DSP原理实验报告.doc

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1、DSP原理实验报告学号： K031341725 姓名： 张治中 实验成绩： 实验时间： 2015.11.16 九十节 实验地点： 实验楼四楼 实验题目： CCS入门实验 一、 实验目的1. 学习用标准C语言编写程序；2. 了解TI CCS开发平台下的C语言程序设计方法和步骤；3. 熟悉使用软件仿真方式调试程序。二、实验内容1. DSP源文件的建立；2. DSP程序工程文件的建立；3. 掌握C语言在DSP中的应用。三、实验背景知识当使用标准C语言编制程序时，其源程序文件名的后缀应为*.c。CCS在编译标准C语言程序时，首先将其编译成相应汇编语言程序，再进一步编译成目标DSP的可执行代码。最后生成

2、的是coff格式的可下载到DSP中运行的文件，其文件名后缀为*.out。由于使用C语言编制程序，其中调用的标准C的库函数由专门的库提供，在编译连接时编译系统还负责构建C运行环境。所以用户工程中需要注明使用C的支持库。四、 实验程序，包含文件1Hello.c：实验的主程序。2Hello.cmd：声明了系统的存储器配置与程序各段的连接关系。3DEC643.gel：系统初始化。五、实验准备首先将光盘下03. Examples of Program 04. SEED-DTK643实验程序CCS使用实验目录下的3.1.2 hello的文件夹拷贝到D盘根目录下。1. 将 DSP 仿真器与计算机连接好；2.

3、 将 DSP 仿真器的 JTAG 插头与 SEED-DEC643 单元的 J1 相连接；3. 打开 SEED-DTK643 的电源。观察 SEED-DTK_MBoard 单元的5V，3.3V，15V，15V 的电源指示灯以及 SEED-DEC643 的电源指示灯 D1 是否均亮；若有不亮的，请断开电源，检查电源六、实验步骤1. 双击图标进入 CCS 环境。2. 按照下图所示添加 pjt 文件，点击 Project open 命令。3. 在弹出的对话框中选中 hello.pjt 文件添加该工程文件。4. 按照下图所示的方法添加GEL文件，即右键点击工程视窗中的GEL files，在弹出的菜单中选

4、择laod GEL命令。在弹出的对话框中添加 DEC643.gel 文件。5. 按照下图所示添加.out 文件，即使用 FileLoad Program 菜单命令。装载hello.out文件，进行调试。（.out文件一般存放在程序文件夹的debug文件夹中）6. 运行程序，在CCS中显示结果“hello world！”。表明实验成功。 DSP原理实验报告学号： K031341725 姓名： 张治中 实验成绩： 实验时间： 2015.11.23 九十节 实验地点： 实验楼四楼 实验题目： 交通灯实验 二、 实验目的1. 熟悉使用 SEED-DEC643 板控制 SEED-DTK_MBoard 上

5、交通灯的方法；2. 掌握 DSP 扩展数字 I/O 口的方法；3. 了解 SEED-DEC643 的硬件系统。二、实验内容1. DSP 的初始化；2. TMS320DM643 的扩展数字 I/O 口使用；3. 交通灯控制程序。三、实验背景知识1、DSP 系统中数字 I/O 的实现DSP 系统中一般只有少量的数字 I/O 资源，而一些控制中经常需要大量的数字量的输入与输出。因而，在外部扩展 I/O 资源是非常有必要的。在扩展 I/O 资源时一般占用 DSP的 I/O 空间。其实现方法一般有两种：其一为采用锁存器像 74LS273、 74lS373 之类的集成电路；另一种是采用 CPLD 在其内部

6、做锁存逻辑，我们采用的是后者。SEED-DEC643 的存储器扩展总线，包含 4 个存储空间 ，每个存储空间有 20-位地址线、 32-位数据线。 SEED-DEC643 的这 4 个存储空间 被映射到DM643 的和 空间中，具体的映射关系如下表所示：在 SEED-DEC643 上，存储器扩展总线只支持 8/16/32-位数据宽度，不支持 64-位数据宽度。存储器扩展总线的 20-位地址线 XA21:2由DM643 的 EMIF 总线的地址总线 EA22:3经驱动后提供，32-位数据总线 XD31:0则由DM643 的 EMIF 总线的低 32-位数据总线ED31:0经驱动后提供，4-位存储

7、空间选通线 由DM643 的 、 与地址译码后提供， 4-位字节使能线 由DM643 的 EMIF 总线的字节使能的低 4-位 经驱动后提供，读写控制线有DM643 的 EMIF 总线的读写控制线经驱动后提供。实验箱 I/O 板映射到 SEED-DEC643 模板的 EDSP_CE3 空间，接口方式为 16-位。所以将 DSP C643 EMIF CE3#空间配置为 16-位异步接口模式，地址映射关系如下： 实验箱 I/O 板对应的起始地址为：0xA01C0000（字地址）；TRAFFIC LED 的偏移地址为：0x00000002；即 TRAFFIC LED 的地址为：0xA01C0002；

8、2、SEED-DTK643 系统中数字 IO 所占的资源交通灯控制口地址为：0xA01C0002（I/O 空间）；其说明如下：NG： 方向北的绿灯控制位；NY： 方向北的黄灯控制位；NR： 方向北的红灯控制位；WG： 方向西的绿灯控制位；ER： 方向东的红灯控制位；WY： 方向西的黄灯控制位；EY： 方向东的黄灯控制位；EG： 方向东的绿灯控制位；WR： 方向西的红灯控制位；SG： 方向南的绿灯控制位；SY： 方向南的黄灯控制位；SR： 方向南的红灯控制位；当以上各位置1时，点亮各控制位所代表的交通灯状态的 LED 灯。四、实验要求通过本实验，了解 DSP 对 I/O 口的操作，完成交通灯的控

9、制。熟练使用 CCS 对程序进行调试。五、实验程序功能与结构说明5.1 数字 IO 实验，包含文件1. IO.c：实验的主程序，包含了系统初始化，并完成控制交通灯按照所选择的不同模式输出显示，以及 LED 灯按照可输入的 8 位二进制数显示结果。2. DEC643.C：对 SEED-DEC643 各项资源操作的函数集，主要包含系统初始化函数。3. DEC643_DTK.c：主要包含对 IO 口操作的各函数。4. vecs.asm：包含定时器中断的中断向量表。5. SEED-DEC643.cmd：声明了系统的存储器配置与程序各段的连接关系。6. DEC643.gel：系统初始化程序。 5.2 程

10、序流程图5.3 实验准备首先将光盘下 03. Examples of Program 04. SEED-DEC643 实验程序目录下的3.3.1 IO 的文件夹拷贝到 D 盘根目录下。1. 将 DSP 仿真器与计算机连接好；2. 将 DSP 仿真器的 JTAG 插头与 SEED-DEC643 单元的 J1 相连接；3. 打开 SEED-DTK643 的电源。观察 SEED-DTK_MBoard 单元的5V，3.3V，15V，15V 的电源指示灯以及 SEED-DEC643 的电源指示灯 D1 是否均亮；若有不亮的，请断开电源，检查电源。5.4 实验步骤1. 打开 CCS，进入 CCS 的操作环

11、境；2. 装入 IO.pjt，添加 DEC643.gel 文件开始进行调试；3. 打开 IO.c 文件，到第 19 行，修改 TESTCOMMAND 的宏定义；TESTCOMMAND 是交通灯操作控制选项。可以为 1、2、3、4、5 这 5 个数。1 为自动运行；2 为夜间模式；3 为交通灯东西通；4 为交通灯南北通；5 为禁行。SEED-DTK_MBoard 单元的 Traffic LED 处将显示结果；4. 装载程序 IO.out；5. 运行，观察。在程序运行过程中，可直接在 Watch Window 里修改 TestCommand的值，即将每一种运行方式所对应宏定义的值直接赋值给 Tes

12、tCommand，即可改变运行方式。例如在程序运行过程中，若想将运行方式改为夜间模式，就请将TestCommand 赋值为 0xAA16（关于各种方式的宏定义已在第 22 行到第 31 行给出）即可。如下图所示：6. 重新到第 3）步开始尝试其他情况或者退出实验。 DSP原理实验报告学号： K031341725 姓名： 张治中 实验成绩： 实验时间： 2015.11.30 九十节 实验地点： 实验楼四楼 实验题目： 快速傅立叶变换(FFT)算法实验 三、 实验目的1. 加深对 DFT 算法原理和基本性质的理解；2. 熟悉 FFT 的算法原理和 FFT 子程序的算法流程和应用；3. 学习用 FF

13、T 对连续信号和时域信号进行频谱分析的方法。二、实验内容1. DSP 初始化；2. A/D 采样；3. FFT 的运算程序。三、实验背景知识傅立叶变换是一种将信号从时域到频域的变换形式，是声学、语音、电信和信号处理等领域中的一种重要分析工具。离散傅立叶变换（DFT）是连续傅立叶变换在离散系统中的表现形式，由于 DFT 的计算量很大，因此在很长时间内其应用受到很大的限制。快速傅立叶变换（FFT）是离散傅立叶变换的一种高效运算方法。FFT 使 DFT 的运算大大简化，运算时间一般可以缩短一至两个数量级，FFT 的出现大大提高了 DFT 的运算速度，从而使 DFT在实际应用中得到广泛的应用。在数字信

14、号处理系统中，FFT 作为一个非常重要的工具经常使用，它甚至成为 DSP 运算能力的一个考核因素。对于有限长离散数字信号xn,0nN-1,其离散谱xk可以由离散付氏变换（DFT）求得。DFT 的定义为可以方便的把它改写为如下形式：即称为蝶形因子式旋转因子。对于旋转因子来说，有如下的对称性和周期性：对称性：；周期性： 。FFT 就是利用了旋转因子的对称性和周期性来减少运算量的。FFT 算法将长序列的 DFT 分解为短序列的 DFT。 N 点的 DFT先分解为两个 N/2 点的 DFT，每个 N/2 点的 DFT 又分解为两个 N/4 点的 DFT 等等，最小变换的点数即基数，基数为 2的 FFT

15、 算法的最小变换是 2 点 DFT.一般而言，FFT 算法分为时间抽选（DIT）FFT 和频率抽选（DIF）FFT 两大类。时间抽取 FFT 算法的特点是每一级处理都是在时域里把输入序列依次按奇/偶一分为二分解成较短的序列；频率抽取 FFT 算法的特点是在频域里把序列依次按奇/偶一分为二分解成较短的序列来计算。DIT 和 DIF 两种 FFT 算法的区别是旋转因子出现的位置不同，（DIT） FFT 中旋转因子在输入端，（DIF）FFT 中旋转因子在输出端，除此之外，两种算法是一样的。在本设计中实现的是基 2 的频率抽取 FFT 算法，具体的实现过程可参见源程序及其注释。四、实验要求对不同的输入

16、信号进行 FFT 变换，观看不同信号在频域内的特性。五、实验程序功能与结构说明5.1 FFT 实验，包含文件1. FFT.c：实验主程序，包含系统初始化，音频芯片各控制寄存器的初始化，A/D采样，FFT变换，以及将FFT变换结果做取模运算。2. CODECc：音频芯片各控制寄存器的初始化。3. FFTfunction.c：包含不同采样长度时 FFT 变换的各函数。4. IIC.c：进行 I2C 初始化。5. vecs.asm：包含定时器中断的中断向量表。6. SEED-DEC643.cmd：声明了系统的存储器配置与程序各段的连接关系。5.2 程序流程图5.3 实验准备首先将光盘下 03. Ex

17、amples of Program 04. SEED-DTK643实验程序目录下的3.4.3 FFT 的文件夹拷贝到 D 盘根目录下。1. 将 DSP 仿真器与计算机连接好；2. 将 DSP 仿真器的 JTAG 插头与 SEED-DEC643 单元的 J1 相连接；3. 打开 SEED-DTK643 的电源。观察 SEED-DTK_MBoard 单元的5V，3.3V，15V，15V 的电源指示灯以及 SEED-DEC643 的电源指示灯 D1 是否均亮；若有不亮的，请断开电源，检查电源；4. 用音频线连接 SEED-DTK_MBoard 单元的 DAOUT2 （J12） 接口和 SEED-DE

18、C643的 BNC 转接头（J13）的音频输入接口 Ain。5.4 实验步骤1. 打开 CCS，进入 CCS 的操作环境。2. 装入 FFT.pjt 工程文件， 添加 DEC643.gel 文件，开始进行调试。3. 打开 FFT.c 文件，到第 15 行，可以修改宏定义SAMPLELONG 。SAMPLELONG 是采样长度选择，有 3 个选择 1、2、3。1 表示 256，2 表示512，3 表示 1024。4. 修改完宏定义后，编译、连接生成DEC643_FFT.out文件，装载程序DEC643_FFT.out。5. 分别在 FFT.c 程序的 65 行“for(i=0；i(SampleL

19、ong/2)；i+)”处和 120 行“for(;);”处设置断点。6. 本实验和 AD 实验，数字滤波实验都需要设置实验箱信号源。通过液晶和按键，设置信号源。菜单路径为：“系统设置”“信号发生器设置”。在“信号发生器设置”这一菜单下：“通道”设为“0”；“信号类型”可根据需要任意选择，这里我们设置为“标准正弦波”；“信号频率”和“信号振幅”可在屏幕下方“有效输入”限定的范围内任意输入，建议“信号振幅”设为 1000 左右，“信号频率”设为 300 左右；“信号发生器开关”设为“开启”。此时便有正弦信号输入音频芯片 AIC23 的输入端（利用此芯片同样可以进行 AD 采集）。7. 运行程序。当

20、程序执行到断点时，可以观察收到的数据和显示的图像。运行到第一个断点处（65 行），AD 采样完成，此时可设置图像观察 AD 采样的结果（即显示 DataBuffer 数组）；运行到第二个断点处（120 行），FFT 变换完成，同样可设置图像观察 FFT 变换后没有取模时的结果（即显示 DDataBuffer 数组），和取模后的结果（即显示 mod 数组）。如下图从上至下分别为 1024 点时， DataBuffer 数组，DDataBuffer 数组， mod数组的图像显示。其中图像显示设置对话框中 Start adderss:起始地址；Acquisition Buffer Size:输入数据

21、个数；Display Data Size:显示数据个数（注意：显示个数要与程序中宏定义的采样个数一致） ；DSP Data Type:数据类型；以上举例说明 1024 点时如何观察收到的数据和显示的图像， 256 点和 512 点可以此类推。8. 重新执行第 6）步，变化采样长度和输入信号类型； DSP原理实验报告学号： K031341725 姓名：张治中 实验成绩： 实验时间： 2015.12.7 九十节 实验地点： 实验楼四楼 实验题目： 有限冲击响应滤波器(FIR)算法实验 四、 实验目的1. 掌握数字滤波器的设计过程；2. 了解 FIR 的原理和特性；3. 熟悉设计 FIR 数字滤波器

22、的原理和方法。二、实验内容1. 通过 MATLAB 设计确定 FIR 滤波器系数；2. DSP 初始化；3. A/D 采样；4. FIR 运算，观察滤波前后的波型变化。三、实验背景知识3.1 有限冲击响应数字滤波器（FIR）的基础理论FIR 数字滤波器是一种非递归系统，其冲激响应 h(n)是有限长序列，其差分方程表达式为：N 为 FIR 滤波器的阶数。在数字信号处理应用中往往需要设计线性相位的滤波器， FIR 滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到严格的线性相位特性。为了使滤波器满足线性相位条件，要求其单位脉冲响应 h(n) 为实序列，且满足偶对称或奇对称条件，即 h(n)=h(N

23、-1-n) 或h(n)=-h(N-1-n)。这样，当 N 为偶数时，偶对称线性相位 FIR 滤波器的差分方程表达式为由上可见，FIR 滤波器不断地对输入样本 x(n)延时后，再做乘法累加算法，将滤波器结果 y(n)输出。因此，FIR实际上是一种乘法累加运算。而对于线性相位 FIR 而言，利用线性相位 FIR 滤波器系数的对称特性，可以采用结构精简的 FIR 结构将乘法器数目减少一半。3.2 本实验中 FIR 的算法公式四、实验要求对带有噪声的不同输入信号（正弦波、方波、三角波）进行 FIR 滤波，观看滤掉噪声后的波形。五、实验程序功能与结构说明5.1 Filter 实验，包含文件1. Filt

24、er.c：实验的主程序，包含了系统初始化，音频芯片各控制寄存器的初始化， A/D采样程序，FIR_Filter 子程序。2. DEC643.C：对 SEED-DEC643 各项资源操作的函数集，主要包含系统初始化函数。3. CODEC.c：包含对音频芯片的各控制函数。4. IIC.c：包含对 IIC 的各操作函数。5. vecs.asm：包含定时器中断的中断向量表。6. CODEC.cmd：声明了系统的存储器配置与程序各段的连接关系。7. DEC643.gel：系统初始化程序。5.2 程序流程图5.3 实验准备首先将光盘下 03. Examples of Program 04. SEED-DT

25、K643 实验程序目录下的3.4.1 FIR_Filter 的文件夹拷贝到 D 根目录下。1. 将 DSP 仿真器与计算机连接好；2. 将 DSP 仿真器的 JTAG 插头与 SEED-DEC643 单元的 J1相连接；3. 打开 SEED-DTK643 的电源。观察 SEED-DTK_MBoard 单元的5V，3.3V，15V，15V 的电源指示灯以及 SEED-DEC643 的电源指示灯 D1 是否均亮；若有不亮的，请断开电源，检查电源。4. 用音频线连接 SEED-DTK_MBoard 单元的 DAOUT2 （J13）接口和 SEED-DEC643CSL 初始化条件编译采样长度的选择AD

26、 采样初始化AD 采样有限冲击响应数字滤波的 BNC 转接头（J13）的音频输入接口 Ain。5.4 实验步骤1. 打开 CCS，进入 CCS 的操作环境。2. 装入 FIR_Filter.pjt 工程文件， 添加 DEC643.gel 文件，开始进行调试。3. 打开 Filter.c 文件，到第 24 行修改 SAMPLELONG 宏定义。SAMPLELONG 是采样长度选择，有 3 个选择 1、2、3。1 表示 256，2 表示512，3 表示 1024；4. 修改完宏定义后，编译、连接生成 Filter.out 文件，装载程序Filter.out。5. 本实验和 FFT 实验，AD 实验

27、都需要设置实验箱信号源。通过液晶屏和键盘，设置信号源：当液晶屏上出现“通讯自检不成功，请复位系统”时，按下“Enter”键，进入“信号发生器设置”。在“信号发生器设置”这一菜单下：“通道”设为“0”；“信号类型”可根据需要任意选择（这里我们选“噪声正弦波”） ；“信号频率”和“信号振幅”可在屏幕下方“有效输入”限定的范围内任意输入，建议振幅设为 1000 左右，频率设为 300 左右；“信号发生器开关”设为“开启”。此时便有噪声方形波信号输入音频芯片 AIC23的输入端（利用此芯片同样可以进行 AD 采集）。6. 打开 Filter.c 文件，在第 65 行“fir_filter(int *)

28、DataBuffer,(int *)hfir,DDataBuffer,ORDER_FIR ,SampleLong,ROUND_FIR);” 66行设置断点“printf(FIR filter have done!n);”7. 运行程序。可以观察收到的数据和显示的图像； DataBuffer数组显示的是原始信号图像；DDataBuffer 数组显示的是滤波后信号图像。其中图像显示设置对话框中 Start adderss:起始地址；Acquisition Buffer Size:输入数据个数；Display Data Size:显示数据个数（注意：显示个数要与程序中宏定义的采样个数一致） ；DSP

29、 Data Type:数据类型；滤波前滤波后：注意：有削顶现象。8. 从第 6）步开始重新执行，变化采样长度或滤波类型，或者退出本实验。六、MATLAB 的应用实验者若进一步研究 FIR 算法，会发现在每种算法函数的开始处都已定义好进行 FIR运算时所需的系数，这些系数是用 Matlab 产生的。下面具体介绍一下在 Matlab 中如何设置各种参数，从而方便实验者根据具体需要进行参数的调整，从而达到不同的滤波效果。说明：实验箱提供的信号默认采样频率为 48KHz，信号频率为200Hz，幅值为 500mv，fir 具体参数如下：（为方便起见，采用MATLAB 执行格式，括弧内为说明）说明：MATLAB 源文件在在光盘下 03. Examples of Program06.Matlab 文件夹中，文件名为 ezFIR，只需运行它，按照以上示例输入参数（或根据具体需要输入所需参数后）即可得FIR-FILTER 算法所需的系数。输入参数中，通带截至频率（FP）和截止带截止频率（FS）是比较重要的两个参数，不宜过小，过小滤掉的高频成分太多，很难还原出原波形的形状；也不宜过大，过大滤波效果欠佳。这里只是作为实验演示程序时所需参数的建议，真正做滤波程序时，所需参数还要根据具体要求而定。