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 (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：=x sin ΛΛ+--+-+-+---)!12()1(!9!7!5!31219753n x x x x x x n n ,x ∀),(∞-∞∈ =x cos ΛΛ+-+-+-+-)!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。

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/F S 。

F —信号频率，F S—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，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 <type.h>#include <board.h>#include <codec.h>#include <mcbsp54.h>#include <dsplib.h>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,0x01F 19,0x02223,0x02527,0x02826,0x02B1E,0x02E10,0x030FB,0x033DE,0x036B9,0x0398C,0x03C56,0x03F16,0x041CD,0x0447A,0x0471C,0x049B3,0x04C3F,0x04EBF,0x05133,0x05 39A,0x055F4,0x05842,0x05A81,0x05CB3,0x05ED6,0x060EB,0x062F1,0x064E7,0x066CE,0x068A5,0x06A6C,0x06C23,0x06DC9,0x06F5E,0x070E1,0x07254,0x073B5,0x07 503,0x07640,0x0776B,0x07883,0x07989,0x07A7C,0x07B5C,0x07C29,0x07CE2,0x07D89,0x07E1C,0x07E9C,0x07F08,0x07F61,0x07FA6,0x07FD7,0x07FF5,0x07FFE,0x07F F5,0x07FD7,0x07FA6,0x07F61,0x07F08,0x07E9C,0x07E1C,0x07D89,0x07CE2,0x07C29,0x07B5C,0x07A7C,0x07989,0x07883,0x0776B,0x07640,0x07503,0x073B5,0x07 254,0x070E1,0x06F5E,0x06DC9,0x06C23,0x06A6C,0x068A5,0x066CE,0x064E7,0x062F1,0x060EB,0x05ED6,0x05CB3,0x05A81,0x05842,0x055F5,0x0539A,0x05133,0x04E BF,0x04C3F,0x049B3,0x0471C,0x0447A,0x041CD,0x03F16,0x03C56,0x0398C,0x036B9,0x033DE,0x030FB,0x02E10,0x02B1E,0x02826,0x02527,0x02223,0x01F19,0x01C 0B,0x018F8,0x015E1,0x012C7,0x00FAB,0x00C8B,0x0096A,0x00647,0x00324,0x00000,0x0FCDC,0x0F9B9,0x0F696,0x0F375,0x0F056,0x0ED39,0x0EA1F,0x0E708,0x0E3 F5,0x0E0E7,0x0DDDD,0x0DAD9,0x0D7DA,0x0D4E2,0x0D1F0,0x0CF05,0x0CC22,0x0C947,0x0C647,0x0C3AA,0x0C0EA,0x0BE33,0x0BB86,0x0B8E4,0x0B64D,0x0B3C1,0x0 B141,0x0AECD,0x0AC66,0x0AA0C,0x0A7BE,0x0A57F,0x0A34D,0x0A12A,0x09F15,0x09D0F,0x09B19,0x09932,0x0975B,0x09594,0x093DD,0x09237,0x090A2,0x08F1F,0x08 DAC,0x08C4C,0x08AFD,0x089C0,0x08895,0x0877D,0x08677,0x08584,0x084A4,0x083D8,0x0831E,0x08277,0x081E4,0x08164,0x080F8,0x0809F,0x0805A,0x08029,0x080 0B,0x08002,0x0800B,0x08029,0x0805A,0x0809F,0x080F8,0x08164,0x081E4,0x08277,0x0831E,0x083D8,0x084A4,0x08584,0x08677,0x0877D,0x08895,0x089C0,0x08 AFD,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,0x0DAD9,0x 0DDDD,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*/*(volatile u16*)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=2.56i+=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*/void delay(s16 period){int i,j;for(i=0;i<period;i++){for(j=0;j<period>>1;j++);}}实验成果截图：/**********正弦信号产生程序[2]**********************/ #include <type.h>#include <board.h>#include <codec.h>#include <mcbsp54.h>#include <math.h>#define N 256#define pi 3.1415927#define pi2 2*pi#define F0 1000#define Fs 16000 //Sampling frequency#pragma DATA_SECTION(_sinx,"data_buf1")double _sinx[256];#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2")int dacdata[256],outbuffer[256];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);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<N;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16KHzwhile(1){while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ) {}; //如果D/A未准备好，则等待*(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) =outbuffer[i++]; // 将数据写入D/A转换器}}void delay(s16 period){int i,j;for(i=0; i<period; i++){for(j=0;j<period>>1;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<type.h>#include<board.h>#include<codec.h>#include<mcbsp54.h>void delay(s16 period);HANDLE hHandset;s16 data;#define _COSX 0.999390827#pragma DATA_SECTION(_cosx,"data_buf1") float _cosx[200];#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2") int dacdata[180];void main(void){s16 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*/ _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16kHzi=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*/*(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=dacdata[i++];}}void delay(s16 period){int i,j;for(i=0;i<period;i++){for(j=0;j<period>>1;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 <type.h>#include <board.h>#include <codec.h>#include <mcbsp54.h>#include <math.h>#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 saw[N];#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2")int dacdata[N],outbuffer[N];int amp=1;unsigned int 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;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<N;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16KHzwhile(1){while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ) {}; //如果D/A未准备好，则等待*(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) =outbuffer[i++]; // 将数据写入D/A转换器}}void delay(int period){int i,j;for(i=0; i<period; i++){for(j=0;j<period;j++);}}实验成果截图：【2】方波：/**********方波信号产生程序**********************/#include <type.h>#include <board.h>#include <codec.h>#include <mcbsp54.h>#include <math.h>#define N 256#define pi 3.1415927#define pi2 2*pi#define F0 1000 //Signal frequency#define Fs 16000 //Sampling frequency#pragma DATA_SECTION(squ,"data_buf1") double squ[N];#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2")int dacdata[N],outbuffer[N];int amp=1;unsigned int L=0;void delay(int);void main(void){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);}for(i=0;i<=N/4;i++){squ[i]=1;squ[i+N/4]=-1;squ[i+N/2]=1;squ[N-i]=-1;}for(i=0;i<N;i++){ dacdata[i]=squ[i];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16KHzwhile(1){while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ) {}; //如果D/A未准备好，则等待*(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) =outbuffer[i++]; // 将数据写入D/A转换器}}void delay(int period){int i,j;for(i=0; i<period; i++){for(j=0;j<period;j++);}}实验成果截图：【3】三角波：/**********三角波信号产生程序**********************/#include <type.h>#include <board.h>#include <codec.h>#include <mcbsp54.h>#include <math.h>#define N 256#define pi 3.1415927#define pi2 2*pi#define F0 1000 //Signal frequency#define Fs 16000 //Sampling frequency#pragma DATA_SECTION(tri,"data_buf1") double tri[N];#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2")int dacdata[N],outbuffer[N];int amp=2;unsigned int 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;for(t=0,i=0;i<=N/4;i++,t+=dt){tri[N/2-i]=tri[i]=t;}for(t=0,i=N/2;i<=3*N/4;i++,t+=dt){tri[i]=t;tri[N-i+N/2]=tri[i];}for(i=0;i<=N;i++){ dacdata[i]=tri[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-6dBcodec_sample_rate(hHandset,SR_16000); // 转换速率为16KHzwhile(1){while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ) {}; //如果D/A未准备好，则等待*(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) =outbuffer[i++]; // 将数据写入D/A转换器}}void delay(int period){int i,j;for(i=0; i<period; i++){for(j=0;j<period;j++);}}实验成果截图：发挥部分（2）：关于发挥部分（2），即使用现有程序，实现不改变源程序，频率和幅度自动可调。