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精选优质文档-倾情为你奉上DSP课程设计总结（2014-2015学年第2学期）题 目 ： 数据采集处理和控制系统设计 专业班级 ： 电子1202 学生姓名 ： 李茹 学 号 ： 指导教师 ： 李莉 设计成绩 ： 2015 年 7 月专心-专注-专业目 录一 设计目的.1二 系统分析.11.1 设计要求.11.2 主要任务.1三 硬件设计.23.1 硬件总体结构.23.2 DSP模块设计.43.3 电源模块设计.63.4 时钟模块设计.63.5 存储器模块设计.7四 软件设计.94.1 软件总体流程.94.2 核心模块及实现代码.9五 课程设计总结.29六 参考文献.29一 设计目的 此设计结合硬件、软件得到一个基于TMS320VC5416芯片，能完成数据采集、频谱分析、滤波、LCD显示的DSP系统。以此加强了对DSP功能的认识，复习了Altium Designer软件的使用方法。并在此基础上利用CCS软件编程实现A/D采集，FFT变换处理，低通滤波，显示滤波成分等功能的完整的小型数字处理系统。二 系统分析1.1设计要求 (1)硬件设计要求 设计一个功能完备的，能够独立运行的精简DSP硬件系统，使用Altium Designer绘制出系统原理图和PCB图。 (2)软件设计要求 利用实验箱的模拟信号产生单元产生不同频率的信号，或者产生两个频率的信号叠加。在DSP中采集信号，并且对信号进行频谱分析，滤波等。通过串口命令选择算法功能，将计算的信号频率或者滤波后的信号频率在LCD上显示。1.2主要任务（1）DSP 硬件系统设计 设计DSP基本结构并绘制单片机最小系统原理图和PCB图。 （2）数据采集处理和控制系统设计 利用CCS软件编程实现数据采集x(n)对数据FFT处理、分析频率成分根据频率成分设计FIR低通滤波器h(n)卷积x(n)*h(n)=y(n)得到滤波之后的信号分析滤波之后y(n)的频率成分LCD显示高频，低频和滤波器的截止频率。三 硬件设计3.1 硬件总体结构 1 FLASHWROE READYRS DSP _ R/W X2/CLKINA0-A19电源 D0-D15复位电路JTAG晶振 图1 硬件总体结构本次实验使用TMS320VC5416芯片作为主芯片。外围电路包括：电源、复位电路、时钟发生器（外接晶振或外接晶体）、外部存储器FLASH、仿真接口电路JTAG、外部中断（不用：上拉）、I/O（不用：输出悬空，输入上拉）与主机通信的并行接口HPI（不用：悬空）。（1） 原理图设计 图2 单片机最小系统原理图 （2）PCB板设计 图3 PCB图（1） 图4 PCB图（2）如图所示，由于其右上部分地址线和数据线较多，铺铜不方便，所以Vcore层分布在TM320VC5416芯片的左下部分。+3.3V为顶层红色部分，GND为底层蓝色部分。3.2 DSP模块设计图5DSP模块（1）上图为TMS320VC5416芯片的设计，该芯片不用的输入引脚要拉高，输出引脚悬空。本设计用到了该芯片的数据信号线，初始化、中断和复位线，部分存储器控制信号线，部分振荡器/定时信号线，串口信号线，电源引脚线和JTAG测试引脚线。主CPU每个电源管脚旁边都有一个0.1uF的去耦电容，去耦电容可以提供较稳定的电源，同时也可以降低元件耦合到电源端的，间接可以减少其他元件受此元件噪声的影响。CLKMOD1、CLKMOD2、CLKMOD3分别接1、1、0，表示锁相环一倍频 图6 DSP模块（2） 图6 DSP模块（3）3.3 电源模块设计图7 电源模块73HD316为DC-DC转换芯片，将+5V电压转换成Vcore和+3.3V电压，电源和地之间要接滤波电容。Vcore为内核电压，+3.3V为外设电压，这样可以减小功耗。3.4 时钟模块设计 图8 时钟模块10MHZ晶振的输出接到TM320VC5416芯片的X2/CLKIN管脚，芯片的X1悬空，即使用外部晶振。3.5 存储器模块设计 图9 存储器模块存储器的数据线和地址线分别接CPU的数据线和地址线。DSP控制信号R/W_L接FLASH的WE_L和OE表示DSP向FLASH写和从FLASH读有效。当DSP从FLASH读时，DSP输出高电平，但FLASH的OE为低有效，应接一个非门。3.6 复位电路设计 图10 复位电路 如图所示有两种复位方法：（1）上电复位，利用RC的延迟特性，刚开始上电，由于电容电压不能突变，RESET处为低，直到电容充电完毕，变高，实现复位；（2）手动复位，S1闭合，电容放电，电平变低，断开，电容充电过程与上电复位相同，实现复位。发光二极管用来表示DSP的工作状态三个电源是否正常工作。3.7 仿真接口电路设计 图11 仿真接口电路 JTAG仿真接口，用于将外部的程序、数据导入DSP内部，完成运算处理。是外部存储器与DSP的一个媒介。四 软件设计系统各模块初始化4.1 软件总体流程A/D采样对采样信号进行FFT运算，并求两频率值设计FIR低通滤波器调用卷积算法对信号进行处理LCD显示频率值返回第二步4.2 核心模块及实现代码（1）主要代码/-头文件-#include "DspRegDefine.h" /VC5402 寄存器定义#include "stdio.h" /输入输出接口定义#include "math.h" /数学计算定义 /-/* * 宏定义 */#define UCHAR unsigned char#define UINT16 unsigned int#define UINT32 unsigned long#define TRUE 1#define FALSE 0#define Length 256 /FFT的点数/-/- LCD 指令 -/基本指令集 RE = 0#define CLEAR 0x0001 /清除显示#define RESAC 0x0002 /位址歸位#define SETPOINT 0x0006 /進入點設定,游標右移,DDRAM 位址計數器（AC）加1#define CURSOR 0x000F /整體顯示,游標顯示,游標位置反白#define MCURSOR 0x0014 /游標向右移動,AC=AC+1#define FUCSET 0x0030 /功能設定,BIT MPU 控制界面,基本指令集,默认设置#define CGRAMAC 0x0040 /設定CGRAM 位址 #define DDRAMAC 0x0080 /設定DDRAM 位址 /第一行AC 範圍為80H.8FH /第二行AC 範圍為90H.9FH /第三行AC 範圍為A0H.AFH /第四行AC 範圍為B0H.BFH/#define READBF RS=0,RW=1,DB7,DB6,DB5,DB4,DB3,DB2,DB1,DB0/ BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0/ 讀取忙碌旗標（BF）和位址/ 就是读取指令寄存器，PORT8006，BF=1，表示LCD忙碌/#define WRITERAM RS=1,RW=0,DB7,DB6,DB5,DB4,DB3,DB2,DB1,DB0/ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0/ 寫入資料到RAM/ 就是写数据寄存器： PORT8005/#define READRAM RS=1,RW=1,DB7,DB6,DB5,DB4,DB3,DB2,DB1,DB0/ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0/ 讀取RAM 的值/ 就是从数据寄存器讀取資料, PORT8007/擴充指令集 RE=1#define IDLE 0x01 /待命模式#define CGRAMSET 0x02 /捲動位址或RAM 位址選擇#define REVERSE 0x04 /反白選擇#define SLEEP 0x0c /脫離睡眠模式#define EFUCSET 0x66 /擴充功能設定，8 BIT MPU 控制界面，為擴充指令集動作，繪圖顯示ON#define SISA 0x40 /設定IRAM 位址或捲動位址#define SETGDRAM 0x80 /設定繪圖RAM 位址/-/* 端口定义 */-ioport UINT16 port8002; /定义输出AD端口为0x8002;ioport UINT16 port8004; /写指令寄存器ioport UINT16 port8005; /写数据寄存器ioport UINT16 port8006; /读指令寄存器ioport UINT16 port8007; /读数据寄存器/-/* 全局变量定义 */-int in_xLength; /数据缓冲数组 Lengthint i = 0;int s,m = 0;int intnum = 0;int flag = 0; /采集Length点的标志double xavg; double xLength,moLength,mo2Length,prLength,piLength;int n,l,il;int k=8; /k为Length相对于2的幂次double data_kfftLength ; /数据缓冲 256个数组double data_reLength ; /数据缓冲 256个数组double data_imLength ; /数据缓冲 256个数组double data_buffimLength ; /数据缓冲 256个数组double data_out256 ; double data_temp256;double data_out1256;double h51 ; int x1=0;int x2=0;double fhz=0;double f1;double f2;double wc=0;int i; UINT16 temp; UCHAR data_buff110 = "低频: "UCHAR data_buff210 = "高频: " UCHAR data_buff310 = "滤波: " UCHAR data_buff416 = "liru " UCHAR num11 = "." int a;int b;int c; int d; /* * 所使用的函数原型 */void cpu_init(void); /初始化CPUvoid Delay(UINT16 numbers); /延迟void xint2_init(void); /外部中断2初始化子程序void kfft(double prLength,double piLength,int n,int k,double frLength,double fiLength,int l,int il);/基2快速傅立叶变换子程序interrupt void ExtInt2(); /中断2中断子程序void firdes(double npass); /firvoid Convolveok( /卷积函数 double *x, /原始输入数据 double *h, /冲击响应 double *y, /卷积输出结果 UINT16 length, /序列长度 UINT16 fLen); extern void delay_100us(void); /100us延迟 -指令之间的延迟extern void delay_1us(void); /1us延迟 -时钟之间的延迟void delay_50ms(void); /50ms延迟 -复位延迟void delay_20ms(void); /20ms延迟 -清屏延迟void SendByte(UCHAR dat); /串行发送一字节数据void SendCMD(UCHAR dat); /写指令寄存器 void SendDat(UCHAR dat); /写显示数据或单字节字符void Display(UCHAR x_add,UCHAR dat1,UCHAR dat2); /写汉字到LCD 指定的位置void Initlcm(void); /初始化 LCM/-/* 函数定义 */-/ 函数名称 : void cpu_init(void)/ 函数说明 : 初始化CPU/ 输入参数 : 无/ 输出参数 : 无/-void cpu_init(void) asm(" nop ");asm(" nop ");asm(" nop ");/-/- *(unsigned int*)CLKMD=0x0; /switch to DIV mode clkout= 1/2 clkin while(*(unsigned int*)CLKMD)&01)!=0); *(unsigned int*)CLKMD=0x77ff; /switch to PLL X 3 mode /-/*-*/*(unsigned int*)PMST=0x3FF2;/-/*-*/*(unsigned int*)SWWSR=0x7fff;/-/-*(unsigned int*)SWCR=0x0001;/-/- *(unsigned int*)BSCR=0xf800;/-asm(" ssbx intm "); /Disable all mask interrupts /-/-*(unsigned int*)IMR=0x0;/-/*-*/*(unsigned int*)IFR=0xffff;/- asm(" nop ");asm(" nop ");asm(" nop "); /*- 函数名称 : void Delay(int numbers)- 函数说明 : 延时- 输入参数 : numbers- 输出参数 : 无*/void Delay(UINT16 numbers) UINT16 i,j; for(i=0;i<4000;i+) for(j=0;j<numbers;j+); /-/ 函数名称 : void xint2_init(void)/ 函数说明 : 初始化XINT2/ 输入参数 : 无/ 输出参数 : 无/-void xint2_init() /外部中断2初始化子程序 *(unsigned int*)IMR=0x0004;/使能int2中断 /* bit 15 1: XINT2 flag -write "1" to clear bit 14-3 0: reserved bit 2 1: XINT2 Polarity -"1" rising eage bit 1 0: XINT2 Priority -"0" High priority bit 0 1: XINT2 Enable -"1" Enable interrupt*/ asm(" rsbx INTM");/开总中断/-/ 函数名称 : void kfft(double prLength,double piLength,int n,int k,double frLength,double fiLength,int l,int il)/ 函数说明 : 基2快速傅立叶变换子程序/ 输入参数 : / 输出参数 : 无/-void kfft(double prLength,double piLength,int n,int k,double frLength,double fiLength,int l,int il) int it,m,is,i,j,nv,l0; double p,q,s,vr,vi,poddr,poddi; for (it=0; it<=n-1; it+) m=it; is=0; for (i=0; i<=k-1; i+) j=m/2; is=2*is+(m-2*j); m=j; frit=pris; fiit=piis; pr0=1.0; pi0=0.0; p=6./(1.0*n); pr1=cos(p); pi1=-sin(p); if (l!=0) pi1=-pi1; for (i=2; i<=n-1; i+) p=pri-1*pr1; q=pii-1*pi1; s=(pri-1+pii-1)*(pr1+pi1); pri=p-q; pii=s-p-q; for (it=0; it<=n-2; it=it+2) vr=frit; vi=fiit; frit=vr+frit+1; fiit=vi+fiit+1; frit+1=vr-frit+1; fiit+1=vi-fiit+1; m=n/2; nv=2; for (l0=k-2; l0>=0; l0-) m=m/2; nv=2*nv; for (it=0; it<=(m-1)*nv; it=it+nv) for (j=0; j<=(nv/2)-1; j+) p=prm*j*frit+j+nv/2; q=pim*j*fiit+j+nv/2; s=prm*j+pim*j; s=s*(frit+j+nv/2+fiit+j+nv/2); poddr=p-q; poddi=s-p-q; frit+j+nv/2=frit+j-poddr; fiit+j+nv/2=fiit+j-poddi; frit+j=frit+j+poddr; fiit+j=fiit+j+poddi; if (l!=0) for (i=0; i<=n-1; i+) fri=fri/(1.0*n); fii=fii/(1.0*n); if (il!=0) for (i=0; i<=n-1; i+) pri=sqrt(fri*fri+fii*fii); if (fabs(fri)<0.*fabs(fii) if (fii*fri)>0) pii=90.0; else pii=-90.0; else pii=atan(fii/fri)*360.0/6.; void firdes(double npass)/fir滤波器，求出单位脉冲响应 int pi=3.14; int t; for (t=0; t<51; t+) if (t = (51-1)/2) ht=2*npass; else ht = sin(t-(51-1)/2.0)*npass*pi*2)/(pi*(t-(51-1)/2.0);/fir滤波器的函数 void Convolveok( /卷积函数 double *x,/原始输入数据 double *h,/冲击响应 double *y,/卷积输出结果 UINT16 length, / 序列长度 UINT16 fLen) UINT16 m,p,j;double r,rm;double xmean = 0.0;double xmid100;h0 = 0.0;h50 = 0.0;for(m=0;m<fLen;m+)xmidm = 0.0; for (m=0; m<length; m+)xmean = xm + xmean;xmean = 1.0*xmean/length;
