基于DSP的任意信號發(fā)生器設(shè)計

1、DSP實驗報告數(shù)字信號處理（DSP）綜合設(shè)計性實驗報告學(xué) 院：電 子 信 息 工 程 學(xué) 院班 級： 通信0708指導(dǎo)教師： 高海林 學(xué) 生： 原凌云 07211253 張麗康 07211256 北京交通大學(xué)電工電子教學(xué)基地2004年12月28日目 錄一、設(shè)計任務(wù) 3二、實驗?zāi)康?33、 設(shè)計內(nèi)容34、 實驗原理4五、程序設(shè)計61、程序源代碼 2、實驗截圖和結(jié)果六、實驗總結(jié)22七、參考資料23一、設(shè)計任務(wù)書 信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信

2、號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。信號發(fā)生器在現(xiàn)代工程中應(yīng)用非常廣泛。在實際中常需要產(chǎn)生一些特殊波形，用于仿真實際信號的波形，以檢測和調(diào)試測量裝置。 使用 DSP 和 D/A 轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生連續(xù)的正弦波信號，同樣也能產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波等其它各種信號波形。本設(shè)計要求采用DSP及其D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述各種信號波形。二、實驗?zāi)康模?）了解產(chǎn)生信號的兩種方法及各自的優(yōu)缺點。（2）掌握使用DSP產(chǎn)生正弦波的原理和算法，進(jìn)而掌握一般信號產(chǎn)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過程。（4）掌握使用指針訪問片上ROM中正

3、弦查找表的方法。三、設(shè)計內(nèi)容 使用DSP產(chǎn)生3004000HZ的正弦信號，要求使用查表法，測量產(chǎn)生的信號波形的頻率和幅度，并且頻率可變、幅度可變、直流分量可變。用軟件CCS5000編程實現(xiàn)，并硬件（DSK板或示波器）連接進(jìn)行功能演示。 使用計算法產(chǎn)生余弦波分量。發(fā)揮部分： （1）使用DSP產(chǎn)生3004000HZ的方波、鋸齒波和三角波。 （2）使用現(xiàn)有程序，實現(xiàn)不改變源程序，頻率和幅度自動可調(diào)。四、實驗原理產(chǎn)生連續(xù)信號的方法通常有兩種：查表法和計算法，查表法不如計算法使用靈活。計算法可以使用泰勒級數(shù)展開法進(jìn)行計算，也可以使用差分方程進(jìn)行迭代計算或者直接使用三角函數(shù)進(jìn)行計算。計算結(jié)果可以邊計算邊輸

4、出，也可以先計算后輸出。 正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的泰勒級數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,.如果要計算一個角度的正弦和余弦值，可以取其前五項進(jìn)行近似計算。 或使用下面遞歸的差分方程進(jìn)行計算。yn=A*yn-1-yn-2 其中：A=2cos(x)，x=2F/FS。F信號頻率，F(xiàn)SD/A轉(zhuǎn)換頻率。利用遞推公式計算正弦和余弦值需要已知cos(x)和正弦、余弦的前兩個值。計算時所需的計算量小，但如果用來產(chǎn)生連續(xù)的正弦和余弦信號，則累積誤差太大。要得到精確的計算結(jié)果，可以使用泰勒級數(shù)展開法進(jìn)行計算，當(dāng)然計算時所需的計算量很大。在實際應(yīng)用時可以根據(jù)需要選擇相應(yīng)的算法。要產(chǎn)生一個正弦信號，首先要算出一個周期內(nèi)各樣點的值，因為s

5、in(x)的值總是小于1的小數(shù)，而5402 DSP是16位的定點處理器，所以要將其乘以215，變?yōu)镼15的數(shù)據(jù)格式，才能夠在DSP中送到D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理。優(yōu)缺點的比較： 查表法，即事先將要輸出的數(shù)據(jù)計算好，存儲在DSP的內(nèi)部RAM中，然后依次循環(huán)輸出，從而才生波形。這種方法的優(yōu)點在于其速度快，可以產(chǎn)生頻率很高的波形，而且不占用DSP的計算時間，它的缺點是需要占用DSP的內(nèi)存空間，尤其是對采樣頻率比較大的輸出波形，所需要的內(nèi)部空間很大，所以這種方法用于對精度和頻率要求不高的場合。第二個方法是計算法，即采用計算的方法依次計算數(shù)據(jù)然后輸出。計算法的優(yōu)缺點正好和查表法相反。其優(yōu)點是不占用DSP的存

6、儲空間，可以根據(jù)信息隨時間改變或調(diào)整輸出波形的周期波形；其缺點是占用DSP的計算時間，使得執(zhí)行程序的開銷大 在實驗中我們將采用查表法來實現(xiàn)正弦波，計算法產(chǎn)生余弦波。 余弦法的遞推公式：cos(nx)=2cosxcos(n-1)x-cos(n-2)x 其中，cosx=cos(2*pi/N)=cos(2*pi*Fs/F),n=0時cos(nx)=1,n=1時cos(nx)=cosx,令N=256,Fs=16000,F=1000 調(diào)幅調(diào)頻：我們將使用下面的一個界面 來實現(xiàn)頻率和幅度的連續(xù)可調(diào)，但因為此界面和CCS運(yùn)行界面不能同時存在，所以我們需要脫離CCS，而將程序燒至板子，然后在虛擬示波器上面觀察

7、波形的變化。 頻率、幅度及直流分量可調(diào)也可以通過改變源程序來實現(xiàn)。五、程序設(shè)計基本部分：【1】查表法實現(xiàn)正弦波的程序：/*正弦信號產(chǎn)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中的正弦函數(shù)查表法 */*/s16 SINE_TABLE= 0x00000,0x00324,0x

8、00647,0x0096A,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,0x06

9、8A5,0x06A6C,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,0x07A7

10、C,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, 0x0398C,0x036B9,0x033DE,0x030FB,0x02E10,

11、0x02B1E,0x02826,0x02527,0x02223,0x01F19,0x01C0B,0x018F8,0x015E1,0x012C7,0x00FAB,0x00C8B,0x0096A,0x00647, 0x00324,0x00000,0x0FCDC,0x0F9B9,0x0F696,0x0F375,0x0F056,0x0ED39,0x0EA1F,0x0E708,0x0E3F5,0x0E0E7,0x0DDDD,0x0DAD9,0x0D7DA,0x0D4E2,0x0D1F0,0x0CF05, 0x0CC22,0x0C947,0x0C647,0x0C3AA,0x0C0EA,0x0BE33,0x

12、0BB86,0x0B8E4,0x0B64D,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,0x08277,0x081E4,0x08164,0x080F8,0x08

13、09F,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,0x0A7B

14、E,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 */*/void main() s16 amp=1; /輸出的正弦信號的幅

15、度系數(shù)，可變 s16 cnt=2; u16 i=0; if(brd_init(100) /初始化5402DSK板 return; /*LED發(fā)光二極管閃爍兩次，表示程序開始正常運(yùn)行*/ while(cnt-) brd_led_toggle(BRD_LED0); delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED1); delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED2); delay(1000); /*獲得Codec(D/A轉(zhuǎn)換器)的句柄*/ hHandset=codec_open(HANDSET_CODEC); /*初始化D/A轉(zhuǎn)換器*/ codec

16、_dac_mode(hHandset,CODEC_DAC_15BIT); /DAC設(shè)置為15比特模式 codec_aout_gain(hHandset,CODEC_AOUT_MINUS_12dB); /設(shè)置模擬輸出增益為-6dB codec_sample_rate(hHandset,SR_16000); /D/A轉(zhuǎn)換速率為16kHz /*正弦信號發(fā)生程序*/ while(1) /*D/A轉(zhuǎn)換器是否準(zhǔn)備好*/ while(!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC); /*將信號樣點輸出到D/A轉(zhuǎn)換器*/ *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=

17、amp*SINE_TABLEi; i=i+100; /此時產(chǎn)生的正弦信號頻率為6250Hz，每個周期的樣點N=256/100=2.56 i+=0x00ff; /修正樣點指針 /*將輸出信號樣點存入數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)，可使用圖形觀察窗口觀察輸出信號波形*/ void delay(s16 period) int i,j; for(i=0;i<period;i+) for(j=0;j<period>>1;j+); 實驗成果截圖：/*正弦信號產(chǎn)生程序2*/#include <type.h>#include <board.h>#include <code

18、c.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 _sinx256;#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2")int dacdata256,outbuffer256;

19、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);/切換LED指示燈0的顯示狀態(tài)delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED1);/切換LED指示燈1的顯示狀態(tài)delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED2);/切換LED指示燈2的顯示狀態(tài)delay(10

20、00); dt=pi2*F0/Fs;for(i=0;i<N;i+) _sinxi=(sin(t);-查表法實現(xiàn)正弦波 dacdatai=_sinxi*2047; outbufferi=amp*dacdatai; t=t+dt;hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC); / 獲取設(shè)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); /模擬輸出增益為-6dBcodec_sample_rate

21、(hHandset,SR_16000); / 轉(zhuǎn)換速率為16KHz while(1) while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ) ; /如果D/A未準(zhǔn)備好，則等待 *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) =outbufferi+;/ 將數(shù)據(jù)寫入D/A轉(zhuǎn)換器 void delay(s16 period) int i,j; for(i=0; i<period; i+) for(j=0;j<period>>1;j+); 實驗成果截圖：【2】計算法實現(xiàn)余弦波的程序：/*余弦信號產(chǎn)生程序*/#include&l

22、t;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 _cosx200;#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2")int dacdata180;void main(void

23、) s16 cnt=2; u16 i=0; /*計算余弦信號的樣點值，計算得到的樣點存儲在dacdata數(shù)組中*/_cosx0=1.000;dacdata0=4095;_cosx1=_COSX;dacdata1=_COSX*2047+2048; i=2; while(1) if(i+>179) break; _cosxi=2*_COSX*_cosxi-1-_cosxi-2; dacdatai=_cosxi*2047+2048; if(brd_init(100) /初始化5402DSK板 return; /*LED發(fā)光二極管閃爍兩次，表示程序開始正常運(yùn)行*/ while(cnt-) brd

24、_led_toggle(BRD_LED0); delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED1); delay(1000); brd_led_toggle(BRD_LED2); delay(1000); /*獲得Codec(D/A轉(zhuǎn)換器)的句柄*/ hHandset=codec_open(HANDSET_CODEC); /*初始化D/A轉(zhuǎn)換器*/ codec_dac_mode(hHandset,CODEC_DAC_15BIT); /DAC設(shè)置為15比特模式 codec_aout_gain(hHandset,CODEC_AOUT_MINUS_6dB); /設(shè)置模擬輸出增益

25、為-6dB codec_sample_rate(hHandset,SR_16000); /D/A轉(zhuǎn)換速率為16kHz i=0; while(1) if(i>179) i=0; /*D/A轉(zhuǎn)換器是否準(zhǔn)備好*/ while(!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC); /*將dacdatai輸出到D/A*/ *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=dacdatai+; void delay(s16 period) int i,j; for(i=0;i<period;i+) for(j=0;j<period>>1;j+

26、); 實驗成果截圖：發(fā)揮部分（1）：【1】鋸齒波：/*鋸齒波信號產(chǎn)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

27、,"data_buf1")double sawN;#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2")int dacdataN,outbufferN;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);/切換LED指示燈0的顯示狀態(tài)delay(100

28、0);brd_led_toggle(BRD_LED1);/切換LED指示燈1的顯示狀態(tài)delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED2);/切換LED指示燈2的顯示狀態(tài)delay(1000); dt=8*pi*F0/Fs;for(t=0,i=0;i<=N/4;i+,t+=dt) sawi=t; sawi+N/4=0;for(t=0,i=N/2;i<3*N/4;i+,t+=dt) sawi=t; sawN-i+N/2=0; for(i=0;i<N;i+) dacdatai=sawi*10; outbufferi=amp*dacdatai;hHandset

29、= codec_open(HANDSET_CODEC);/ 獲取設(shè)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);/模擬輸出增益為-6dBcodec_sample_rate(hHandset,SR_16000); / 轉(zhuǎn)換速率為16KHz while(1) while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ) ; /如果D/A未準(zhǔn)備好，則等待 *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HAN

30、DSET_CODEC) =outbufferi+;/ 將數(shù)據(jù)寫入D/A轉(zhuǎn)換器 void delay(int period) int i,j; for(i=0; i<period; i+) for(j=0;j<period;j+); 實驗成果截圖：【2】方波：/*方波信號產(chǎn)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

31、#define pi2 2*pi#define F0 1000 /Signal frequency#define Fs 16000 /Sampling frequency#pragma DATA_SECTION(squ,"data_buf1")double squN;#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2")int dacdataN,outbufferN;int amp=1;unsigned int L=0;void delay(int);void main(void)unsigned int i=0;HANDLE

32、 hHandset;int cnt=2;brd_init(100);while(cnt-)brd_led_toggle(BRD_LED0);/切換LED指示燈0的顯示狀態(tài)delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED1);/切換LED指示燈1的顯示狀態(tài)delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED2);/切換LED指示燈2的顯示狀態(tài)delay(1000); for(i=0;i<=N/4;i+)squi=1;squi+N/4=-1;squi+N/2=1;squN-i=-1;for(i=0;i<N;i+) dacdatai=squi; out

33、bufferi=amp*dacdatai;hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC);/ 獲取設(shè)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);/模擬輸出增益為-6dBcodec_sample_rate(hHandset,SR_16000); / 轉(zhuǎn)換速率為16KHz while(1) while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ) ; /如果D/A未準(zhǔn)備好，則等待

34、 *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) =outbufferi+;/ 將數(shù)據(jù)寫入D/A轉(zhuǎn)換器 void delay(int period) int i,j; for(i=0; i<period; i+) for(j=0;j<period;j+); 實驗成果截圖：【3】三角波：/*三角波信號產(chǎn)生程序*/#include <type.h>#include <board.h>#include <codec.h>#include <mcbsp54.h>#include <math.h>#

35、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 triN;#pragma DATA_SECTION(dacdata,"data_buf2")int dacdataN,outbufferN;int amp=2;unsigned int L=0;void delay(int);void m

36、ain(void)double t=0, dt;unsigned int i=0;HANDLE hHandset;int cnt=2;brd_init(100);while(cnt-)brd_led_toggle(BRD_LED0);/切換LED指示燈0的顯示狀態(tài)delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED1);/切換LED指示燈1的顯示狀態(tài)delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED2);/切換LED指示燈2的顯示狀態(tài)delay(1000); dt=8*pi*F0/Fs;for(t=0,i=0;i<=N/4;i+,t+=dt)triN/2

37、-i=trii=t;for(t=0,i=N/2;i<=3*N/4;i+,t+=dt) trii=t; triN-i+N/2=trii; for(i=0;i<=N;i+) dacdatai=trii*10; outbufferi=amp*dacdatai;hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC);/ 獲取設(shè)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);/模擬輸出增益為-6dB

38、codec_sample_rate(hHandset,SR_16000); / 轉(zhuǎn)換速率為16KHz while(1) while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ) ; /如果D/A未準(zhǔn)備好，則等待 *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) =outbufferi+;/ 將數(shù)據(jù)寫入D/A轉(zhuǎn)換器 void delay(int period) int i,j; for(i=0; i<period; i+) for(j=0;j<period;j+); 實驗成果截圖：發(fā)揮部分（2）： 關(guān)于發(fā)揮部分（2），即使用現(xiàn)有程序，實現(xiàn)不改變源程序，頻率和幅度自動可調(diào)。我們參考了書上的內(nèi)容，并且通過詢問老師，將正弦發(fā)生信號成功的燒至到了DSK板上。但是，在使用虛擬示波器時遇到了問題，老師說虛擬示波器不是很好用，建議我們用真的示波器來檢驗調(diào)試。由于502的示波器只能由老師去借，再加上時間的問題，我們沒能將這個部分完全做出來。不過，我們將DSK的輸出接耳機(jī)，通過聽聲音，和我們用CCS調(diào)出的正弦信號輸出的聲音相比較，證實我們的燒至這一步是成功的。日后有時間，我們愿意對這個問題進(jìn)行更深一步的探討和了解。6、 實驗總結(jié)本次實驗基于數(shù)字信號處理，使用DSK板來設(shè)計信號發(fā)生器。在程序編寫上面，因為之前修過C語言，加上