dsp課程設(shè)計(jì)--正弦信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　DSP硬件電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)名稱 正弦信號發(fā)生器的設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　姓 名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　注：1.課程設(shè)計(jì)完成后，學(xué)生提交的歸檔文件應(yīng)按照：封面—任務(wù)書—說明書—圖紙的順序進(jìn)行裝訂上交（大張圖紙不必裝訂）</p><p>　　2.可根據(jù)實(shí)際內(nèi)容需要續(xù)

3、表，但應(yīng)保持原格式不變。</p><p>　　日期：2014-12-10 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目 </b></p><p>　　正弦波信號發(fā)生器

4、</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的 </b></p><p>　　學(xué)會使用CCS(Code Composer Studio)集成開發(fā)環(huán)境軟件，在此集成開發(fā)環(huán)境下完成工程項(xiàng)目創(chuàng)建，程序編寫，編譯，鏈接，調(diào)試以及數(shù)據(jù)的分析。同時(shí)完成一個(gè)正弦波信號發(fā)生器的程序的編寫，并在集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行模擬運(yùn)行，觀察結(jié)果。

5、 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容 </b></p><p>　　編寫一個(gè)產(chǎn)生正弦波信號的程序，在CCS軟件下進(jìn)行模擬運(yùn)行，觀察輸出結(jié)果。

6、 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理 </b></p><p>　　正弦波信號發(fā)生器已被廣泛地應(yīng)用于通信、儀器儀表和工業(yè)控制等領(lǐng)域的信號處理系統(tǒng)中。通常有兩種方法可以產(chǎn)生正弦波，分別為查表法和泰勒級數(shù)展開法。查表法是通過查表的方式來實(shí)現(xiàn)正弦波，主要用于對精度要求不很高的場合。泰勒級數(shù)展開法是

7、根據(jù)泰勒展開式進(jìn)行計(jì)算來實(shí)現(xiàn)正弦信號，它能精確地計(jì)算出一個(gè)角度的正弦和余弦值，且只需要較小的存儲空間。本次課程設(shè)計(jì)只要使用泰勒級數(shù)展開法來實(shí)現(xiàn)正弦波信號。 </p><p>　　1. 產(chǎn)生正弦波的算法 </p&g

8、t;<p>　　在高等數(shù)學(xué)中，正弦函數(shù)和余弦函數(shù)可以展開成泰勒級數(shù)，其表達(dá)式為 </p><p>　　若要計(jì)算一個(gè)角度x的正弦和余弦值，可取泰勒級數(shù)的前5項(xiàng)進(jìn)行近似計(jì)算。

9、 </p><p>　　由上述兩個(gè)式子可以推導(dǎo)出遞推公式，即

10、 </p><p>　　sin(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-sin[(n-2)x] </p&

11、gt;<p>　　cos(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-cos[(n-2)x] </p><p>　　由遞推公式可以看出，在計(jì)算正弦和余弦值時(shí)，不僅需要已知cos(x)，而且還需要sin[(n-1)x]、si

12、n[(n-2)x]和cos[(n-2)x]。 </p><p>　　2. 正弦波的實(shí)現(xiàn) </p><p>　?、庞?jì)算一個(gè)角度的正弦值 </p><p>　　利用泰

13、勒級數(shù)的展開式，可計(jì)算一個(gè)角度x的正弦值，并采用子程序的調(diào)用方式。在調(diào)用前先在數(shù)據(jù)存儲器d_xs單元中存放x的弧度值，計(jì)算結(jié)果存放在d_sinx單元中。 </p><p>　?、朴?jì)算一個(gè)角度的余弦值 </p>&

14、lt;p>　　利用余弦函數(shù)展開的泰勒級數(shù)的前五項(xiàng)計(jì)算一個(gè)角度的余弦值，可采用子程序的調(diào)用方式來實(shí)現(xiàn)。調(diào)用前先將x弧度值放在數(shù)據(jù)存儲器d_xc單元中，計(jì)算結(jié)果存放在d_cosx單元中。 </p><p><b>　?、钦也?/p>

15、的實(shí)現(xiàn) </b></p><p>　　利用計(jì)算一個(gè)角度的正弦值和余弦值程序可實(shí)現(xiàn)正弦波。其實(shí)現(xiàn)步驟如下： 第一步：利用sin_start和cos_start子程序，計(jì)算??45°~0°（間隔為?0.5°）的正弦和余弦值； </p><p>　　第二步：利用sin(2x)=2sin(x)cos(x)公式，計(jì)算??90&#

16、176;~0°的正弦值（間隔為1°）； 第三步：通過復(fù)制，獲得359°~0°的正弦值； </p><p>　　第四步：將359°~0°的正弦值重復(fù)從PA口輸出，便可得到正弦波。

17、 </p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，正弦波是通過D/A口輸出的。選擇每個(gè)正弦周期中的樣點(diǎn)數(shù)、改變每個(gè)樣點(diǎn)之間的延遲，就能夠產(chǎn)生不同頻率的波形，也可以利用軟件改變波形的幅度以及起始相位。 </p><

18、p><b>　　總體方案設(shè)計(jì) </b></p><p>　　1. 總體實(shí)現(xiàn)方案 </p><p>　　我們知道一個(gè)角度為x的正弦和余弦函數(shù)，都可以展開為泰勒級數(shù)，且其前五項(xiàng)可以看為：

19、 </p><p>　　本程序的編程思想是這樣的，正弦波的波形可以看為由無數(shù)點(diǎn)組成，這些點(diǎn) 與x軸的每一個(gè)角度值相對應(yīng)，那么我們可以利用DSP處理器處理大量重復(fù)計(jì)算的優(yōu)勢來計(jì)算，x軸每一點(diǎn)對應(yīng)的y軸的值（在x軸取360個(gè)點(diǎn)來進(jìn)行逼近），由于程序的編制采用小數(shù)形式，其弧度大于1的正弦值得不到，這就對正弦波的產(chǎn)生造成了障礙?？捎捎谡也ǖ奶厥獾膶ΨQ形式給程序的編制找到了出口。 Sin(∏/4

20、)的弧度為0.7854<1，</p><p>　　即0~∏/4之間的任意正弦、余弦值可以利用匯編程 序得到N又可以利用公式：sin(2a)=2sin(a)cos(a)? ?得到0~∏/2?之間的正弦值。而 0~∏/2?之間的正弦曲線與∏/2~∏之間的正弦曲線通過x=∏/2這條軸左右對稱,那么就可以得到∏/2~∏的正弦值，而0~∏的正弦曲線的相反數(shù)通過x=∏這條軸與∏~2∏左右對稱。這樣∏~2∏的正弦值也得到

21、了。一個(gè)周期內(nèi)完整的正弦波就得到了。正弦波產(chǎn)生的流程圖如下： </p><p>　　2. 具體實(shí)現(xiàn)步驟 </p><p>　　本課程設(shè)計(jì)需要使用C54X匯編語言產(chǎn)生正弦波，并通過 CCS的圖形顯示工具觀察波形。設(shè)

22、計(jì)分以下幾步完成： 啟動 CCS，操作如下： </p><p>　　1．建立新的工程文件:點(diǎn)擊Project→New，保存文件名為sinx.pjt。 </p><p>　　2．建立匯編源程序：點(diǎn)擊File→New→Source File菜單命令，打開一個(gè)空白文檔，將匯編源程序逐條輸入后，單擊Flie→Save菜單命令，文件類型保存為（*.asm）,單擊“保存”按鈕，以上匯編程序被存盤。

23、</p><p>　　3．建立連接命令文件：點(diǎn)擊File→New→Source File菜單命令，打開一個(gè)空白文檔，將鏈接命令文件逐條輸入后，單擊Flie→Save菜單命令，文件類型保存為（*.cmd）,單擊“保存”按鈕，以上鏈接命令文件被存盤。 </p><p>　　4．選擇 Project 菜單中的Add File to Project 選項(xiàng)，將匯編源程序sin.asm和鏈接定位sin

24、.cmd文件依次添加到工程文件中。 </p><p>　　5．選擇 Project 菜單中的 Options 選項(xiàng)，并選擇 build options 項(xiàng)來修改或添加編譯、連接中使用的參數(shù)。選擇Linker 窗口，在“Output Filename”欄中寫入輸出 OUT 文件的名字，如 sin.out，還可以設(shè)置生成的 map文件名。 </p><p>　　6．完成匯編，編譯和鏈接，正確產(chǎn)

25、生.out文件：點(diǎn)擊Project菜單中的Rebuild all，請注意在監(jiān)視窗口顯示的匯編，編譯和鏈接的相關(guān)信息。如果沒有錯(cuò)誤，將產(chǎn)生sin.out文件；如果有錯(cuò)，在監(jiān)視窗口以紅色字體顯示出錯(cuò)誤行，用鼠標(biāo)雙擊該行，光標(biāo)跳將至源程序相應(yīng)的出錯(cuò)行。修改錯(cuò)誤后，重新匯編鏈接。</p><p>　　7．在 Project 選項(xiàng)中打開sin.pjt 文件,使用 Build 選項(xiàng)完成編譯、連接。 </p>

26、<p>　　8．使用 File 菜單中的 Load Program 將 OUT 文件裝入。然后選擇 Debug→Run，程序執(zhí)行過程中可以使用 Debug →Halt 暫停程序的執(zhí)行。 </p><p>　　9．選擇 View -> Graph -> Time/Frequency菜單打開一個(gè)圖形顯示窗口。將 “Start Address”項(xiàng)改為地址sin_x，將“Acquisition Bu

27、ffer Size”項(xiàng)設(shè)置為360，將“Display Data Size”項(xiàng)設(shè)置為360，將“DSP Data Type”改為“16-bit signed integer” 。 </p><p><b>　　主要參數(shù) 

28、</b></p><p>　　1.sin(theta)=x(1-x^2/2*3(1-x^2/4*5(1-x^2/6*7(1-x^2/8*9))))</p><p>　　2. cos(theta)=1-x^2/2*3(1-x^2/4*5(1-x^2/6*7(1-x^2/8*9))) 3. sin(2*theta)=2*sin(theta)*cos(t

29、heta) </p><p><b>　　源程序 </b></p><p>　　1. 產(chǎn)生正弦波程序清單sin.asm

30、 </p><p><b>　　.mmregs</b></p><p>　　.def start</p><p>　　.def d_xs,d_sinx,d_xc,d_cosx,sinx,cosx</p>

31、<p>　　sin_x: .usect "sin_x",360</p><p>　　STACK: .usect "STACK",10H</p><p>　　k_theta .set 286 ;theta=pi/360(0.5deg)</p><p>&l

32、t;b>　　start:</b></p><p><b>　　.text</b></p><p>　　STM #STACK+10H,SP</p><p>　　STM k_theta,AR0</p><p>　　STM 0,AR1</p><p>　　STM #si

33、n_x,AR6</p><p>　　STM #90,BRC</p><p>　　RPTB loop1-1</p><p>　　LDM AR1,A</p><p>　　LD #d_xs,DP</p><p>　　STL A,@d_xs</p><p>　　STL A,

34、@d_xc</p><p>　　CALL sinx ;d_sinx=sin(x)</p><p>　　CALL cosx ;d_cosx=cos(x)</p><p>　　LD #d_sinx,DP</p><p>　　LD @d_sinx,16,A ;A=sin(x)

35、</p><p>　　MPYA @d_cosx ;B=sin(x)*cos(x)</p><p>　　STH B,1,*AR6+ ;AR6----2*sin(x)</p><p>　　MAR *AR1+0</p><p>　　loop1: STM #sin_x+89, AR7 ;sin9

36、1(deg.)-sin179(deg.)</p><p>　　STM #88,BRC</p><p>　　RPTB loop2-1</p><p>　　LD *AR7-,A</p><p>　　STL A,*AR6+</p><p>　　loop2: STM #179,BRC

37、;sin180(deg.)-sin359(deg.)</p><p>　　STM #sin_x,AR7</p><p>　　RPTB loop3-1</p><p>　　LD *AR7+,A</p><p><b>　　NEG A</b></p><p>　　STL A,*AR

38、6+</p><p>　　loop3: STM #sin_x,AR6 ;generate sin wave</p><p>　　STM #1,AR0</p><p>　　STM #360,BK</p><p>　　B loop3</p><p><b>　　sinx:<

39、;/b></p><p>　　.def d_xs,d_sinx</p><p><b>　　.data</b></p><p>　　table_s .word 01C7H ;C1=1/(8*9)</p><p>　　.word 030BH ;C2=1/(6*7)&l

40、t;/p><p>　　.word 0666H ;C3=1/(4*5)</p><p>　　.word 1556H ;C4=1/(2*3)</p><p>　　d_coef_s .usect "coef_s",4</p><p>　　d_xs .usect &qu

41、ot;sin_vars",1</p><p>　　d_squr_xs .usect "sin_vars",1</p><p>　　d_temp_s .usect "sin_vars",1</p><p>　　d_sinx .usect "sin_vars",1</

42、p><p>　　d_l_s .usect "sin_vars",1</p><p><b>　　.text</b></p><p>　　SSBX FRCT</p><p>　　STM #d_coef_s,AR5 ;move coeffs table_s<

43、/p><p><b>　　RPT #3</b></p><p>　　MVPD #table_s,*AR5+</p><p>　　STM #d_coef_s,AR3</p><p>　　STM #d_xs,AR2</p><p>　　STM #d_l_s,AR4</p>&

44、lt;p>　　ST #7FFFH,d_l_s</p><p>　　SQUR *AR2+,A ;A=x^2</p><p>　　ST A,*AR2 ;(AR2)=x^2</p><p>　　||LD *AR4,B ;B=1</p>

45、<p>　　MASR *AR2+,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/72,T=x^2</p><p>　　MPYA A ;A=T*A=x^2(1-x^2/72)</p><p>　　STH A,*AR2 ;(d_temp)=x^2(1-x^2/72)</p>&l

46、t;p>　　MASR *AR2-,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/42(1-x^2/72);T=x^2(1-x^2/72)</p><p>　　MPYA *AR2+ ;B=x^2(1-x^2/42(1-x^2/72))</p><p>　　ST B,*AR2 ;(d_temp)=x^2

47、(1-x^2/42(1-x^2/72))</p><p>　　||LD *AR4,B ;B=1</p><p>　　MASR *AR2-,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/20(1-x^2/42(1-x^2/72))</p><p>　　MPYA *AR2+ ;B=x

48、^2(1-x^2/20(1-x^2/42(1-x^2/72)))</p><p>　　ST B,*AR2 ;(d_temp)=B</p><p>　　||LD *AR4,B ;B=1</p><p>　　MASR *AR2-,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/6(

49、1-x^2/20(1-x^2/42(1-x^2/72)))</p><p>　　MPYA d_xs ;B=x(1-x^2/6(1-x^2/20(1-x^2/42(1-x^2/72))))</p><p>　　STH B,d_sinx ;sin(theta)</p><p><b>

50、　　RET</b></p><p>　　cosx: </p><p>　　.def d_xc,d_cosx</p><p>　　d_coef_c .usect "coef_c",4</p><p><b>　　.data</b></p><p>

51、;　　table_c .word 0249H ;C1=1/(7*8)</p><p>　　.word 0444H ;C2=1/(5*6)</p><p>　　.word 0AABH ;C3=1/(3*4)</p><p>　　.word 4000H ;C4=1/2</p

52、><p>　　d_xc .usect "cos_vars",1</p><p>　　d_squr_xc .usect "cos_vars",1</p><p>　　d_temp_c .usect "cos_vars",1</p><p>　　d_cosx

53、 .usect "cos_vars",1</p><p>　　c_l_c .usect "cos_vars",1</p><p><b>　　.text</b></p><p>　　SSBX FRCT</p><p>　　STM #d_coef_c,A

54、R5 ;move coeffs table_c</p><p><b>　　RPT #3</b></p><p>　　MVPD #table_c,*AR5+</p><p>　　STM #d_coef_c,AR3</p><p>　　STM #d_xc,AR2</p><

55、p>　　STM #c_l_c,AR4</p><p>　　ST #7FFFH,c_l_c</p><p>　　SQUR *AR2+,A ;A=x^2</p><p>　　ST A,*AR2 ;(AR2)=x^2</p><p>　　||LD *A

56、R4,B ;B=1</p><p>　　MASR *AR2+,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/56,T=x^2</p><p>　　MPYA A ;A=T*A=x^2（1-x^2/56）</p><p>　　STH A,*AR2

57、;(d_temp)=x^2(1-x^2/56)</p><p>　　MASR *AR2-,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/30(1-x^2/56); T=x^2(1-x^2/56)</p><p>　　MPYA *AR2+ ;B=x^2(1-x^2/30(1-x^2/56))</p><p>　　ST

58、 B,*AR2 ;(d_temp)=x^2(1-x^2/30(1-x^2/56))</p><p>　　||LD *AR4,B ;B=1</p><p>　　MASR *AR2-,*AR3+,B,A ;A=1-x^2/12(1-x^2/30(1-x^2/56))</p><p>

59、　　SFTA A,-1,A ;-1/2</p><p><b>　　NEG A</b></p><p>　　MPYA *AR2+ ;B=-x^2/2(1-x^2/12(1-x^2/30(1-x^2/56)))</p><p>　　MAR *AR2+</p&g

60、t;<p><b>　　RETD</b></p><p>　　ADD *AR4,16,B ;B=-x^2/2(1-x^2/12(1-x^2/30(1-x^2/56)))</p><p>　　STH B,*AR2 ;cos(theta)</p><p><b&g

61、t;　　RET</b></p><p><b>　　.end</b></p><p>　　2. 產(chǎn)生連接程序清單sin.cmd</p><p><b>　　MEMORY</b></p><p><b>　　{</b></p><p><

62、b>　　PAGE 0:</b></p><p>　　EPROM: org=0E000H, len=1000H</p><p>　　VECS: org=0FF80H, len=0080H</p><p><b>　　PAGE 1:</b></p><p>　　SPRAM: org=0060H,

63、 len=0020H</p><p>　　DARAM1: org=0080H, len=0010H</p><p>　　DARAM2: org=0090H, len=0010H</p><p>　　DARAM3: org=0200H, len=0200H</p><p><b>　　}</b></p&

64、gt;<p><b>　　SECTIONS</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　.text :> EPROM PAGE 0</p><p>　　.data :> EPROM PAGE 0</p><p>　

65、　STACK :> SPRAM PAGE 1</p><p>　　sin_vars :> DARAM1 PAGE 1</p><p>　　coef_s :> DARAM1 PAGE 1</p><p>　　cos_vars :> DARAM2 PAGE 1</p><

66、;p>　　coef_c :> DARAM2 PAGE 1</p><p>　　sin_x : align(512) {} > DARAM3 PAGE 1</p><p>　　.vectors :>VECS PAGE 0</p><p><b>　　}</b></p

67、><p><b>　　設(shè)計(jì)仿真結(jié)果及分析</b></p><p>　　在ccs集成環(huán)境中實(shí)現(xiàn)正弦波能夠起到防止干擾的作用，同時(shí)也大大地減小了波形的線性失真。同時(shí)我們也能從中看出ccs能夠精確地對各個(gè)角度進(jìn)行計(jì)算得出相應(yīng)的正弦值，幅度和頻率易于調(diào)節(jié)，波形也較為穩(wěn)定，抗干擾能力較強(qiáng)。 最重要的是這種設(shè)計(jì)方案簡單可行，新穎實(shí)用，具有很高的實(shí)踐和推廣價(jià)值。 分析：通過不斷的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)

68、誤、改正錯(cuò)誤和調(diào)試，最終得到了所希望的圖象，即正弦波信號。 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié) </b></p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)過程中我學(xué)習(xí)到了許多課堂上無法學(xué)到的東西

69、。它能夠讓我對課堂上學(xué)到的知識進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，而且鍛煉了我的邏輯思考能力。 </p><p>　　因?yàn)樵谡n堂上使用匯編語言進(jìn)行編程只是機(jī)械的復(fù)制所學(xué)的程序段，對于它的正確性以及它的功能無法知曉。但是通過CCS，我們可以達(dá)到上述目的，它是一款方便簡潔，實(shí)用性很強(qiáng)的軟件。在課堂上我們雖學(xué)過CCS如何使用，但真正操作

70、起來卻發(fā)現(xiàn)有些吃力。通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我能夠熟練操作CCS，并對正弦波匯編程序也有了一定的了解。 </p><p>　　其次，在拿到課設(shè)題目后，我首先查閱教材，在有了一定的了解后，開始尋找程序，并在CCS軟件上進(jìn)行仿真，在這個(gè)過程中，最困難的便