,0x08584, 0x084A4,0x083D8,0x0831E,0x08277,0x081E4,0x08164,0x080F8,0x0809F,0x0805A,0x08029,0x0800B,0x08002,0x0800B,0x08029,0x0805A,0x0809F,0x080F8,0x081

13、64, 0x081E4,0x08277,0x0831E,0x083D8,0x084A4,0x08584,0x08677,0x0877D,0x08895,0x089C0,0x08AFD,0x08C4B,0x08DAC,0x08F1F,0x090A2,0x09237,0x093DD,0x09594, 0x0975B,0x09932,0x09B19,0x09D0F,0x09F15,0x0A12A,0x0A34D,0x0A57F,0x0A7BE,0x0AA0B,0x0AC66,0x0AECD,0x0B141,0x0B3C1,0x0B64D,0x0B8E4,0x0BB86,0x0BE33, 0x0C0E

14、A,0x0C3AA,0x0C674,0x0C947,0x0CC22,0x0CF05,0x0D1F0,0x0D4E1,0x0D7DA,0x0DAD9,0x0DDDD,0x0E0E7,0x0E3F5,0x0E708,0x0EA1E,0x0ED38,0x0F055,0x0F375, 0x0F696,0x0F9B9,0x0FCDC,0x00000 ; /*/* 主程序 */*/void main() s16 amp=1; /输出的正弦信号的幅度系数，可变 s16 cnt=2; u16 i=0; if(brd_init(100) /初始化5402DSK板 return; /*LED发光二极管闪烁两次，表

15、示程序开始正常运行*/ while(cnt-) brd_led_toggle(BRD_LED0); delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED1); delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED2); delay(1000); /*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

16、_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*/ *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=amp*SINE_TABLEi; i=i+100; /此时产生的正弦信号频率为6250Hz，每个周期的样点N=256/100=2.56 i+=0x00ff; /修

17、正样点指针 /*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*/ void delay(s16 period) int i,j; for(i=0;iperiod;i+) for(j=0;j1;j+); 实验成果截图：/*正弦信号产生程序2*/#include #include #include #include #include #define N 256#define pi 3.1415927#define pi2 2*pi#define F0 1000#define Fs 16000 /Sampling frequency#pragma DATA_SECTION(_

18、sinx,data_buf1)double _sinx256;#pragma DATA_SECTION(dacdata,data_buf2)int dacdata256,outbuffer256;int amp=1;void delay(int);void main(void)double t=0, dt;unsigned int i=0; HANDLE hHandset;int cnt=2;if(brd_init(100) return; /初始化5402DSK板while(cnt-) brd_led_toggle(BRD_LED0); /切换LED指示灯0的显示状态 delay(1000)

19、; 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); dt=pi2*F0/Fs;for(i=0;iN;i+) _sinxi=(sin(t);-查表法实现正弦波 dacdatai=_sinxi*2047; outbufferi=amp*dacdatai; t=t+dt;hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC); / 获取设置codec的句柄codec_dac_mode(hHandset, CODE

20、C_DAC_15BIT); / 15bit工作模式codec_aout_gain(hHandset, CODEC_AOUT_MINUS_6dB); /模拟输出增益为-6dBcodec_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 *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) =outbufferi+; / 将数据写入D/A转换器 void delay(s16 period) int i,j;

21、for(i=0; iperiod; i+) for(j=0;j1;j+); 实验成果截图：【2】计算法实现余弦波的程序：/*余弦信号产生程序*/#include#include#include#includevoid delay(s16 period);HANDLE hHandset;s16 data;#define _COSX 0.999390827#pragma DATA_SECTION(_cosx,data_buf1)float _cosx200;#pragma DATA_SECTION(dacdata,data_buf2)int dacdata180;void main(void) s

22、16 cnt=2; u16 i=0; /*计算余弦信号的样点值，计算得到的样点存储在dacdata数组中*/_cosx0=1.000;dacdata0=4095;_cosx1=_COSX;dacdata1=_COSX*2047+2048; i=2; while(1) if(i+179) break; _cosxi=2*_COSX*_cosxi-1-_cosxi-2; dacdatai=_cosxi*2047+2048; if(brd_init(100) /初始化5402DSK板 return; /*LED发光二极管闪烁两次，表示程序开始正常运行*/ while(cnt-) brd_led_to

23、ggle(BRD_LED0); delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED1); delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED2); delay(1000); /*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_6dB); /设置模拟输出增益为-6dB c

24、odec_sample_rate(hHandset,SR_16000); /D/A转换速率为16kHz i=0; while(1) if(i179) i=0; /*D/A转换器是否准备好*/ while(!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC); /*将dacdatai输出到D/A*/ *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=dacdatai+; void delay(s16 period) int i,j; for(i=0;iperiod;i+) for(j=0;j1;j+); 实验成果截图：发挥部分（1）：【1】锯齿波：/*锯齿波信号产

25、生程序*/#include #include #include #include #include #define N 256#define pi 3.1415927#define pi2 2*pi#define F0 1000 /Signal frequency#define Fs 16000 /Sampling frequency#pragma DATA_SECTION(saw,data_buf1)double sawN;#pragma DATA_SECTION(dacdata,data_buf2)int dacdataN,outbufferN;int amp=1;unsigned int

26、 L=0;void delay(int);void main(void)double t=0, dt;unsigned int i=0;HANDLE hHandset;int cnt=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); dt=8*pi*F0/Fs;f

27、or(t=0,i=0;i=N/4;i+,t+=dt) sawi=t; sawi+N/4=0;for(t=0,i=N/2;i3*N/4;i+,t+=dt) sawi=t; sawN-i+N/2=0; for(i=0;iN;i+) dacdatai=sawi*10; outbufferi=amp*dacdatai;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-6dBcodec_sample_rate(hHandset,SR_16000); / 转换速率为16KHz while(1) while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ) ; /如果D/A未准