DSP原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)正弦波信號(hào)發(fā)生器

1、dsp原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：正弦波信號(hào)發(fā)生器學(xué)校：太原理工大學(xué)學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：通信0903班姓名：學(xué)號(hào)：2009001374同組人： 設(shè)計(jì)題目正弦波信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)目的學(xué)會(huì)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(hào)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。設(shè)計(jì)內(nèi)容編寫一個(gè)產(chǎn)生正弦波信號(hào)的程序，在ccs軟件下進(jìn)行模擬運(yùn)行，觀察輸出結(jié)果。設(shè)計(jì)原理正弦波信號(hào)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(hào)處理系統(tǒng)中。通常有兩種

2、方法可以產(chǎn)生正弦波，分別為查表法和泰勒級(jí)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(jí)數(shù)展開法是根據(jù)泰勒展開式進(jìn)行計(jì)算來實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)，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(chǔ)空間。本次課程設(shè)計(jì)只要使用泰勒級(jí)數(shù)展開法來實(shí)現(xiàn)正弦波信號(hào)。1. 產(chǎn)生正弦波的算法在高等數(shù)學(xué)中，正弦函數(shù)和余弦函數(shù)可以展開成泰勒級(jí)數(shù)，其表達(dá)式為 若要計(jì)算一個(gè)角度x的正弦和余弦值，可取泰勒級(jí)數(shù)的前5項(xiàng)進(jìn)行近似計(jì)算。由上述兩個(gè)式子可以推導(dǎo)出遞推公式，即sin(nx)=2cos(x)sin(n-1)x-sin(n-2)xcos(nx)=2cos(x)sin(n-1)x-co

3、s(n-2)x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、sin(n-2)x和cos(n-2)x。2. 正弦波的實(shí)現(xiàn)計(jì)算一個(gè)角度的正弦值利用泰勒級(jí)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(chǔ)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。實(shí)現(xiàn)計(jì)算一個(gè)角度的正弦值的程序片段如下：sinx: .def d_xs,d_sinx .datatable_s .word 01c7h ;c1=1/(8*9) .word 030bh ;c2=1/(6*7) .word 0666h ;c3=1/(4*5

4、) .word 1556h ;c4=1/(2*3)d_coef_s .usect "coef_s",4d_xs .usect "sin_vars",1d_squr_xs .usect "sin_vars",1d_temp_s .usect "sin_vars",1d_sinx .usect "sin_vars",1d_l_s .usect "sin_vars",1 .text ssbx frct stm #d_coef_s,ar5 ;move coeffs table_s r

5、pt #3 mvpd #table_s,*ar5+ stm #d_coef_s,ar3 stm #d_xs,ar2 stm #d_l_s,ar4 st #7fffh,d_l_s squr *ar2+,a ;a=x2 st a,*ar2 ;(ar2)=x2 |ld *ar4,b ;b=1 masr *ar2+,*ar3+,b,a ;a=1-x2/72,t=x2 mpya a ;a=t*a=x2(1-x2/72) sth a,*ar2 ;(d_temp)=x2(1-x2/72) masr *ar2-,*ar3+,b,a ;a=1-x2/42(1-x2/72);t=x2(1-x2/72) mpya

6、*ar2+ ;b=x2(1-x2/42(1-x2/72) st b,*ar2 ;(d_temp)=x2(1-x2/42(1-x2/72) |ld *ar4,b ;b=1 masr *ar2-,*ar3+,b,a ;a=1-x2/20(1-x2/42(1-x2/72) mpya *ar2+ ;b=x2(1-x2/20(1-x2/42(1-x2/72) st b,*ar2 ;(d_temp)=b |ld *ar4,b ;b=1 masr *ar2-,*ar3,b,a ;a=1-x2/6(1-x2/20(1-x2/42(1-x2/72) mpya d_xs ;b=x(1-x2/6(1-x2/20(1

7、-x2/42(1-x2/72) sth b,d_sinx ;sin(theta) ret計(jì)算一個(gè)角度的余弦值利用余弦函數(shù)展開的泰勒級(jí)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(chǔ)器d_xc單元中，計(jì)算結(jié)果存放在d_cosx單元中。實(shí)現(xiàn)計(jì)算一個(gè)角度的余弦值的程序片段如下：cosx: .def d_xc,d_cosxd_coef_c .usect "coef_c",4 .datatable_c .word 0249h ;c1=1/(7*8) .word 0444h ;c2=1/(5*6) .word 0aabh ;c3=1/(3*4

8、) .word 4000h ;c4=1/2d_xc .usect "cos_vars",1d_squr_xc .usect "cos_vars",1d_temp_c .usect "cos_vars",1d_cosx .usect "cos_vars",1c_l_c .usect "cos_vars",1 .text ssbx frct stm #d_coef_c,ar5 ;move coeffs table_c rpt #3 mvpd #table_c,*ar5+ stm #d_coef_c,

9、ar3 stm #d_xc,ar2 stm #c_l_c,ar4 st #7fffh,c_l_c squr *ar2+,a ;a=x2 st a,*ar2 ;(ar2)=x2 |ld *ar4,b ;b=1 masr *ar2+,*ar3+,b,a ;a=1-x2/56,t=x2 mpya a ;a=t*a=x2（1-x2/56） sth a,*ar2 ;(d_temp)=x2(1-x2/56) masr *ar2-,*ar3+,b,a ;a=1-x2/30(1-x2/56);t=x2(1-x2/56) mpya *ar2+ ;b=x2(1-x2/30(1-x2/56) st b,*ar2 ;

10、(d_temp)=x2(1-x2/30(1-x2/56) |ld *ar4,b ;b=1 masr *ar2-,*ar3+,b,a ;a=1-x2/12(1-x2/30(1-x2/56) sfta a,-1,a ;-1/2 neg a mpya *ar2+ ;b=-x2/2(1-x2/12(1-x2/30(1-x2/56) mar *ar2+ retd add *ar4,16,b ;b=-x2/2(1-x2/12(1-x2/30(1-x2/56) sth b,*ar2 ;cos(theta) ret正弦波的實(shí)現(xiàn)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

11、_start和cos_start子程序，計(jì)算（間隔為）的正弦和余弦值；第二步：利用sin(2x)=2sin(x)cos(x)公式，計(jì)算的正弦值（間隔為）；第三步：通過復(fù)制，獲得的正弦值；第四步：將的正弦值重復(fù)從pa口輸出，便可得到正弦波。產(chǎn)生正弦波的程序片段如下:.mmregs .def start .def d_xs,d_sinx,d_xc,d_cosx,sinx,cosxsin_x: .usect "sin_x",360stack: .usect "stack",10hk_theta .set 286 ;theta=pi/360(0.5deg)sta

12、rt: .text stm #stack+10h,sp stm k_theta,ar0 stm 0,ar1 stm #sin_x,ar6 stm #90,brc rptb loop1-1 ldm ar1,a ld #d_xs,dp stl a,d_xs stl a,d_xc call sinx ;d_sinx=sin(x) call cosx ;d_cosx=cos(x) ld #d_sinx,dp ld d_sinx,16,a ;a=sin(x) mpya d_cosx ;b=sin(x)*cos(x) sth b,1,*ar6+ ;ar6-2*sin(x) mar *ar1+0loop1:

13、 stm #sin_x+89, ar7 ;sin91(deg.)-sin179(deg.) stm #88,brc rptb loop2-1 ld *ar7-,a stl a,*ar6+loop2: stm #179,brc ;sin180(deg.)-sin359(deg.) stm #sin_x,ar7 rptb loop3-1 ld *ar7+,a neg a stl a,*ar6+loop3: stm #sin_x,ar6 ;generate sin wave stm #1,ar0 stm #360,bk b loop3產(chǎn)生正弦波鏈接命令文件的程序片段如下：memory page 0:

14、 eprom: org=0e000h, len=1000h vecs: org=0ff80h, len=0080h page 1: spram: org=0060h, len=0020h daram1: org=0080h, len=0010h daram2: org=0090h, len=0010h daram3: org=0200h, len=0200h sections .text :> eprom page 0 .data :> eprom page 0 stack :> spram page 1 sin_vars :> daram1 page 1 coef_s

15、 :> daram1 page 1 cos_vars :> daram2 page 1 coef_c :> daram2 page 1 sin_x : align(512) > daram3 page 1 .vectors :> vecs page 0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?？傮w方案設(shè)計(jì)1. 總體實(shí)現(xiàn)方案我們知道一個(gè)角度為x的正弦和余弦函數(shù)，都可以展開為泰勒級(jí)數(shù)，且其前五項(xiàng)可以看為：本程序的編程思想是這樣的，正弦波的波形可以看為

16、由無數(shù)點(diǎn)組成，這些點(diǎn)與軸的每一個(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，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。的弧度為0.7854<1，即 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：得到之間的正弦值。而之間的正弦曲線與之間的正弦曲線通過這條軸左右對稱，那么就可以得到的正弦值，而的正弦曲線的相反數(shù)通過這條軸與左右對稱。這樣的正弦值也得到了。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

17、圖如下：得到余弦值得到正弦值sin2a=2sinacosa 得到的值得到的值得到的值得到的值循環(huán)輸出數(shù)據(jù)2. 具體實(shí)現(xiàn)步驟本課程設(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)計(jì)分以下幾步完成：啟動(dòng) ccs，操作如下：1建立新的工程文件:點(diǎn)擊projectnew，保存文件名為sinx.pjt。2建立匯編源程序：點(diǎn)擊filenewsource 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fliesave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。3建立連接命令文件：點(diǎn)擊filenewsource file菜單命

18、令，打開一個(gè)空白文檔，將鏈接命令文件逐條輸入后，單擊fliesave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。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.cmd文件依次添加到工程文件中。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。 6完成匯編，編譯和

19、鏈接，正確產(chǎn)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。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。8使用 file 菜單中的 load program 將 out 文件裝入。然后選擇 debugrun，程序執(zhí)行過程中可以使用 debug halt 暫停程序的執(zhí)行。9選擇 view -> graph -> ti

20、me/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 buffer 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” 。即將graph property dialog對話框改為見下圖：這樣，將在圖形顯示窗口中顯示從sin_x（首地址）開始的360個(gè)點(diǎn)的 16 位有符號(hào)整數(shù)的圖形。主要參數(shù)1. sin(theta)=x(1-x2/2*3(1-x2/4*5(1-x2/6*7(1-x2/8*9)2. cos

21、(theta)=1-x2/2*3(1-x2/4*5(1-x2/6*7(1-x2/8*9)3. sin(2*theta)=2*sin(theta)*cos(theta)源程序1. 產(chǎn)生正弦波程序清單sin.asm： .title "sin.asm" ；為匯編文件取名為“sin.asm” .mmregs ；定義存儲(chǔ)器映像寄存器 .def _c_int00 .ref sinx,d_xs,d_sinx,cosx,d_xc,d_cosx；定義標(biāo)號(hào)sin_x: .usect "sin_x",360 ；為"sin_x"保留360個(gè)存儲(chǔ)空間stack

22、: .usect "stack",10 ；為堆棧保留10個(gè)存儲(chǔ)空間k_theta .set 286 ；theta=pi/360(0.5deg)pa0 .set 0_c_int00 .text ；定義文本程序代碼段 stm #stack+10,sp ；設(shè)置堆棧指針 stm k_theta,ar0 ；ar0->k_theta(increment) stm 0,ar1 ；(ar1)=x(rad) stm #sin_x,ar6 ；ar6- - >sin(x) stm #90,brc ；form sin0(deg.)sin90(deg)；重復(fù)執(zhí)行塊語句（下條語句開始至lo

23、op1-1 ）91次 rptb loop1-1 ldm ar1,a ld #d_xs,dp ；dpd_xs stl a,d_xs ；(a)低16位d_xs stl a,d_xc ；(a)低16位d_xc call sinx ；調(diào)用sinx程序 call cosx ；調(diào)用conx程序 ld #d_sinx,dp ；dpß d_sinx ld d_sinx,16,a ；a=sin(x) mpya d_cosx ；b= sin(x)*cos(x) sth b,1,*ar6+ ；ar6- - >2*sin(x)*cos(x) mar *ar1+0 ；修改輔助寄存器ar1loop1: s

24、tm #sin_x+89,ar7 ；sin91(deg.)- -sin179(deg.) stm #88,brc ；重復(fù)執(zhí)行下條指令至loop2-1 rptb loop2-1 ；處90次 ld *ar7-,a ；(ar7) a,然后ar7減去1 stl a,*ar6+ ；(a) 低16位ar6loop2: stm #179,brc ；sin180(deg.)- -sin359(deg.)；(brc)=179,重復(fù)執(zhí)行180次 stm #sin_x,ar7 ；ar7指向sin_x首地址 rptb loop3-1 ； ld *ar7+,a ；(ar7) a，然后ar7加1 neg a ；累加器變負(fù)

25、 stl a,*ar6+ ；a低16位ar6loop3: stm #sin_x,ar6 ；generate sin wave ar6指向sin_x stm #1,ar0 ；arß 01 stm #360,bk ；bkß360loop4: portw *ar6+0%,pa0 ；pa0=*ar6+0%,向pa0輸出數(shù)據(jù) b loop4 ；sinx: .def d_xs,d_sinx ；定義標(biāo)號(hào)d_xs,d_sinx .data ；定義數(shù)據(jù)代碼段table_s .word 01c7h ；c1=1/(8*9) .word 030bh ；c1=1/(6*7) .word 0666h

26、；c1=1/(4*5) .word 1556h ；c1=1/(2*3)d_coef_s .usect "coef_s",4 ；為"coef_s"保留4個(gè)存儲(chǔ)空間d_xs .usect "sin_vars",1 ；為d_xs中sin_vars保留1個(gè)存儲(chǔ)空間d_squr_xs .usect "sin_vars",1 ；為d_squr_xs中sin_vars保留1個(gè)存儲(chǔ)空間d_temp_s .usect "sin_vars",1 ；為d_temp_s中sin_vars保留1個(gè)存儲(chǔ)空間d_sinx .

27、usect "sin_vars",1 ；為d_sinx中sin_vars保留1個(gè)存儲(chǔ)空間c_l_s .usect "sin_vars",1 ；為d_xs中sin_vars保留1個(gè)存儲(chǔ)空間 .text ；定義代碼開始段 ssbx frct ；設(shè)置frct=1以解決冗余符號(hào)位 stm #d_coef_s,ar5 ；ar5指向d_coef_s首地址 rpt #3 ；重復(fù)下條指令4次 mvpd #table_s,*ar5+ ；table_s中的數(shù)復(fù)制到ar5指向的單元 stm #d_coef_s,ar3 ；ar3指向d_coef_s首地址 stm #d_xs,a

28、r2 ；ar2指向d_xs首地址 stm #c_l_s,ar4 ；ar4指向c_l_s首地址 st #7fffh,c_l_s ；7fffh c_l_s squr *ar2+,a ；ar2指向累加器a中的數(shù)值求其平方 st a,*ar2 ；（a）左移16位ar2 |ld *ar4,b ；（ar4）左移16位b masr *ar2+,*ar3+,b,a ；從累加器a中減去（ar2）*（ar3） mpya a ；操作數(shù)與累加器a中高位相乘 sth a,*ar2 ；（a）高16位ar2 masr *ar2-,*ar3+,b,a ；從累加器a中減去（ar2）*（ar3） mpya *ar2+ ；ar2指

29、向的數(shù)與累加器a的高16位相乘 st b,*ar2 ；（b）左移16位ar2 |ld *ar4,b ；（ar4）左移16位b masr *ar2-,*ar3+,b,a ；從累加器a中減去（ar2）*（ar3） mpya *ar2+ ；與累加器a中高16位相乘 st b,*ar2 ；（b）左移16位ar2 |ld *ar4,b ；（ar4）左移16位b masr *ar2-,*ar3+,b,a ；從累加器a中減去（ar2）*（ar3） mpya d_xs ；d_xs指向的操作數(shù)與累加器a中高16位相乘 sth b,d_sinx ；（b）高16位d_sinx ret ；返回cosx: .def d

30、_xc,d_cosx ；定義標(biāo)號(hào)d_xc,d_cosxd_coef_c .usect "coef_c",4 ；為coef_c保留4個(gè)存儲(chǔ)空間 .data ；定義數(shù)據(jù)代碼段table_c .word 0249h ；c1=1/(7*8) .word 0444h ；c2=1/(6*5) .word 0aabh ；c3=1/(3*4) .word 4000h ；c4=1/2d_xc .usect "cos_vars",1 ；為d_xc中cos_vars保存1個(gè)存儲(chǔ)單元d_squr_xc .usect "cos_vars",1 ；為d_squr

31、_xc中cos_vars保存1個(gè)存儲(chǔ)單元d_temp_c .usect "cos_vars",1 ；為d_temp_c中cos_vars保存1個(gè)存儲(chǔ)單元d_cosx .usect "cos_vars",1 ；為d_cosx中cos_vars保存1個(gè)存儲(chǔ)單元c_l_c .usect "cos_vars",1 ；為c_l_c中cos_vars保存1個(gè)存儲(chǔ)單元 .text ；定義文本代碼段 ssbx frct ；frct=1以清除冗余符號(hào)位 stm #d_coef_c,ar5 ；ar5指向d_coef_c首地址 rpt #3 ；重復(fù)下條指令

32、4次 mvpd #table_c,*ar5+ ；把table_c中的數(shù)復(fù)制到中ar5 stm #d_coef_c,ar3 ；ar3指向d_coef_c首地址 stm #d_xc,ar2 ；ar2 指向d_xc首地址 stm #c_l_c,ar4 ；ar4指向c_l_c首地址 st #7fffh,c_l_c ；7fffhc_l_c squr *ar2+,a ；求x的平方存放在累加器a中 st a,*ar2 ；（a）左移16位ar2 |ld *ar4,b ；（ar4）左移16位b masr *ar2+,*ar3+,b,a ；a=1-x2/56,t=x2 mpya a ；a=t*a=x2(1-x2/

33、56) sth a,*ar2 ；(d_temp)= x2(1-x2/56) masr *ar2-,*ar3+,b,a ；a=1-x2/30(1-x2/56),t= x2(1-x2/56) mpya *ar2+ ；b=x2(1-x2/30(1-x2/56) st b,*ar2 ；(d_temp)= x2(1-x2/30(1-x2/56) |ld *ar4,b ；b=1 masr *ar2-,*ar3+,b,a ；a= 1-x2/12(1-x2/30(1-x2/56) sfta a,-1,a ；-1/2 neg a ； mpya *ar2+ ；b=1-x2/2(1-x2/12(1-x2/30 ；(

34、1-x2/56) mar *ar2+ ； retd ； add *ar4,16,b ；b=1-x2/2(1-x2/12(1-x2/30 ；(1-x2/56) sth b,*ar2 ；cos(theta) ret ； .end ；2. *.cmd文件描述輸入文件和輸出文件，說明系統(tǒng)中有哪些可用存儲(chǔ)器、程序段、堆棧及復(fù)位向量和中斷向量等安排在什么地方。其中memory段就是用來規(guī)定目標(biāo)存儲(chǔ)器的模型，通過這條指令，可以定義系統(tǒng)中所包含的各種形式的存儲(chǔ)器，以及它們占據(jù)的地址范圍；sections段說明如何將輸入段組合成輸出段以及在可執(zhí)行文件中定義輸出段、規(guī)定輸出段在存儲(chǔ)器中的位置等。正弦波程序鏈接命令文件sin.cmd：memory page 0: eprom: org = 0e000h, len = 1000h vecs: org = 0ff80h, len = 0080h page 1: spram: org = 0060h, len = 0020h daram1: org = 0080h, len = 0010h daram2: org = 0090h, len = 0010h daram3: org = 0200h, len = 02