DSP實驗報告作業(yè).doc

五 邑 大 學 實 驗 報 告實驗課程名稱： DSP原理及應用 院系名稱： 信息工程學院 專業(yè)名稱： 電子信息工程 實驗項目名稱：1、 TMS320VC5402定時器實驗 2、基于DSPLib的FFT程序設計 3、基于DSPLib的濾波器程序設計班級： 學號： 報告人： 一、TMS320VC5402定時器實驗一 實驗目的1. 了解DSP匯編程序與C語言程序的構(gòu)成；2. 了解DSP程序各段的含義；3. 熟悉如何編寫中斷服務程序；4. 掌握片內(nèi)定時器的設置方法；5. 掌握長時間間隔的定時器的處理二 實驗內(nèi)容1. DSP的初始設置；2. DSP中斷向量表的建立；3. 定時器的使用；設實驗板時鐘頻率為20MHz，編程實現(xiàn)以下要求：1、TMS320C5402的時鐘頻率為100 MHz2、TMS320C5402XF端輸出一個周期為500ms的方波，周期性地點亮LED3、采用定時中斷方法實現(xiàn)4、用C語言編程，畫出程序流程圖并給出源代碼。5、上機調(diào)試。三 實驗背景知識1 通用TIMER 簡介TMS320VC5402 的定時器的說明：VC5416 中有兩個可編程的片上定時器，總共包含有三個可由用戶設置的寄存器，并可以申請主機的中斷。這三個寄存器分別為TIM、PRD、TCR。這些寄存器與對應的存貯空間地址如下表所示：時間寄存器（TIM）是一個16 位的存貯器映射寄存器，它的值由周期寄存器來進行裝載，并且做減一操作。周期寄存器（PRD）是一個16 位的存貯器映射寄存器，它是用來重裝時間寄存器（TIM）寄存器的值的。定時器控制寄存器（TCR）是一個16 位的存貯器映射寄存器，包含了定時器的控制與狀態(tài)信息。2、CMD 文件簡介cmd 文件用于DSP 代碼的定位。由3 部分組成：1、 （1）輸入輸出定義：.obj 文件：鏈接器要鏈接的目標文件。.lib 文件：鏈接器要鏈接的庫文件。.map 文件：鏈接器生成的交叉索引文件。.out 文件：鏈接器生成的可執(zhí)行代碼;鏈接器選項。（2） MEMORY 命令：描述系統(tǒng)實際的硬件資源。（3.） SECTIONS 命令：描述段如何定位。下面例子則可說明其基本格式：-o sample.out (可缺省)-m sample.map (可缺省)-stack 100 (可缺省)sample.obj meminit.obj (可缺省)-l rts.lib (可缺省)MEMORY PAGE 0:RESEVE: org = 00h len = 0 x80 PAGE 0:PROG1: org = 0 x0100 len = 0 x1200PAGE 0: VECT: org = 0 x0080, len = 0 x80PAGE 1:RESEVE1: org = 00h len = 0 x1300 PAGE 1:DARAM2: org = 0 x1300 len = 0 x400PAGE 1: DARAM1: org = 0 x1700 len = 0 x2900 SECTIONS .text : PROG1 PAGE 0 .cinit : PROG1 PAGE 0 .switch: PROG1 PAGE 0 .vectors: VECT PAGE 0 .const: DARAM1 PAGE 1 .bss : DARAM1 PAGE 1 .stack : DARAM2 PAGE 1 .system: DARAM2 PAGE 1 .data : DARAM2 PAGE 1 下面介紹一下CMD 文件中常用的程序段名與含義 .cinit 存放C 程序中的已初始化的變量初值和常數(shù)表;.const 存放C 程序中的字符常量和用const 聲明的常量; .text 存放C 程序的代碼; .bss 為C 程序中的未初始化的全局和靜態(tài)變量保留存儲空間;.far 為C 程序中用far 聲明的全局和靜態(tài)變量保留空間; .stack 為C 程序系統(tǒng)堆棧保留存儲空間，用于保存返回地址、函數(shù)間的參數(shù)傳遞、存儲局部變量和保存中間結(jié)果; .sysmem 用于C 程序中malloc、calloc 和realloc 函數(shù)動態(tài)分配存儲空間.vectors 用于自定義的“.vectors”段，這里是中斷向量表.switch 用于C程序中的switch語句.data 已初始化的數(shù)據(jù)段3 中斷向量表文件中斷服務程序的地址（中斷向量）要裝載到存儲器的合適區(qū)域。一般用中斷向量表文件編制中斷向量表，中斷向量表文件多采用匯編語言編寫；在文件中一般用匯編指令.sect 來生成一個表，表中各中斷占4個字。這個表包含中斷向量的地址和跳轉(zhuǎn)指令。因為中斷跳轉(zhuǎn)地址的標志符在匯編語言模塊外部使用，所以標志符用.ref 或.global定義。4、GEL文件 GEL文件有兩大作用：（1）配置CCS工作環(huán)境。（2）直接訪問目標處理器（包括軟硬件訪真器），在這是主要使用GEL文件的初始化DSP。以下面的例子介紹一下GEL 文件的構(gòu)成#define PRD0 0 x0025u#define TCR0 0 x0026u#define PRD1 0 x0031u#define TCR1 0 x0032uStartUp() GEL_MapOn(); /*存儲空間打開*/GEL_MapReset(); /*存儲空間復位*/GEL_MapAdd(0 x80u,0,0 x3F80u,1,1); /* 定義程序空間0 x800 x3FFF 可讀寫 */GEL_MapAdd(0 x4000u,0,0 xC000u,1,1);/* 定義程序空間0 x40000 xFFFF 可讀寫 */ /* 定義數(shù)據(jù)空間00 xFFFF 可讀寫 */ GEL_MapAdd(0 x0u,1,0 x60u,1,1);/* MMRs */ GEL_MapAdd(0 x60u,1,0 x3FA0u,1,1);/* DARAM */ GEL_MapAdd(0 x4000u,1,0 xC000u,1,1);/* External */實驗流程圖：四 、實驗步驟 1、根據(jù)實驗要求編寫輸出周期500ms方波的匯編語言源代碼，和C語言源代碼（c語言中加入外部中斷，通過按鍵改變方波頻率）。2、編譯無誤后下載到C5402開發(fā)板中，運行程序，觀察LED是否周期性亮滅。3、下載c程序到開發(fā)板上，通過按下連接在外部中斷上的按鍵，觀察能否改變LED燈的亮滅頻率。五、程序源代碼1、主函數(shù)：#include timer.hint t0_count;void main() CLKMD=0 x00; /清零while(CLKMD&01);CLKMD=0 x47ff; /開啟PLL方式且采用5倍頻PMST=0 x00a0; /將片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM映射到程序空間和數(shù)據(jù)空間并從0080地址開始coeff=1;t0_count=250*coeff; asm( SSBX INTM); /關(guān)閉所有可屏蔽的中斷 ST1=ST1|0 x0800; /INTM=1TCR=0 x0010;/停止定時器，且當PSC減到0后，TIM減1；當調(diào)試程序斷點時定時器立即 停止工作PRD=9999; /定時周期寄存器存放定時時間常數(shù)，將值賦給TIMTIM=9999; /定時寄存器TCR=0 x669; /定時控制寄存器，啟動定時器，將PRD中的數(shù)加載到TIM中IFR=0 x108; /中斷標志寄存器，啟動外部中斷INT3和定時器中斷0 (TINT0）的標志位IMR=0 x108; /中斷屏蔽寄存器，開放外部中斷INT3和定時器中斷0 (INT0)的屏蔽位asm( RSBX INTM); /開放全部可屏蔽中斷ST1=ST1&0 xf7ff;while(1) while(t0_count0); t0_count=250*coeff; if(ST1&0 x2000) ST1=ST1&0 xdfff; /XF=0,即熄滅LED燈 else ST1=ST1|0 x2000; /XF=1,即點亮LED燈interrupt void timer() t0_count-;interrupt void change_frequency() coeff+; /改變XF引腳輸出的信號的頻率 if (coeff5) coeff=1; 2、中斷函數(shù)： .sect .vectors .ref _c_int00.ref timerrs: BD _c_int00 ;Rest nop nopnmi: .space 4*16 ;NMI, SINT16sint17:.space 4*16 ;SINT17sint18: .space 4*16 ;SINT18sint19: .space 4*16 ;SINT19sint20: .space 4*16 ;SINT20sint21: .space 4*16 ;SINT21sint22: .space 4*16 ;SINT22sint23: .space 4*16 ;SINT23sint24: .space 4*16 ;SINT24sint25: .space 4*16 ;SINT25sint26: .space 4*16 ;SINT26sint27: .space 4*16 ;SINT27sint28: .space 4*16 ;SINT28sint29: .space 4*16 ;SINT29sint30: .space 4*16 ;SINT30int0: .space 4*16 ;INT0, SINT0int1: .space 4*16 ;INT1, SINT1int2: .space 4*16 ;INT2, SINT2tint0: BD timer ;TINT0, SINT3 nop nopbrint0: .space 4*16 ;BRINT0, SINT4bxint0: .space 4*16 ;BXINT0, SINT5dmac0: .space 4*16 ;DMAC0, brint2, SINT6dmac1: .space 4*16 ;DMAC1, bxint2, SINT7 int3: .space 4*16;INT3, SINT8hpint: .space 4*16 ;HPINT, SINT9brint1: .space 4*16 ;BRINT1 or DMAC2, SINT10bxint1: .space 4*16 ;BXINT1 or DMAC3, SINT11dmac4: .space 4*16 ;DMAC4, SINT12dmac5: .space 4*16 ;DMAC5, SINT13rsvd1: .space 4*16 ;reservedrsvd2: .space 4*16 ;reserved .end3、 鏈接文件： MEMORY PAGE 0: RESERVER: origin = 0 x00, len = 0 x80 INT_VECT: origin = 0 x80, len = 0 x80PROG_RAM: origin = 0 x100, len = 0 x1000 PAGE 1: DATA_1: origin = 0 x1100, len = 0 x0e00 DATA_2: origin = 0 x2000, len = 0 x2000 SECTIONS .vectors: INT_VECT PAGE 0.text: PROG_RAM PAGE 0.stack: DATA_1 PAGE 1vars: DATA_1 PAGE 1.data: DATA_2 PAGE 1.bss: DATA_2 PAGE 1 6、 實驗結(jié)果及體會實驗結(jié)果：每次按下按鍵，LED燈亮滅周期發(fā)生變化。實驗體會：一開始寫入程序沒成功，但是按下按鍵后，LED燈亮滅周期也發(fā)生變化，出現(xiàn)這種情況是實驗板內(nèi)部已經(jīng)因為上一個人在試驗中寫入了程序，所以會出現(xiàn)插電后，程序沒寫入也能夠按鍵改變亮滅周期。最后在老師的提醒下，成功寫入程序，驗證發(fā)現(xiàn)功能也得到了實現(xiàn)。在實驗過程中每一步都要細心的去完成，多想想出現(xiàn)某種情況的原因，有不懂的就向老師、同學請教，這樣才能在實驗中進步。二、基于DSPLib的FFT程序設計一、實驗目的1、了解FFT的原理；2、了解在DSP中FFT 的設計及編程方法；3、熟悉對DSPLIB的調(diào)用方法；二、實驗內(nèi)容編寫256點的實序列FFT的DSP程序，利用數(shù)據(jù)文件對FFT程序進行調(diào)試。三、實驗要求1、產(chǎn)生256點的數(shù)據(jù)文件，表示方波、正弦等信號；2、編寫256點的實序列FFT的DSP程序?qū)ι鲜鲂盘栠M行傅立葉變換；3、利用CCS中VIEW菜單中的Graph調(diào)試工具觀察信號時域波形及其頻譜。四、背景知識1、時間抽選基2FFT算法的基本原理。（參閱數(shù)字信號處理教材）2、DSPLib的應用CCS提供DSPLib，其中包含了基本的數(shù)學計算和數(shù)字信號處理常用算法模塊的函數(shù)，可直接調(diào)用這些函數(shù)實現(xiàn)一些數(shù)字信號處理算法。本實驗主要使用了DSPLib的cbrev，rfft兩個函數(shù)實現(xiàn)數(shù)字序列的逆序和DFT的計算。有關(guān)這兩個函數(shù)的說明請參閱dsplib中文版_TMS32054X_函數(shù)庫中文用戶指南.pdf程序流程圖為： 5、 實驗步驟1、 根據(jù)實驗要求編寫256點FFT的C語言代碼，中斷向量表和CMD文件； 2、編譯成功無誤后下載到C5402開發(fā)板中，然后運行程序；3、 程序運行完成后，通過CCS中的View-Graph選項查看輸入和輸出波形，4、 分析實驗結(jié)果是否符合要求。6、 程序源代碼1、 主程序： #includeregister.h#include #include #include #define Nx 256 /定義數(shù)組的長度即FFT運算長度#define pi 3.1415926 /定義參數(shù)的值int i,j;int scale=1; /歸一化設置int noscale=0; /非歸一化設置DATA xNx,x_temptNx; /用于存放輸入的數(shù)據(jù)的數(shù)組DATA yNx/2; /用于存放輸出的數(shù)據(jù)數(shù)組#pragma DATA_SECTION(x,.input)#pragma DATA_SECTION(x_tempt,.input_tempt)#pragma DATA_SECTION(y,.output)static void dataIO(void);void main() PMST=0 x00a0; /將片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM映射到程序空間和數(shù)據(jù)空間，且地址從0080開始 dataIO(); /調(diào)用函數(shù)dataIO,即導入數(shù)據(jù)，且存放到x數(shù)組中 for(i=0;iNx;i+) / xi=(1000*(cos(2*pi*1000*i/16000)+2*cos(2*pi*2000*i/16000)+cos(2*pi*3000*i/16000);xi=(1000*(cos(2*pi*1000*i/16000)+2*cos(2*pi*2000*i/16000); x_tempti=xi; /將導入的數(shù)據(jù)存放到x_temp中 cbrev(x,x,Nx/2); /將導入的數(shù)據(jù)按一定方式，打亂排序，即碼位倒序運算 rfft(x,Nx,scale); /調(diào)用傅里葉變化函數(shù)，進行256點歸一化FFT運算 y0=x0; j=1; for(i=2;i FFT_VECT PAGE 0.text: PROG PAGE 0.data: PROG PAGE 0.bss: DATA_2 PAGE 1.cinit: PROG PAGE 0.stack: DATA_2 PAGE 1.input: DATA_2 PAGE 1 ,align(512).input_tempt: DATA_2 PAGE 1.output: DATA_2 PAGE 1.sintab: DATA_1 PAGE 1.const: PROG PAGE 0 7、 實驗結(jié)果及體會 實驗結(jié)果： 實驗體會：傅里葉變換是將信號從時域的一種變換形式，是信號處理領域中的一種重要的分析工具，所以學好FFT變換在DSP技術(shù)中很重要。在這次實驗中，進一步熟悉了CCS軟件的使用，實驗過程中感覺自己的基礎知識很不牢固，需要多加強對CCS軟件的操作，對編譯環(huán)境的熟悉對實驗的完成和理解則有更加的幫助。感覺要想學好DSP這門課程，必須腳踏實地的一步步努力的學好基礎知識，才能更加順利的完成實驗。三、基于DSPLib的濾波器程序設計一、實驗目的1、了解FIR、IIR數(shù)字濾波器的原理；2、掌握FIR、IIR數(shù)字濾波器的設計方法。3、熟悉對DSPLib的調(diào)用方法以及數(shù)字濾波器在DSP系統(tǒng)中的實現(xiàn)；二、實驗內(nèi)容（要求）現(xiàn)有連續(xù)時間信號，已基于采樣頻率對采樣，獲得離散數(shù)據(jù)。設計一個FIR（或IIR）數(shù)字低通濾波器，對數(shù)據(jù)濾波，濾除中頻率分量，保留頻率分量。要求：1、設計FIR（或IIR）數(shù)字低通濾波器，得到濾波器的有關(guān)參數(shù)；2、基于DSPLib編制DSP的C語言程序，實現(xiàn)上述低通濾波，并對數(shù)據(jù)濾波。3、利用CCS中VIEW菜單中的Graph調(diào)試工具觀察信號時域波形及其頻譜。三、背景知識1、FIR、IIR數(shù)字濾波器的基本原理。（參閱數(shù)字信號處理教材）。2、MATLAB的數(shù)字濾波器設計工具FDAtool。（詳細請參閱MATLAB幫助文檔。）2.1 啟動濾波器設計分析器在MATLAB的start菜單中選擇Toolboxes-Filter Design-Filter Design & Analysis Tools(fdatool)，或者在命令行中輸入fdatool來啟動濾波器設計分析器。啟動后界面如圖2.1所示：圖2.12.2 濾波器設計在選項中選擇或輸入濾波器參數(shù)，然后點擊”Design Filter”按鈕完成濾波器設計。設計成功后的結(jié)果如圖2.2所示。圖2.22.3 導出FIR濾波器系數(shù)。 在fdatool中，選擇Targets-Code Composer StudioIDE。 在出現(xiàn)的對話框中選擇輸出文件類型為C.header file,輸出系數(shù)類型為signed 16-bit integer，如圖2.3所示。 點擊OK按鈕，選擇路徑，即可輸出前一步設計出的FIR濾波器系數(shù)表。圖2.33、DSPLib的應用CCS提供DSPLib，其中包含了基本的數(shù)學計算和數(shù)字信號處理常用算法模塊的函數(shù)，可直接調(diào)用這些函數(shù)實現(xiàn)一些數(shù)字信號處理算法。本實驗主要使用了fir、firs、firs2、iircas4、iircas5、iircas5I等函數(shù)實現(xiàn)數(shù)字濾波。有關(guān)這些函數(shù)的說明請參閱dsplib中文版_TMS32054X_函數(shù)庫中文用戶指南.pdf實驗程序流程圖為： 四 、實驗步驟1、 根據(jù)實驗要求，利用Matlab的fdatools設計FIR低通濾波器和帶通濾波 器，導出有FIR系數(shù)數(shù)組的頭文件。2、 根據(jù)實驗要求編FIR濾波器的C語言代碼，中斷向量表和CMD文件； 3、編譯成功無誤后下載到C5402開發(fā)板中，然后運行程序；4、 程序運行完成后，通過CCS中的View-Graph選項查看輸入和輸出波形， 分析實驗結(jié)果是否符合要求。5、 程序原代碼1、主函數(shù)：#include #include #include #include register.h#include fdacoefs.h /濾波文件#define NX 1024 /輸入數(shù)組的長度，即波形取得點數(shù)#define NH 87 /系數(shù)向量的長度#define pi 3.1415926 /定義的值/#define PMST(unsigned int*)0 x1Dint i,j;DATA xNX,hNH,rNX,dbNH; /分別用于存放導入數(shù)據(jù)、濾波數(shù)據(jù)（低通濾波數(shù)據(jù)）、輸出數(shù)據(jù)、緩沖數(shù)組DATA *dbptr=&db0; /延時緩沖區(qū)，用于保存計算r所必須的輸入值#pragma DATA_SECTION(h,.coeffs)#pragma DATA_SECTION(db,.dbuffer)void dataIO(void); /預定義函數(shù)void main(void) PMST=0 x00A0; /將片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM映射到程序空間和數(shù)據(jù)空間 dataIO(); /調(diào)用函數(shù)，用于導入模擬使用的數(shù)據(jù)且存放到x數(shù)組中for (i=0;iNX;i+) ri=0; /將數(shù)組r初始化為0for (i=0;iNH;i+) dbi=0; /將數(shù)組db初始化為0for(i=0;iFFT_VECT PAGE 0 .text:PROG PAGE 0 .data: PROG PAGE 0 .bss: DATA_2 PAGE 1 .cinit:PROG PAGE 0 .stack:DATA_2 PAGE 1 .coeffs:PROG PAGE 0,align(128) .dbuffer:DATA_2 PAGE 1,align(128) .const:PROG PAGE 0 6、 實驗結(jié)果及體會 實驗結(jié)果： 實驗結(jié)果圖 實驗體會：在實驗之前，嘗試了一下使用matlab按照老師的要求生成了一個數(shù)字濾波器文件，并進行實驗，但是并不太成功，最后還是請教了一些同學之后，發(fā)現(xiàn)自己的不足，才把實驗完成了。在學習的過程中，和同學的交流時必不可少的。經(jīng)過此次實驗，對實時FIR數(shù)字濾波器的設計的知識有了進一步的了解和認識，體會到了數(shù)字濾波器的方便，數(shù)字濾波器是將輸入的信號序列，按規(guī)定的算法進行處理，從而得到所期望的輸出序列。所以數(shù)字濾波器對工程設計非常的方便，掌握數(shù)字濾波器的設計具有舉足輕重的作用。也對CCS軟件的使用更加的熟悉，在matlab軟件的運用方面也有了一定的了解。19