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DSP数字信号处理实验指导书 齐鲁理工学院目录实验一 常用指令实验 .3实验二 数据存贮实验 .8实验三 CCS环境下C程序设计 .13实验四 定时器实验 .16实验五 中断实验 .19实验六 A/D采样实验 . 21实验七 D/A转换实验 . 25实验八 A/D与D/A转换综合实验 . 27 实验九 数字波形产生实验 .29 实验十 语音实时回放及延时实验 .33 实验十一 语音录音与回放实验 .36实验十二 BOOTLOADER装载实验 . 40实验十三 阵列式键盘数码管控制实验.46实验十四 液晶显示器驱动实验.48实验十五 快速傅立叶变换(FFT)实验 .51 实验十六 有限冲击响应滤波器(FR)算法 .56 实验十七 无限冲击响应滤波器(IIR)算法实验 .61 实验十八 卷积(Convolve)算法实验 .67 实验十九 离散余弦变换(DCT)算法实验 .72 实验二十 相关(Correlation)算法实验 .77 实验二十一 u_LAW算法实验 . 83 实验二十二 DTMF(双音多频)信号的产生和检测 . 91 实验二十三 语音编码/解码(G711编码/解码器) . 100 实验二十四 混叠信号的实时数字滤波 .106 实验二十五 AD采样FFT分析实验 . 110 实验二十六 语音滤波实验 . 114 实验二十七 二维图象生成实验 . 117实验二十八 数字图象生成实验 . 121实验二十九 UART通信实验 . 124实验一 常用指令实验 一、实验目的 1了解DSP开发系统的组成和结构；2熟悉DSP开发系统的连接； 3熟悉DSP的开发软件配置及使用；4熟悉C54X系列的寻址系统；5熟悉常用C54X系列指令的用法。二、实验设备计算机，DSP仿真器，THRS-1型实验箱三、实验步骤与内容1系统连接进行DSP实验之前，先必须连接好仿真器、实验箱及计算机，连接方法如下所示：2上电复位在硬件安装完成后，确认安装正确、各实验部件及电源连接正常后，接通仿真器电源或启动计算机，此时，仿真盒上的“红色小灯”应点亮，否则DSP开发系统与计算机连接有问题。3运行CCS程序待计算机启动成功后，实验箱220V电源置“开”，实验箱上电，启动CCS，此时仿真器上的“绿色小灯”应点亮，并且CCS正常启动，表明系统连接正常；否则仿真器的连接、JTAG接口或CCS相关设置存在问题，掉电，检查仿真器的连接、JTAG接口连接，或检查CCS相关设置是否正确。注：如在此出现问题，可能是系统没有正常复位或连接错误，应重新检查系统硬件并复位；也可能是软件安装或设置有问题，应尝试调整软件系统设置，具体仿真器和仿真软件CCS的应用方法参见THRS-1使用说明书。 成功运行程序后，首先应熟悉CCS的用户界面。 学会CCS环境下程序编写、调试、编译、装载，学习如何使用观察窗口等。4修改样例程序，尝试DSP其他的指令。注：实验系统连接及CCS相关设置是以后所有实验的基础，在以下实验中这部分内容将不再复述。5样例程序实验操作说明启动CCS2.0，并加载“DSP54X”目录下的“DSP54X_01.out”；加装完毕，单击“Run”运行程序；实验结果：可见D8灯以一定频率闪烁；单击“Halt”暂停程序运行，则D8灯停止闪烁，如再单击“Run”，则“D8”灯又开始闪烁；关闭所有窗口，本实验完毕。源程序查看：用下拉菜单中Project/Open，打开“DSP54X-01”目录下的“DSP54X01.pjt”，双击“Source”，双击“DSP54X01.asm”可查看源程序。四、程序框图其中初始化包括SP及PMST寄存器值的设定。延时子程序为一嵌套循环五、实验说明XF引脚是外部标志输出(软件可控信号)，可用于在多处理结构中相互通信，也可作通用输出脚。CPU板上的通用IO接口XF接口与LED显示灯D8已连好，因此，装入样例程序，并全速运行程序，可能看到D8指示灯闪烁。实验二 数据存储实验一、实验目的1掌握TMS320C54的程序空间的分配；2掌握TMS320C54的数据空间的分配；3熟悉操作TMS320C54数据空间的指令。二、实验设备计算机，CCS 2.0版软件，DSP仿真器，实验箱三、实验系统相关资源介绍本实验指导书是以TMS32OVC5402为例，介绍相关的内容和外部存储器资源。对于其他类型的CPU请参考查阅相关的数据手册。下面给出TMS32OVC5402的存储器分配表：VC5402片内有16K DARAM和4K ROM，数据空间、IO空间最大扩展到64K，顺序空间最大扩展到1M。片内的16K DARAM即可以映射到程序空间也可以映射到数据空间，由PMST状态寄存器的OVLY位控制；片内4K ROM即可以映射到程序空间也可以映射到数据空间，由PMST状态寄存器的DROM位控制；片内ROM包括自举加载程序、U律压扩表、A律压扩表、正弦函数查找表、中断向量表，具体分配见图：ADDRESS RANGEDESCRIPTIONF000H-F7FFHReservedF800H-FBFFHBootloaderFC00H-FCFFHm-law expansion tableFD00H-FDFFHA-law expansion tableFE00H-FEFFHSine look-up tableFF00H-FF7FHReserved FF80H-FFFFHInterrupt vector table对于数据存储空间而言，映射表相对固定。值得注意的是内部寄存器都映射到数据存储空间内。因此在编程应用是这些特定的空间不能作其他用途。对于程序存储空间而言，其映射表和CPU的工作模式有关。当MP/MC引脚为高电平时，CPU工作在微处理器模式；当MP/MC引脚低时，CPU工作在为计算机模式。具体的存储器映射关系如上图所示。存储器试验主要帮助用户了解存储器的操作和DSP的内部双总线结构，并熟悉相关的指令代码和操作等。四、实验步骤与内容1连接好DSP开发系统，运行CCS软件；2在CCS的Memory窗口中查找C5402各个区段的数据存储器地址，在可以改变的数据地址随意改变其中内容；3在CCS中装载实验示范程序，单步执行程序，观察程序中写入和读出的数据存储地址的变化；4联系其他寻址方式的使用；5样例程序实验操作说明。启动CCS 2.0，用Project/Open打开“DSP54X-02”目录下的“DSP54X02.pjt”工程文件，双击“DSP54X02.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“DSP54X02.out”：用“View”下拉菜单中的“Memory”查看内存单元；输入要查看的内存单元地址，本实验查看DATA存储器空间地址0X 9000-0XA000值的数值变化，输入地址0X 9000H；双击“DSP54X02.asm”，在如下图所示位置设置两个断点，单击“Run”运行程序，也可以“单步”运行程序；也可以按F12动态执行程序；观察数据区变化。关闭各窗口，本实验完毕。五、程序框图六、实验说明0x90000xA000是外部扩展RAM的数据空间，读IO 8008H，使U8使能，映射到数据空间。实验三 CCS环境下的C程序设计一、实验目的1 学习C语言的编程；2 掌握在CCS环境下的C程序设计方法；3 学会使用C和汇编语言混合编程；4 熟悉用C语言开发DSP程序的流程。二、实验设备计算机，仿真器，实验箱三、实验步骤与内容1 连接好DSP开发系统，实验箱上电，运行CCS；2 按流程图编写C程序，实现所要求的功能；3 例程序操作说明。启动CCS 2.0，用Project/Open打开“DSP54X-03”目录下的“DSP54X03.pjt”工程文件，双击“DSP54X03.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“DSP54X03.out”；单击“Run”运行程序；可以观察到D8指示灯闪烁； 用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置该观察图形窗口变量及参数；观察变量为x，长度为500，数值类型为16位有符号整型变量；如下图所示，图中下半部分为观察图形窗口的设置，上半部分为观察的图形。四、程序框图五、实验说明CCS包含C编译器，支持标准C以及C和汇编混合编程。C编译器包括三个功能模块：语法分析、代码优化和代码产生，如下图所示。其中，语法分析(Parser)完成C语法检查和分析；代码优化(Optimizer)对程序进行优化，以便提高效率；代码产生(Code Generator)将C程序转换成C54x的汇编源程序。本实验通过一些对数组及数据指针的基本操作，让实验者能够对使用C语言在CCS环境下编程有一个一目了然的认识。并使用汇编语句，以体会两者综合运用时的优越性。实验四 定时器实验一、实验目的1熟悉C54x的定时器；2掌握C54x定时器的控制方法；3学会使用定时器中断方式控制程序流程。二、实验设备计算机，仿真器，实验箱三、实验步骤和内容1连接好DSP开发系统，实验箱上电；2按流程图编写程序；3样例程序实验操作说明；启动CCS 2.0，用Project/Open打开“DSP54X-04”目录下的“DSP54X04.pjt”工程文件，双击“DSP54X04.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“DSP54X04.out”；单击“Run”运行程序，可以观察到D8指示灯闪烁；单击“Halt”暂停程序运行，关闭各窗口，本实验完毕。四、实验说明C54x的定时器是一个20位的减法计数器，它可以用特定的状态位实现停止、重新启动、重设置或禁止，可以使用定时器产生周期性的CPU中断。控制定时器由断频的两个寄存器是定时周期寄存器PRD和定时器减法寄存器TDDR。在本系统中使用定时器0。C54x中断向量表入口地址默认为FF80，可以通过状态寄存器中IPTR指针进行重新定位，本程序中中断向量表入口地址为0X3F80。中断向量表如下：NAMELOCATIONDecimal HEXPriorityFUNCTIONRS,SINTR0001Reset(harchwars and softwave reset)NMI,SINTIB4042Nonmas table interruptSINT17808-Softwave interrupt #17SINT18120C-Softwave interrupt #18SINT191810-Softwave interrupt #19SINT202014-Softwave interrupt #20SINT212418-Softwave interrupt #21SINT22281C-Softwave interrupt #22SINT233220-Softwave interrupt #23SINT243824-Softwave interrupt #24SINT254028-Softwave interrupt #25SINT26442C-Softwave interrupt #26SINT274830-Softwave interrupt #27SINT285234-Softwave interrupt #28SINT295838-Softwave interrupt #29SINT30603C-Softwave interrupt #30INT0,SINT064403External user interrupt #0INT1,SINT168444External user interrupt #1INT2,SINT272485External user interrupt #2TINT0,SINT3784C6Timer0 interrupt BRINT0,SINT480507McBSP #0 recalve interruptBRINT0,SINT584548McBSP #0 transimt interruptReserved(DMAC1),SINT788589Reserved(default)or DMA channel 0 interrupt. The selection is made in the DMPREC register.TINT1(DMAC1),SINT7925C10Timer 1 interrupt(default)or DMA channel1 interrupt. The seelection is made in DMPREC register.INT3,SINT8966011External user interrupt #3HPINY,SINT91006412HPI interruptBRINT1(DMAC3),SINT101046813McBSP #1 recalve interrupt(deffault) or DMA channel 2 interrupt . The selection is made in the DMPREC register.BXINT1(DMAC3),SINT111086C14McBSP #1 transmit interrupt (default)or DMA channel 2 interrupt. The selection is made in the DMPREC register.DMAC4,SINT121127015DMA channel 4 interruptDMAC5,SINT131187416DMA channel 4 interruptRESERVED120-12778-7F-Reserved五、程序流程图主程序： 中断程序：实验五 中断实验一、实验目的1掌握中断技术，学会外部中断的处理方法。2掌握中断对于程序流程的控制，理解DSP的中断响应过程，会分析中断时序。二、实验设备计算机、仿真器、实验箱；三、实验步骤和内容1复习有关中断的计算机知识；2编写中断程序，用低电平脉冲触发外部中断，每中断一次，D8指示灯亮灭变化一次，并由IO口控制LED1LED8(口地址0X800aH)变化一次。A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电；2) 将单脉冲单元J8拨动开关，1置“ON”，2置“OFF”。注：有关以上连接说明，可参见使用说明书中单脉冲单元跳线说明。B实验启动CCS 2.0，用Project/Open打开“Exp-05”目录下的“exp05.pjt”工程文件；双击“exp05.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“exp05.out”；单击“Run”运行程序；按S6按键，每按一次，D8指示灯亮灭变化一次。单击“Halt”，关闭各窗口，本实验完毕。四、程序框图主程序： 中断程序：五、实验说明C54X DSP的中断为低电平沿触发。按S6键产生的低电平脉冲，输出给VC5402的T1引脚，每按一次，产生一个低电平脉冲。实验六 A/D采样实验一、实验目的1 熟悉A/D转换的基本原理；2 掌握AD7822的技术指标和常用方法；3 掌握并学会使用DSP和AD7822的接口及其操作。二、实验设备计算机、仿真器、实验箱三、实验步骤和内容1 复习A/D转换的基本原理，掌握AD7822的技术指标和常用方法；2 按流程图编写程序，实验；3 实验报告；4 样例程序实验操作说明；A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和箱的连接后，系统上电；2) 设置模数转换单元的拨动开关，1、5置“ON”，其它置“OFF”；注：有关以上连接说明，可参见使用说明书中模数转换单元跳线说明以及信号接线说明。B实验启动CCS 2.0，用Project/Open打开“DSP54X-06”目录下的“DSP54X06.pjt”工程文件；双击“DSP54X06.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“DSP54X06.out”；如下图“DSP54X06.asm”程序中的相应位置设置断点；单击“Run”运行程序；程序运行至断点处停止，用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；输入起始地址 0x1000，长度为1024，数值类型为16位有符号整型；调整图形观察窗口，观察采样信号波形，单击“Animate”运行程序，动态观察采样信号波形；调节信号源单元的波形选择调节、频率调节、幅值调节，改变输入信号的波形、频率、幅值，并动态观察采样结果；单击“Halt ”暂停程序运行，关闭各窗口，本实验完毕。四、程序框图五、实验说明 AD7822映射到DSP的IO空间的0x800C地址。通过DSP芯片对I/O口0x800C读操作，把AD转换结果从0x1000开始的3ffh个数据单元中。AD7822采样的模拟信号从信号源单元输入，可以输入三种波形的信号：正弦波、方波、三角波；频率、幅值可以独立调节；也可以输入直流信号，详细说明见使用说明书中“模数转换单元”说明。实验七 D/A转换实验一、实验目的1熟悉D/A转换的基本原理；2掌握DAC08的技术指标和常用方法；3掌握并学会使用DSP和DAC08的接口及其操作。二、实验设备计算机、仿真器、实验箱、示波器三、实验步骤与内容1复习D/A转换的基本原理；掌握DAC08的技术指标；2按流程图与程序，实验；3实验报告4样例程序实验操作说明 A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电；2) 用示波器观察D/A信号输出，观测点为引出点“OUT” (数模转换单元)；注：有关以上连接说明，可参见使用说明书中模数转换单元跳线说明。B实验启动CCS 2.0，用Project/Open打开“DSP54X-07”目录下的“DSP54X07.pjt”工程文件；双击“DSP54X07.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“DSP54X07.out”；单击“Run”运行程序；在示波器可以观察到D/A输出的信号波形；单击“Halt ”暂停持程序运行，关闭各窗口，本实验完毕。四、程序框图五、实验说明 DAC08映射到DSP IO空间的0X800B地址。DAC08采用对称二进制输出参考电压Vref=+5V；输入00H，输出电压-5V；输入ffh，输出电压+5V。实验八 A/D与D/A转换综合实验一、实验目的继续加深对模数、数模转换的认识和理解。二、实验设备计算机、仿真器、实验箱、示波器三、实验步骤和内容1复习模数、数模转换原理；2按流程图编写程序，实验；3样例程序实验操作说明A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电；2) 设置模数转换单元的拨动开关，1、5置“ON”，其它置“OFF”；3) 用示波器观察D/A信号输出，观测点为引出点“OUT” (数模转换单元)；注：有关以上连接说明，可参见使用说明书中模数转换单元跳线说明、数模转换单元跳线说明以及信号源单元跳线说明。B实验启动CCS 2.0，用Project/Open打开“DSP54X-08”目录下的“DSP54X08.pjt”工程文件；双击“DSP54X08.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“DSP54X08.out”；单击“Run”运行程序；可用示波器观察输入信号波形及输出信号波形，输入信号观测点为“SC”点(模数转换单元)，输出信号观测点“OUT”(数模转换单元)，比较两信号波形；单击“Halt”暂停程序运行，关闭各窗口，本实验完毕。四、程序框图五、实验说明AD7822的编码方式和DAC08是相同的，但AD7822采用偏置输入方式；DAC08参考电压是+5V，输出电压范围-5V+5V，所以采样输入信号和经AD、DA变换后的信号幅值是不同的，在相位上也有一定的延时。实验九 数字波形产生一、实验目的1了解数字波形产生的基本原理；2学习用C54X DSP 芯片产生正弦信号的基本方法和步骤；3加深对DSP MCBSP多通道缓冲串口的理解。二、实验设备计算机、CCS 2.0版软件、DSP仿真器、实验箱、示波器三、基础理论数字波形信号发生器是利用微处理器芯片，通过软件编程和D/A转换，产生所需要信号波形的一种方法。在通信、仪器和控制等领域的信号处理系统中，经常会用到数字正弦波发生器。一般情况，产生正弦波的方法有两种：1查表法。此种方法用于对精度要求不是很高的场合。如果要求精度高，表示很大，相应的存储器容量也很大。2泰勒级数展开法。这是一种更为有效的方法。与查表法相比，需要的存储单元很少，而且精度高。一个角度为的正弦和余弦函数，可以展开成泰勒级数，取其前5项进行近似得：其中，X为的弧度值。本实验用泰勒级数展开法产生一正弦波，并通过D/A转换输出。四、实验步骤和内容1复习泰勒级数展开法、数模转换原理；2编写程序、实验；3填写实验报告；4样例程序实验操作说明A、实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电；2) 用示波器观察D/A信号输出，观测点为引出点“OUT”(数模转换单元)；注：有关以上连接说明，可参见使用说明书中数模转换单元跳线说明。B实验启动CCS 2.0，用Project/Open打开“DSP54X-09”目录下的“DSP54X09.pjt”工程文件；双击“DSP54X09.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“DSP54X09.out”；在“DSP54X09.c”程序中，“i=0”处设置断点，单击“Run”运行程序，程序运行至断点处停止；用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口，以观察利用泰勒级数产生的波形；设置观察变量y，长度256，32位浮点型数值； 调整图形观察窗口，观察产生波形；单击“Run”继续运行程序，在引出点“OUT” (数模转换单元)，用示波器可观测到产生的正弦波波形；单击“Halt”暂停程序运行，示波器上正弦波消失；在“exp09.c”程序中，N值为产生正弦信号一个周期的点数，产生的正弦信号的频率与N数值大小及D/A转换频率fDA有关，产生正弦波信号频率f的计算公式为：尝试修改“DSP54X09.c”程序中N值，“Rebuild”及“Load”后，单击“Run”运行程序，观察产生信号频率变化；关闭“DSP54X09.pjt”工程文件；关闭所有窗口，本实验完毕。五、实验说明本实验样例程序中，采用泰勒级数展开法，计算-的sin值，来构造正弦波信号，计算点数256点，然后，经过取整处理后，经DAC08完成D/A变换后输出。实验十 语音实时回放及延迟实验一、实验目的1熟悉TLV320AD50的性能及接口的使用；2熟悉MCBSP多通道缓冲串口通信的应用；3掌握一个完整的语音输入、输出通道的设计；4掌握DSP和AD50的接口；5加深对语音处理实验的理解，体会语音延迟的效果。二、实验设备计算机、CCS 2.0版软件、DSP仿真器、实验箱、音频线、音频信号源三、实验步骤与内容1复习DSP、AD50的接口性能；2复习MCBSP多通道缓冲串口通信的应用；3设计语音实时回放流程图；4复习有关语音延迟的原理及应用；5编写语音实时回放实验程序，实验；6编写语音延迟实验程序，实验；A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和箱的连接后，系统上电；2) 用音频线连接语音单元音频输入端与音源，并开启音源；3) 调节音频输入调节旋钮以及音频输出调节旋钮到适当位置；4) 将语音处理单元的SW2的1、2置“ON”，J6的1置“ON”。B实验1：语音实时回放实验启动CCS 2.0，用Project/Open打开“Exp-10”目录下“Exp-10-1”子目录中的“exp-10-1.pjt”工程文件；双击“exp-10-1.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“exp-10-1.out”后；单击“Run”运行程序，扬声器有声音输出，注意声音音质；暂停程序运行，关闭“exp-10-1.pjt”工程文件，关闭各程序窗口，该实验结束。C实验2：语音延迟实验启动CCS 2.0，用Project/Open打开“Exp-10”目录下 “exp-10-2”子目录中“exp-10-2.pjt”工程文件；双击“exp-10-2.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“exp-10-2.out”；单击“Run”运行程序，扬声器有声音输出，注意声音音质；注意两个实验的音质的差异，试进行分析，关闭各窗口，实验完毕。四、程序框图语音实时回放流程图 语音延迟流程图实验十一 语音录音与回放实验一、实验目的1学会FLASH芯片的固化；2掌握一个完整的语音输入、输出的程序设计。二、实验设备计算机，CCS 2.0版软件，DSP仿真器，实验箱，音频线，音源。三、实验步骤1复习FLASH芯片的性能及在语音录制方面的应用；2按程序流程图编写程序，实验、填写实验报告3样例程序实验操作说明A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电；2) 用音频线连接语音单元音频输入端与音源，并开启音源；3) 调节音频输入调节旋钮以及音频输出调节旋钮到适当位置；4) 将语音处理单元的SW2的1、2置“ON”，J6的1置“ON”。注：有关连接说明，可参见第一章中语音处理单元接口、跳线说明以及调节说明。 B实验启动CCS 2.0，用Project/Open打开“Exp-11”目录下“write”子目录中的“exp-11-write.pjt”工程文件；双击“exp-11-write.pjt”及“Source”可查看各源程序；加载“exp-11-write.out”；单击“Run”运行程序，扬声器有声音输出；此时，一段约几秒钟的音频信号被记录在FLASH中，并且在连续循环播放。单击“Halt”暂停运行，关闭所有窗口，关闭CCS 2.0软件，关闭实验箱电源。重新开启实验箱电源，重新启动用CCS 2.0，用Project/Open打开“Exp-11”目录下“read”子目录中的“exp-11-read.pjt”工程文件；双击“exp-11-read.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“exp-11-read.out”；单击“Run”运行程序，扬声器有声音输出；单击“Halt”暂停运行，关闭窗口，本实验完毕。四、程序框图Write： Read：五、实验说明Write程序是把AD50的采样结果存放在FLASH中，FLASH映射到Command Sequence (Note 1) CyclessBus Cycless (Notes 25)FirstSecondThirdFourthFifthSixthAddrDataAddrDataAddrDataAddrDataAddrDataAddrDataRead (Note 6)1RARDRead(Note 7)1XXXF0Autoselect (Note 8)Manufacturer IOWord4555AA2AA5555590X0001ByteAAA555AAADevice IO Top Boot BlockWord4555AA2AA5555590X0122C4ByteAA A555AAAX02C4Device IO BottomBoot BlockWord4555AA2AA5555590X012249ByteAAA555AAAX0249Sector Protect Verify (Note 9)Word4 555AA2AA5555590(SA)XX00X02XX01Byte AAA555AAA(SA)00X0401CFI Query (Note 10)Word15598ByteAA