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1、 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术1实验实验4 4 信号发生器实验信号发生器实验一、实验目的一、实验目的二、实验原理二、实验原理三、实验内容三、实验内容四、实验思考题四、实验思考题 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术2一、实验目的一、实验目的D/A转换器的初始化设置及其应用DSP产生正弦波的原理和算法，进而掌握任意信号波形(如三角波、锯齿波、矩形波等信号)产生的原理和算法。3.比较产生信号的两种主要方法(查表法和计算法)的优缺点。北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术31.TLV320AIC23B的内部结构及工作原理 的寄存器及编程数据输出和
2、输入4.产生连续波形的方法二、实验原理二、实验原理 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术4 TLV320AIC23B是是TI推出的一款高性能的立体声音频推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片，内置芯片，内置耳机输出放大器，支持耳机输出放大器，支持MIC和和LINE IN两种输入方式（二选一），且对输两种输入方式（二选一），且对输入和输出都具有可编程增益调节。入和输出都具有可编程增益调节。AIC23的模数转换（的模数转换（ADCs）和数模转换（）和数模转换（DACs）部件集成在芯片内）部件集成在芯片内部，采用了先进的部，采用了先进的Sigmadelta过采样技术，可以在过采样
3、技术，可以在8K到到96K的频率范围的频率范围内提供内提供16bit、20bit、24bit和和32bit的采样。的采样。AIC23还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下，省电模式下更是小于更是小于15uW。由于具有上述优点，使得由于具有上述优点，使得AIC23是一款理想的音频模拟是一款理想的音频模拟I/O器件，可器件，可以很好的应用在随声听（如以很好的应用在随声听（如CD，MP3）、录音机等数字音频领域。）、录音机等数字音频领域。1.TLV320AIC23B的内部结构及工作原理 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术5TLV
4、320AIC23B的内部结构McBSP1McBSP1CODEDECODE 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术6在ADC之后有一个抽取滤波器：提高输入信号的信噪比 (通带截频0.416fs)。在DAC之前有一个插值滤波器：保证输出信号平滑 (通带截频0.416fs)。详情见 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术71.左侧line输入通道音量控制(地址:0000000)(1)左右通道音量同步设置(2)左通道音量增益设置/AIC23左声道音量控制Uint16Left_Line_Input_Volume_Control2=Codec_LLIVC_LPS(1),/左右通
5、道音量同步LLIVC_LIM(0)+LLIVC_LIV(23);/左通道音量增益0dB的寄存器及编程 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术82.右侧line输入通道音量控制(地址:0000001)(1)右左通道音量同步设置(2)右通道音量增益设置/AIC23右声道音量控制Uint16Right_Line_Input_Volume_Control2=Codec_RLIVC_RLS(1),/左右通道音量同步RLIVC_RIM(0)+RLIVC_RIV(23);/右通道音量增益0dBTLV320AIC23B的寄存器及编程 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术93.耳机
6、左声道音量控制(地址:0000010)(1)左右耳机声道音量同步设置(2)耳机左声道过零检测设置(3)耳机左声道检测使能耳机左声道增益设置/AIC23耳机左声道音量控制Uint16Left_Headphone_Volume_Control2=Codec_LHPVC_LRS(1),/左右耳机声道音量同步LHPVC_LZC(1)+LHPVC_LHV(127)/耳机左声道过零检测使能，耳机左声道增益6db;TLV320AIC23B的寄存器及编程 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术104.耳机右声道音量控制(地址:0000011)(1)右左耳机声道音量同步设置(2)耳机右声道零交叉检
7、测设置(3)耳机右声道检测使能耳机左声道增益设置/AIC23耳机右声道音量控制Uint16Left_Headphone_Volume_Control2=Codec_LHPVC_LRS(1),/耳机左右耳机声道音量同步LHPVC_LZC(1)+LHPVC_LHV(127)/耳机右声道过零检测使能，耳机右声道增益6db;TLV320AIC23B的寄存器及编程 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术115.模拟音频通道控制(地址:0000100)(1)DAC使能设置(2)ADC输入设置：0=line,1=microphone/AIC23模拟音频通道控制Uint16Analog_Adui
8、o_Path_Control2=Codec_AAPC_STA2(0),/禁止侧音音量设置AAPC_STA10(0)+AAPC_STE(0)+AAPC_DAC(1)+AAPC_BYP(0)+AAPC_INSEL(0)+AAPC_MICM(0)+AAPC_MICB(0);/DAC使能，ADC输入为line/将AAPC_INSEL(x)设为0，选择Line输入,使用J5输入插座/将AAPC_INSEL(x)设为1，选择Microphone输入,使用J7输入插座TLV320AIC23B的寄存器及编程 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术12TLV320AIC23B的寄存器及编程模拟音频
9、通道控制寄存器（接上页）北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术136.数字音频通道控制(地址:0000101)(1)噪声去加重使能设置(2)ADC高通滤波器使能设置：0=禁止,1=使能/AIC23数字音频通道控制Uint16Digital_Audio_Path_Control2=Codec_DAPC_REV,DAPC_DACM(0)+DAPC_DEEMP(0)+DAPC_ADCHP(0)/DAC软静音：禁止，去加重使能：禁止，/ADC高通滤波器：禁止TLV320AIC23B的寄存器及编程 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术147.采样率控制(地址:0001000
10、)(1)CLKIN分频器设置：0=MCLK,1=MCLK/2(2)CLKOUT分频器设置：0=MCLK,1=MCLK/2(3)采样率选择(见下表)(4)时钟模式选择：0=Normal,1=USBTLV320AIC23B的寄存器及编程SR=0采样率采样率=48KHzSR=7采样率采样率=96KHzSR=6采样率采样率=32KHzSR=3采样率采样率=8KHz 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术15/AIC23波特率设置，CLKIN=CLKOUT=MCLK，采样率32KHz，时钟模式为普通模式，Uint16Sample_Rate_Control2=Codec_SRC_REV,SR
11、C_CLKIN(0)+SRC_CLKOUT(0)+SRC_SR(6)+SRC_BOSR(0)+SRC_USB(0);TLV320AIC23B的寄存器及编程 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术168.数字音频接口格式设置(地址:0000111)(1)AIC23主从模式设置(2)数据格式设置：11=DSP格式,10=I2S格式(3)数据长度：00=16bit,01=20bit,10=24bit,11=32bit /AIC23为主模式，数据长度16bit，数据格式为DSP模式Uint16Digital_Audio_Inteface_Format2=Codec_DAIF_REV,DA
12、IF_MS(1)+DAIF_LRSWAP(0)+DAIF_LRP(1)+DAIF_IWL(0)+DAIF_FOR(3);TLV320AIC23B的寄存器及编程 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术17TLV320AIC23B的寄存器及编程 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术18TLV320AIC23B的寄存器及编程9.节电控制寄存器 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术19TLV320AIC23B的寄存器及编程10.数字接口有效寄存器11.复位寄存器 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术20AIC23的数字音频接口支持I2S模式
13、（一种通用的音频格式），也支持DSP Mode模式（专为与TI的DSP连接模式）。数据输入和输出5502 实验板上使用的是 DSP Mode模式。北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术21I2SI2S模式模式DSP DSP 模式模式 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术22while(!MCBSP_rrdy(hMcbsp);/如果无数据，等待DataTempLeft=MCBSP_read16(hMcbsp);/*从McBSP1接收寄存器读入左声道数据，存入DataTempLeft中*/while(!MCBSP_rrdy(hMcbsp);/如果无数据，等待DataT
14、empRight=MCBSP_read16(hMcbsp);/*从McBSP1接收寄存器读入右声道数据，存入DataTempRight中*/对AIC23B CODEC的编程完成后，可通过MCBSP1的数据接收寄存器读入ADC数据。CODEC数据的输入 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术23while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp);/如果发送寄存器未准备好则等待MCBSP_write16(hMcbsp,DataTempLeft);/*将数据DataTempLeft写到McBSP1发送寄存器，输出到左声道*/while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp);/如果发送
15、寄存器未准备好则等待MCBSP_write16(hMcbsp,DataTempRight);/*将数据DataTempRight写到McBSP1发送寄存器，输出到右声道*/CODEC数据的输出 对AIC23B CODEC的编程完成后，可通过写MCBSP1的数据发送寄存器将DAC数据发送到CODEC。北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术24利用DSP和D/A转换器可以产生连续的正弦波信号，以及矩形波、锯齿波、三角波等其它各种信号波形。产生连续的波形的方法一般有两种：查表法和计算法 4.产生连续的波形的方法在产生周期性的正弦信号时，必须以一定的D/A转换速率fS将各个样点值送往D/
16、A转换器。正弦信号每个周期的样点数N由正弦信号的频率f0及D/A转换速率fS决定：或或 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术25(1)产生波形方法：查表法 事先将需要输出的数据计算好，存储在存储器中，然后依次输出就可以了。优点：速度快，可以产生频率较高的波形，而且不占用DSP的计算时间。缺点：需要占用DSP的内部的存储空间，尤其对采样频率较高、输出频率较低的输出波形，需要占用的内部存储空间将更大，而DSP内部的存储空间有限，所以查表法的应用场合十分有限。所产生的信号频率误差较大。北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术26 查表法(以正弦波为例)设周期为1的正弦信号
17、 ，对此信号一个周期采样256个点()的原始数据，存入一个正弦表中。因为C5502是16位的定点DSP处理器，CODEC只接受16位有符号的整数数据，所以需要将原始数据(1的小数)乘以215(32768)，变成16位整型格式(Q15格式数据)。北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术27(2)(2)计算法计算法(以正弦波为例)计算法是先计算数据后输出，然后再计算再输出。优缺点正好和查表法相反。优点：占用较少的DSP存储空间。所产生的信号的频率误差小。缺点：占用DSP的计算时间，执行程序的开销变大。北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术28计算法计算法(以正弦波为例)如
18、果要计算一个角度x的正弦和余弦值，可以使用泰勒级数进行近似计算。也可以使用递归的差分方程计算正弦和余弦值。yn=2sin(a)*yn-1-yn-2/正弦振正弦振荡荡器差分方程器差分方程yn=2cos(a)*yn-1-yn-2/余弦振余弦振荡荡器差分方程器差分方程其中：a=2pf0/fS为角度的计算步长。f0是正弦信号的频率，fS是D/A转换速率。北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术29计算法计算法(以正弦波为例)例如，当利用递归的差分方程产生正弦信号时，若设定D/A转换速率fS=16000Hz，则产生f0=1000Hz的正弦波信号时，存在，此时a=2f0/fS=2/N=2/16
19、=0.3927首先在程序中计算出sin(a)及初始值y0和y1。y0=sin(0)=0；y1=sin(a)=0.382683；n2以后的yn的值，通过yn=2sin(a)*yn-1-yn-2递归计算得出。北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术30利用利用TaylorTaylor级数计算正弦波部分参考程序级数计算正弦波部分参考程序 在在c主程序中添加主程序中添加:#defineNx360/每周期抽取点数#pragmaDATA_SECTION(output1,data_out1);floatoutput1Nx;/存放sin数据,浮点型#pragmaDATA_SECTION(outpu
20、t,data_out);intoutputNx;/存放sin数据，定点型在在cmd文件中添加：文件中添加：data_out:SDRAMdata_out1:SDRAM 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术31Uint16i,j=0,k=0;floatinput0=0,x1,x2;floata,b,c,d,e,f,g,h,ii,step;/step为角度步长step=360.0/Nx;/Nx为360度内取样点数for(i=0;i=Nx-1;i+)floatangle,xx;angle=input0+step*i;x1=3.1415926*angle/180;/角度转换为弧度xx=x
21、1*x1;g=x1*(1-xx/2/3*(1-xx/4/5*(1-xx/6/7*(1-xx/8/9*(1-xx/10/11*(1-xx/12/13*(1-xx/14/15*(1-xx/16/17);/数学总公式利用利用TaylorTaylor级数计算正弦波部分参考程序级数计算正弦波部分参考程序 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术32output1i=32768*g;/利用泰勒级数计算出正弦波的数值，存放到output1中/乘以32768将-1,1浮点数转换为16bit有符号整型数outputi=output1i/8;/为了使输出不溢出除以8利用利用TaylorTaylor级数
22、计算正弦波部分参考程序级数计算正弦波部分参考程序 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术33三、实验内容三、实验内容1分别利用计算法和查表法产生1000Hz的余弦波信号，比较两者的特点，并使用示波器观测产生信号的频率和幅度。2.分别利用泰勒级数及递归差分方程计算法产生1000Hz的正弦波信号，比较其输出。3利用计算法产生其他非正弦类周期信号波形，如周期矩形波、三角波、锯齿波等。利用示波器可以能通过Head phone(J6)端口观察到这些波形吗？北京交通大学 国家工科电工电子教学基地DSP应用技术341还有哪些参数可以设置D/A转换器？2如何控制所产生信号的幅度？3利用计算法能否产生任意频率的正弦信号？4在利用查表法产生正弦信号时，为何信号频率越高，波形失真越严重？四、实验思考题四、实验思考题