基于DSP的任意信号发生器设计

DSP实验报告1of24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指导教师：高海林学生：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DSP实验报告2of24目录一、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…………………………………………23DSP实验报告3of24一、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。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5402DSKCODECC(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中正弦查找表的方法。三、设计内容使用DSP产生300—4000HZ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。DSP实验报告4of24发挥部分：（1）使用DSP产生300—4000HZ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：xsin)!12()1(!9!7!5!31219753nxxxxxxnn,x),(xcos)!2()1(!8!6!4!2128642nxxxxxnn,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。或使用下面递归的差分方程进行计算。y[n]=A*y[n-1]-y[n-2]其中：A=2cos(x)，x=2πF/FS。F—信号频率，FS—D/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。DSP实验报告5of24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)的值总是小于1的小数，而5402DSP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，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DSP实验报告6of24面观察波形的变化。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]**********************/#includetype.h#includeboard.h#includecodec.h#includemcbsp54.h#includedsplib.hvoiddelay(s16period);HANDLEhHandset;s16data;/*****************************************************************************//*片上ROM中的正弦函数查表法*//*****************************************************************************/s16SINE_TABLE[]={0x00000,0x00324,0x00647,0x0096A,0x00C8B,0x00FAB,0x012C7,0x015E1,0x018F8,0x01C0B,0x01F19,0x02223,0x02527,0x02826,0x02B1E,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,0x070E1,0x07254,0x073B5,0x07503,0x07640,0x0776B,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,0x06DC9,0x06C23,0x06A6C,0x068A5,0x066CE,DSP实验报告7of240x064E7,0x062F1,0x060EB,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,0x00C8B,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,0x0A34D,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,0x080F8,0x08164,0x081E4,0x08277,0x0831E,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,0x0B8E4,0x0BB86,0x0BE33,0x0C0EA,0x0C3AA,0x0C674,0x0C947,0x0CC22,0x0CF05,0x0D1F0,0x0D4E1,0x0D7DA,0x0DAD9,0x0DDDD,0x0E0E7,0x0E3F5,0x0E708,0x0EA1E,0x0ED38,0x0F055,0x0F375,0x0F696,0x0F9B9,0x0FCDC,0x00000};/*****************************************************************************//*主程序*//*****************************************************************************/voidmain(){s16amp=1;//输出的正弦信号的幅度系数，可变s16cnt=2;u16i=0;if(brd_init(100))//初始化5402DSK板return;DSP实验报告8of24/*LED发光二极管闪烁两次，表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