DSP多波形信号发生器

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：自动化指导教师：学生：北京交通大学电工电子教学基地2014年9月20日目录一实验目的 (3)二实验技术指标与设计要求 (3)三实验原理 (3)四实验操作 (4)五程序设计 (10)六硬件输出演示 (16)七实验感想与体会 (22)八参考文献 (23)一 实验目的1 掌握多波形信号发生器的DSP 设计可使学生更加透彻的理解和应用奈奎斯特采样定理，提 高学生系统地思考问题和解决问题的能力。

2 通过对DSP 信号处理器及D/A 转换器的编程，可以培养学生C 语言编程能力以及使用DSP 硬件平台实现数字信号处理算法的能力。

3 学习并掌握使用DSP 产生正弦波、方波、三角波、锯齿波灯信号的原理和算法，并利用GEL 文件实现频率和幅度的自动可调。

4 掌握利用CCS 建立工程、编译与调试代码的基本过程，可以在软件中观察图形及变量，并利用硬件进行输出显示。

5 掌握产生多种波形的理论方法，并比较产生信号的两种主要方法（查表发和计算法）的优缺点。

二 实验技术指标与设计要求1 基本部分1) 使用DSP 产生300—16000Hz 的正弦、方波、锯齿波和三角波信号，输出信号的幅度从 0~1VRMS （有效值）。

要求使用计算法，并且频率可变、幅度可变。

2) 调节信号的频率和幅度时不能中断程序的运行。

（提示：可以使用CCS 下的GEL 语言实现此功能）2 发挥部分在实验板的信号输出端分别接入16欧姆和32欧姆负载电阻，信号仍然保持空载时所设定的输出幅度。

三 实验原理1 产生连续的波形的方法主要有以下两种方法：1）查表法：把事先将需要输出的数据计算好，存储在DSP 中，然后依次输出就可以了。

查表法的优点是速度快，可以产生频率较高的波形，而且不占用DSP 的计算时间；查表法的缺点是在于需要占用DSP 的内部的存储空间，尤其对采样频率比较大的输出波形，这样,需要占用的内部的空间将更大，而DSP 内部的存储空间毕竟有所限制。

这使得查表法的应用场合十分有限。

2）计算法：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。

计算法的使用比查表法灵活。

计算法的优缺点正好和查表法相反。

即：其优点是不占用DSP 的存储空间，其缺点是占用DSP 的计算时间，使得执行程序的开销变大。

本实验将用第二种方法即计算法产生一个正弦波信号，从DA 输出。

正弦函数和余弦函数的泰勒级数数学表达式为：=x sin +--+-+-+---)!12()1(!9!7!5!31219753n x x x x x x n n ,x ∀),(∞-∞∈=x cos +-+-+-+-)!2()1(!8!6!4!2128642n x x x x x n n ,x ∀),(∞-∞∈. 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。

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。

对于周期信号，一般先使用计算法算出多个周期内的样点值，再将样点逐个循环发送到D/A 转换器。

因为sin(x)的值总是小于1 的小数，而DSP 是16 位的定点处理器，同时D/A 转换器可以接收16bit 的数据，所以要将其乘以32767，变为Q15 的数据格式，才能够在DSP 中送到D/A 转换器进行数模转换处理。

要产生正弦信号，其信号频率F 可以表达为F=Fs/N ，其中Fs 是D/A 转换器的转换频率，N 是一个周期内信号的样点数。

所以DSP 能够产生的正弦信号的最高频率为Fs/2。

DSP 实验板上的TLV320AIC23 立体声音频Codec 芯片A/D 和D/A 转换速率从8K 到96KHz ，故本DSP 实验板可产生的信号的频率最高为48KHz 。

2 调频调幅若要修改正弦信号的频率，幅值和直流分量，直接修改程序中宏定义的f,amp 和q 的值即可。

可通过Gel 控件实现。

四 实验操作1 首先点击Setup CCSstudio 进入CCS 设置。

2 接着会出现这个界面，我们选择C55xx,然后选择SEEDXDS5 10PLUS Emulator ,最后选择big.然后双击C5502芯片。

3 关闭窗口，点击Save图标，启动CCS。

4 右击Projects,选择Open project,加入放在更目录My projects 下的duoboxing 文件夹里的Taylorsine.pjt工程，把工程添加到CCS里。

5 将鼠标移动到Debug图标，选择Connect,连接设备。

6 移除Gel fiels 里原本的C5502.gel控件文件，重新加入自己的编写的SEED-C5502.gel.7 对主程序进行编译，选择Rebuild all ,对程序进行编译。

8 将程序加载到DSP上，选择Files中的Load Program.9 右击GEL,将三个GEL控件调出来，分别为app调幅控件，Wave调波控件，Fre调频控件。

按说明填好音量控制，打开虚拟仪器，点击Run运行程序，通过虚拟仪器观察结果。

10 选择Halt,可以退出程序。

五程序设计Taylorsine.c 将sineCODEC和sinecompute合并，实现计算并实时输出，利用Taylor展开式法计算正弦波，并将信号从J6端口发送出去，平台为BJTU-DSP5502板。

#include <math.h>#include <stdio.h>#include <csl.h>#include <csl_chip.h>#include <csl_i2c.h>#include <csl_pll.h>#include <csl_mcbsp.h>#include <csl_emif.h>#include <csl_emifBhal.h>#include <stdio.h>//#include "E2PROM_Function.h"#include "CODEC.h"#define q 0 //定义函数的直流分量//定义函数的幅度值#define pi 3.14159265 //给pi赋值#define Nx 1070 //每周期抽取点数#pragma DATA_SECTION(output1,"data_out1"); //存放sin数据,浮点型float output1[Nx];#pragma DATA_SECTION(output,"data_out"); //存放sin数据，定点型int output[Nx];#pragma DATA_SECTION(output2,"data_out2"); //存放sin数据,浮点型float output2[Nx];int amp, amm;int choose,temp;int frequence,tempb;#undef CODEC_ADDR#define CODEC_ADDR 0x1A// 定义McBSP的句柄MCBSP_Handle hMcbsp;/*------------------------------------------------------------------------------------*/// FUNCTION: MAIN///*------------------------------------------------------------------------------------*/void main(void){Uint16 i,k=0;float input0=0,x1,x2,step;/*****************新增函数段*****************/// Initialize CSL library - This is REQUIREDCSL_init();// The main frequency of system is 240MHz// 该频率是为了设置IIC模块的需要设置的,为了使用I2C_setup函数PLL_setFreq(1, 0xC, 0, 1, 3, 3, 0);//EMIF初始化Emif_Config();// Open McBSP port 1 and get a McBSP type handlehMcbsp = MCBSP_open(MCBSP_PORT1,MCBSP_OPEN_RESET);// ConfigMcBSP port 1 by use previously defined structureMcbsp_Config(hMcbsp);//I2C初始化I2C_cofig();//CODEC寄存器初始化inti_AIC();start://---------------------------------------------------正弦波程序-----------------------------------------------if(choose==1){PPP:for(i=0;i<=Nx-1;i++){float angle,xx;float input0=0,x1;float a,b,c,d,e,f,g,h,ii,step;//step为角度步长step=360.0/Nx; temp=choose; // Nx为360度内取样点数angle=input0+step*i;x1=3.1415926*angle/180;xx=x1*x1;a=1-xx/16/17;b=1-xx/14/15*a;c=1-xx/12/13*b;d=1-xx/10/11*c;e=1-xx/8/9*d;f=1-xx/6/7*e;g=1-xx/ 4/5*f;h=1-xx/2/3*g;ii=x1*h;output1[i]= 32767*ii; //利用泰勒级数计算出正弦波的数值，存放到output1中output[i]=amp*output1[i]/8+q/8;/*------------------------------------------------------------------------------------*/// Receive the ADC output data of CODEC// Then output the received data to DAC of CODEC/*------------------------------------------------------------------------------------*/amm=amp;tempb=frequence;while(1){while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {};MCBSP_write16(hMcbsp, output[k]); //左声道输出while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {};MCBSP_write16(hMcbsp, output[k]); //右声道输出// k=k+1; //正弦波每周期的样点为360个，输出信号的频率为Fs/N=32000/1070=29.9Hz k=k+frequence/30; //正弦波每周期的样点为36个，输出信号的频率为Fs/N=32000/107=299Hzif (k>=Nx) k=k%Nx;if( amm!=amp)goto PPP;if( temp!=choose)goto start;if( tempb!=frequence)goto PPP;}}//----------------------------------------------------方波程序如下---------------------------------else if(choose==2){PPP2:for(i=0;i<=Nx/2;i++) //方波{float angle,xx;float input0=0,x1;float step;//step为角度步长step=360.0/Nx; temp=choose; // Nx为360度内取样点数output[i]=amp*4096;}for(i=Nx/2+1;i<=Nx;i++){output[i]=-1*amp*4096;}amm=amp;tempb=frequence;while(1){while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {};MCBSP_write16(hMcbsp, output[k]); //左声道输出while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {};MCBSP_write16(hMcbsp, output[k]); //右声道输出// k=k+1; //正弦波每周期的样点为360个，输出信号的频率为Fs/N=32000/1070=29.9Hz k=k+frequence/30; //正弦波每周期的样点为36个，输出信号的频率为Fs/N=32000/107=299Hzif (k>=Nx) k=k%Nx;if( amm!=amp)goto PPP2;if( temp!=choose)goto start;if( tempb!=frequence)goto PPP2;}}//-----------------------------------------------锯齿波程序------------------------------------------else if(choose==3){PPP3:for(i=0;i<=Nx-1;i++) //锯齿波{float angle,xx;float input0=0,x1;float step;//step为角度步长step=360.0/Nx; temp=choose; // Nx为360度内取样点数angle=input0+step*i;x1=3.1415926*angle/180;output[i]=amp*1500*x1*(-1);}amm=amp;tempb=frequence;while(1){while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {};MCBSP_write16(hMcbsp, output[k]); //左声道输出while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {};MCBSP_write16(hMcbsp, output[k]); //右声道输出// k=k+1; //正弦波每周期的样点为360个，输出信号的频率为Fs/N=32000/1070=29.9Hz k=k+frequence/30; //正弦波每周期的样点为36个，输出信号的频率为Fs/N=32000/107=299Hzif (k>=Nx) k=k%Nx;if( amm!=amp)goto PPP3;if( temp!=choose)goto start;if( tempb!=frequence)goto PPP3;}}//-------------------------------------------------三角波程序--------------------------------------else if(choose==4){PPP4:for(i=0;i<=Nx-1;i++) //三角波{float angle,xx;float input0=0,x1;float step;//step为角度步长step=360.0/Nx;temp=choose; // Nx为360度内取样点数angle=input0+step*i;x1=3.1415926*angle/180;for(i=0;i<=Nx-1;i++){float angle;angle=input0+step*i;x1=3.1415926*angle/180;output1[i]=32767/128*(-x1);}for(i=0;i<=Nx/2;i++){output2[i]=0;}for(i=Nx/2;i<=Nx-1;i++){float angle;angle=input0+step*i;x1=3.1415926*angle/180;output2[i]=32767/128*(2*x1-2*3.1415926);}{output[i]=amp*6*(output1[i]+output2[i]);}amm=amp;tempb=frequence;while(1){while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {};MCBSP_write16(hMcbsp, output[k]); //左声道输出while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {};MCBSP_write16(hMcbsp, output[k]); //右声道输出// k=k+1; //正弦波每周期的样点为360个，输出信号的频率为Fs/N=32000/1070=29.9Hz k=k+frequence/30; //正弦波每周期的样点为36个，输出信号的频率为Fs/N=32000/107=299Hzif (k>=Nx) k=k%Nx;if( amm!=amp)goto PPP4;if( temp!=choose)goto start;if( tempb!=frequence)goto PPP4;}}}}Gel文件：我们在GEL文件中增加了appliction control的菜单，子菜单下有三种可调参数分别是幅度app方波选择wave和频率选择frequence。