基于某DSP的任意信号发生器设计汇总情况.docx
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基于某DSP的任意信号发生器设计汇总情况.docx
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基于某DSP的任意信号发生器设计汇总情况
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
一、设计任务…………………………………………………3
二、实验目的…………………………………………………3
3、设计内容…………………………………………………3
4、实验原理…………………………………………………4
五、程序设计…………………………………………………6
1、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。
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。
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:
.
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。
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]**********************/
#include
#include
#include
#include
#include
voiddelay(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,
0x064E7,0x062F1,0x060EB,0x05ED6,0x05CB3,0x05A81,0x05842,0x055F5,0x0539A,0x05133,0x04EBF,0x04C3F,0x049B3,0x0471C,0x0447A,0x041CD,0x03F16,0x03C56,
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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;
/*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(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_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*/
*(volatileu16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=amp*SINE_TABLE[i];
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*/
voiddelay(s16period)
{
inti,j;
for(i=0;i { for(j=0;j } } 实验成果截图: /**********正弦信号产生程序[2]**********************/ #include #include #include #include #include #defineN256 #definepi3.1415927 #definepi22*pi #defineF01000 #defineFs16000//Samplingfrequency #pragmaDATA_SECTION(_sinx,"data_buf1") double_sinx[256]; #pragmaDATA_SECTION(dacdata,"data_buf2") intdacdata[256],outbuffer[256]; intamp=1; voiddelay(int); voidmain(void) { doublet=0,dt; unsignedinti=0; HANDLEhHandset; intcnt=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); 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;i { _sinx[i]=(sin(t));----------查表法实现正弦波 dacdata[i]=_sinx[i]*2047; outbuffer[i]=amp*dacdata[i]; t=t+dt; } hHandset=codec_open(HANDSET_CODEC);//获取设置codec的句柄 codec_dac_mode(hHandset,CODEC_DAC_15BIT);//15bit工作模式 codec_aout_gain(hHandset,CODEC_AOUT_MINUS_6dB);//模拟输出增益为-6dB codec_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 *(volatileu16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=outbuffer[i++];//将数据写入D/A转换器 } } voiddelay(s16period) { inti,j; for(i=0;i { for(j=0;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 #include voiddelay(s16period); HANDLEhHandset; s16data; #define_COSX0.999390827 #pragmaDATA_SECTION(_cosx,"data_buf1") float_cosx[200]; #pragmaDATA_SECTION(dacdata,"data_buf2") intdacdata[180]; voidmain(void) { s16cnt=2; u16i=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*/ _cosx[0]=1.000; dacdata[0]=4095; _cosx[1]=_COSX; dacdata[1]=_COSX*2047+2048; i=2; while (1) { if(i++>179) break; _cosx[i]=2*_COSX*_cosx[i-1]-_cosx[i-2]; dacdata[i]=_cosx[i]*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_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_AOUT_MINUS_6dB);//设置模拟输出增益为-6dB codec_sample_rate(hHandset,SR_16000);//D/A转换速率为16kHz i=0; while (1) { if(i>179)i=0; /*D/A转换器是否准备好*/ while(! MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC)){}; /*将dacdata[i]输出到D/A*/ *(volatileu16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=dacdata[i++]; } } voiddelay(s16period) { inti,j; for(i=0;i { for(j=0;j } } 实验成果截图: 发挥部分 (1): 【1】锯齿波: /**********锯齿波信号产生程序**********************/ #include #include #include #include #include #defineN256 #definepi3.1415927 #definepi22*pi #defineF01000//Signalfrequency #defineFs16000//Samplingfrequency #pragmaDATA_SECTION(saw,"data_buf1") doublesaw[N]; #pragmaDATA_SECTION(dacdata,"data_buf2") intdacdata[N],outbuffer[N]; intamp=1; unsignedintL=0; voiddelay(int); voidmain(void) { doublet=0,dt; unsignedinti=0; HANDLEhHandset; intcnt=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; for(t=0,i=0;i<=N/4;i++,t+=dt) { saw[i]=t; saw[i+N/4]=0; } for(t=0,i=N/2;i<3*N/4;i++,t+=dt) { saw[i]=t; saw[N-i+N/2]=0; } for(i=0;i {dacdata[i]=saw[i]*10; outbuffer[i]=amp*dacdata[i]; } 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-6dB codec_sample_rate(hHandset,SR_16000);//转换速率为16KHz while (1) { while(! MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC)
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- 基于 DSP 任意 信号发生器 设计 汇总 情况