数字信号处理实验讲义.docx

1、数字信号处理实验讲义数字信号处理实验讲义实验一 CCS环境配置与发光灯闪烁实验（综合性）1、 实验目的（1）、了解54XDSP的结构及管脚功能；（2）、熟悉CCS的环境配置；（3）、了解利用CCS进行研发的一般过程；（4）、熟悉简单的DSP指令，了解I/O口的访问方式2、实验器材PC机，Code Composer软件，Studio 5000 1.20，ICETEK 5100PP Drive3、实验原理硬件连接图和软件流图如下：使用的软件函数宏叙述调用形式参数返回值和包括该函数的库文件头文件1)brd_init()这段程序是初始化DSP 环境调用形式s16 brd_init unsigned i

2、ntcpuFreq2)brd _toggle_led ()改变和控制一个或多个发光二极管调用形式s16 brd_led_disable (BrdLedled)计算结果一个或多个发光二极管亮3)delay()程序中建立的完成延时功能的子函数DSP 初始化第一个灯亮调子函数延时第二个灯亮调子函数延时第三个灯亮While(1)结束调子函数延时开始调用形式delay()4)brd_delay_msec()程序耽搁规定的时间调用形式s16 brd_delay_msec(u16 msec)5)type.h定义了s32 s16 f32 u8 u16 u32的类型6)board.h完成以下函数的调用还完成了p

3、art0-part8 端口的定义brd_init()brd_init_bios()brd_fifo_read()brd_fifo_write()brd_led_enable()brd_led_disable()brd_led_toggle()4、实验内容与步骤发光灯闪烁程序可以使人了解使用CCS 来开发TMS320VC5402 DSK的一些特点发光灯闪烁演示如何使用DSK上的三个信号灯这个例子将使三个信号灯按每秒一次的间隔连续闪烁。实验步骤如下：（1）、双击CCS Setup图标，打开Code Composer （Studio）配置程序，如下图： （2）、此时，打开配置程序如下，如果显示界面与

4、此不一样，请跳到3 （3）、如果显示界面如下图，请执行主选单“File”下的“Import”选项，此时，可以看到如下所示的对话框（4）、在如下的对话框中，点击“Clear”按钮，这样将会清除原有的配置。然后，在列表框“Available Configurations”中加亮“ICETEK-5100 USB Emulator”选项。如图中圆圈所示：（5）、点击对话框中的“Import”按钮，然后点击“Close”按钮，回到3所示的界面中。（6）、选择主选单“File”下的选项“Exit”,保存并退出配置程序。（7)、如果你的软件安装在C 盘的C ti 目录下就请在c:ti myprojects

5、目录下创建blink 子目录;如果安装目录在其他位置则在相应位置的myprojects 目录下创建blink 子目录（8)、 从C:tic5400dskexamples dsp blink 目录下拷贝blink.c 和blink.cmd 到新建的文件夹（9)、 从C:tic5400dsklib目录中拷贝drv5402.lib和dsk5402.lib 库文件,从c:ti c5400cgtoolslib 目录中拷贝rts.lib 库文件到新建的文件夹（10) 单击开始选单选择程序在C5402 DSK Development Tools组中,选择CCStudio 图标,启动Code Composer

6、 Studio或者单击桌面上CCStudio图标,注意Code Composer Studio 的设置.如果你在运行CCS 时返回错误信息请确认在安装了软件之后按照Quick Start Guide 设置了Code Composer Studio（11)、 在Code Composer Studio 主界面中打开Project 选单选择New选项（12)、 在Save New Project 对话框中选择刚刚建立的工作目录在文件名编辑框中输入blink为项目名称建立工程项目文件blink.mak。 打开Project 选单选择Add file to project在随后打开的窗口中选择blin

7、k.c 并按打开按钮（13）、 打开Project 选单选择Add file to project在随后打开的窗口中改变文件类型为Select Linker Command File(*.cmd)选择blink.cmd 并按打开按钮（14）、 打开Project 菜单，选择Add file to project，在随后打开的窗口中改变文件类型为Object and Library Files *.o*,*.lib，选择drv5402.lib 并按打开按钮，重复此同一步骤,添加dsk5402.lib 和rts.lib 到项目中（15）、 屏幕左侧的窗口是Project List， 单击列表项旁的

8、+ 展开Project blink.mak 和Source 项,观察上述文件是否都被包含到项目中，注意项目浏览器,如果在屏幕上看不到项目浏览器,请打开View 选单选择Projects 项目，如果项目浏览器已经打开但看不到项目文件，在项目浏览器窗口下的File 标签上单击（16）、 打开Project 选单，选中Option 选项在Compiler 属性页中的Include Search Path编辑框内键入c:tic5400dsk include这样就可以让Code Composer Studio 正确的搜索项目包含的头文件（17）、 在项目浏览器中双击blink.c， 激活blink.c

9、文件浏览该文件的内容（18）、 Code Composer Studio 可以自动的保存工程项目的状态，你可以使用Project下的Open 打开一个工程项目文件的同时恢复上次退出Code Composer Studio 时工作环境的设置值。（19）、 打开GEL选单选择C54X下的C5402_ DSK_Init（20）、 打开Project 选单选择Rebuild all 选项，Code Composer Studio 重新编译和链接这个工程项目整个的处理过程在屏幕下方的Message 窗口中返回信息,当改变了设置后必须重新编译所有的文件。（21）、 打开File 选单选择Load Prog

10、ram 选项，在Load Program 对话框中选中新建目录下的blink.out 文件，此时Code Composer Studio将把这个目标文件装载到5402 DSK 上同时CodeComposer Studio 打开反汇编窗口显示被加载程序的汇编指令码。（22）、 打开Debug 选单选择Run 选项或按F5 运行程序，观察5402 DSK 上的信号灯可以按每秒一次的间隔连续闪烁（23）、 打开Debug 选项，选择Halt 选项或按Shift-F5终止实验结果。5、实验结果及分析（1）、观察5402DSK 上的三个信号灯按的闪烁规律；（2）、阅读源程序，分析现象产生的原因；（3）、

11、修改源程序，再次编译执行，观察实验平台的现象变化情况。6、思考题（1）、如果出现如下所示的警告，请分析是什么原因。实验二 离散信号与系统S1 信号、系统及系统响应1、实验目的（1）掌握几种基本典型数字信号在Matlab中的实现。（2）掌握序列的基本操作。（3）熟悉时域离散系统的基本特征。（4）利用卷积求线性时不变系统的输出序列。2、实验器材 PC机；MATLAB语言环境3、实验原理 在数字信号处理中，所有的信号都是离散（时间）信号，数字信号是通过对模拟信号进行取样得到的。图1-1是模拟信号数字化处理的简化框图。模拟信号先转换成数字信号，经过一定的处理之后，再还原成模拟信号输出。 图1-1对模拟

12、信号x(t)进行采样得到的信号为，其中：； 令：； 采样定理采样与重构 （1）对连续信号进行等间隔采用形成采样信号，采样信号的频谱是原连续信号的频谱以采样频率为周期进行周期延拓形成的，满足公式(1-1)： (1-1) （2）设连续信号为带限信号，其最高截止频率为，如果采样角频率，那么让采样信号通过一个增益为T，截止频率为的理想低通滤波器，可以唯一的恢复出连续信号，否则将发生频谱混叠，导致信号失真。在线性时不变系统中，若系统的输入为x(n)，系统的单位脉冲响应为h(n),则系统的输出为：；其对应的频域特性为：。为了在数字计算机上观察分析各种序列的频域特性，通常对在上进行M点采样来观察分析。对长度

13、为N的有限长序列x(n),有： ，其中 ，k=0,1,M-1通常M应取大一些，以便观察谱的细节变化。为幅频特性函数。4、实验内容与步骤（1）、认真复习时域离散信号与系统的基本理论，包括几种典型的基本信号、采样定理、线性卷积、序列的傅立叶变换及其性质；（2）、离散时间信号的表示licheng01.mn=-2:6;x=1,0.5,1,2.5,3,2,0.8,2,3;stem(n,x);运行结果图如图1-1 图1-1 若要表示具有特定采样频率的信号，需定义时间轴向量。例如： 当f1=50Hz，f2=120Hz，fs=1000Hz对信号进行采样，得： 用matlab仿真结果图形见图1-2，其实现程序如

14、下：f1=50;f2=120;fs=1000;t=0:1/fs:1; n=t*fs;x=sin(2*pi*f1*t)+2*sin(2*pi*f2*t);subplot(2,1,1);plot(t(1:50),x(1:50);subplot(2,1,2);stem(t(1:50),x(1:50) 图1-2 单位脉冲序列delta.mfunction y=delta(n1,n0,n2) %绘制信号if(n0n2) error(argument must satisfy n1n0n2)endn=n1:n2;y=(n-n0)=0stem(n,y)在matlab中调用该子程序，输入delta(0,2,5

15、),得到x(n)=(n-2)的图形1-3： 图1-3 单位阶跃序列stepseq.mfunction x,n=stepseq(n1,n0,n2) %绘制if(n0n2)|(n1n2) error(arguments must satisfy n1=n0=0;stem(n,x) 调用该子程序，输入stepseq(0,2,5),x(n)=u(n-2)的图形1-4： 图1-4 实现的时域及频域图形,可由如下命令实现,所得时域图形如图1-5以及频域图形1-6。 是绝对可和的，所以其傅立叶变换存在： 其matlab 实现程序如下：n=0:1:10;h=(0.5.n).*stepseq(0,1,10);

16、%产生信号stem(n,h) %在图形窗口中绘制信号w=0:1:500*2*pi/500;H=0.5./(exp(j*w)-0.5*ones(1,501); %信号的傅立叶变换表达式magH=abs(H);angH=angle(H); %计算信号的幅频特性和相频特性subplot(1,2,1); plot(w/pi,magH);xlabel(以pi为单位的频率);title(h信号的幅频特性);subplot(1,2,2);plot(w/pi,angY);xlabel(以pi为单位的频率);title(h信号的相频特性);图1-5图1-6 模拟信号数字化处理（采样定理）： 对， 进行采样，得到

17、序列 ， 绘制，其实现过程如下，运行结果见图1-7%模拟信号Dt=0.00005;t=-0.005:Dt:0.005;xa=exp(-1000*abs(t);%连续时间傅立叶变换Wmax=2*pi*2000;K=500;k=0:1:K; W=k*Wmax/K;Xa=xa*exp(-j*t*W)*Dt; Xa=real(Xa);W=-fliplr(W),W(2:501);Xa=fliplr(Xa),Xa(2:501);figure(1)subplot(2,1,1);plot(t*1000,xa,r);xlabel(t in msex);ylabel(xa(t)title(Analog Signa

18、l)subplot(2,1,2);plot(W/(2*pi*1000),Xa*1000,r);xlabel(Frequency in KHz);ylabel(Xa(jw)*1000);title(Continuous - time Fourier Transform);若取样频率为5KHz,绘制其曲线，其实现程序如下，运行结果如图1-8。%离散时间信号Ts=0.0002;n=-25:1:25;x=exp(-1000*abs(n*Ts);%离散时间傅立叶变换K=500;k=0:1:K;w=pi*k/K;X=x*exp(-j*n*w);X=real(X);w=-fliplr(w),w(2:K+1)

19、;X=fliplr(X),X(2:K+1);figure(1)subplot(2,1,1);plot(t*1000,xa,r);xlabel(t in msec.);ylabel(x1(t);title(discrets Signal);hold onstem(n*Ts*1000,x); hold off;subplot(2,1,2);plot(w/pi,X,r);xlabel(Frequency in pi units);ylabel(X1(w)title(Discrete-time Fourier Transform)legend(Ts=0.2 msec)当取样频率为1KHz时，其频谱特性

20、见图1-9。 图1-7 图1-8 图1-95、实验结果及分析（1）要求绘制出各信号曲线图，并分析各信号的特征；（2）令取样频率为1KHZ，即T=1ms，绘制与的异同；（3）令取样频率为2KHZ，比较与的异同；（4）令取样频率为5KHZ，比较与的异同；（3）通过实验图形数据，分析不同采样频率对信号的影响。6、思考题（1）、数字角频率与模拟角频率的之间的关系如何？他们之间是怎样进行转换的？（2）、采样频率与信号是否失真之间的关系，怎样确保信号经过处理后能够不失真的恢复?（3）、如何实现序列的加法、乘法、移位以及折叠运算？S2 卷积定理1、 目的要求（1）掌握线性时不变系统的输入和输出之间的关系；（

21、2）掌握卷积运算的求解过程；（3）进一步熟悉CCS的配置过程；（4）了解在硬件平台上如何实现卷积运算。2、 实验器材PC 机一台，TMS320VC5402 DSK 一套，ICETEK-5100PP 一个，TMS320VC5402 B 板一套3、 实验原理（1）、卷积的基本原理和公式卷积和:对离散系统卷积和也是求线性时不变系统输出响应零状态响应的主要方法，卷积和的运算在图形表示上可分为四步：翻褶: 先在哑变量坐标m上作出x(m)和h(m) 将m=0 的垂直轴为轴翻褶成h(-m)移位: 将h(-m)移位n 即得h(n-m) 当n 为正整数时右移n 位当n 为负整数时左移n 位相乘: 再将h(n-m

22、)和x(m)的相同m 值的对应点值相乘相加: 把以上所有对应点的乘积叠加起来即得y(n)值,依上法取n= ,-2,-1,0,1,2,3, 各值即可得全部y(n)值。（2）、GEL 文件的作用GEL 是修改变量的另一种方法，该方法使用一种扩展语言GEL 来创建可修改变量的小窗口，GEL文件是一种类似于C 语言的文件，它提供给用户一种配置管理和使用CCS 高级能力的接口。（3）、说明使用的GEL 函数及功能、 menuitem 菜单名称dialog funcName( paramName1 param1definition, paramName2 param2definition, .)state

23、mentsparamName1-6 使用的功能的参数名称param1 definition 在GEL 窗口中显示描写的参数名称，这个GEL 函数的功能是提示你进行参数的输入。、slider param_definition( minVal, maxVal, increment,pageIncrement, paramName )statementsparam_definition：在slider 中描述的参数描写minVal ：参数规定的最低的数值参数为整数常数maxVal： 参数规定的最高的数值参数为整数常数increment： 滑块中相邻的两个数值之间的距离参数为整数常数pageIncre

24、ment： 滑块中每次移动的长度参数为整数常数paramName： 使用的功能的参数定义这个函数的功能是利用生成的滑块来控制程序中的某个变量的数值。变量的值随滑块指针的改变而改变、说明自编GEL 函数和程序变量的关联及功能Ain( )函数控制的是程序中的ain 变量，而ain 变量控制的是输出波形y 轴上的值的大小Sk( )函数控制的是程序中的m变量，而m 变量控制的是从第二个输入波形中取多少个点来作为初始数值进行运算Zhy( )函数控制的是程序中的n 变量而n 变量控制的是输出波形的位移量（4）、程序的自编函数及其功能processing1(int *input2, int *output2

25、)调用形式：processing1(int *input2, int *output2)参数解释：intput2, output2 为两个整型指针数组。返回值解释：返回了一个TREN, 让主函数的while 循环保持连续.功能说明：对输入的input2 buffer 波形进行截取m 点，再以零点的Y 轴为对称轴进行翻褶，把生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT2 指针开始的一段地址空间中。processing2(int *output2, int *output3)调用形式：processing2(int *output2, int *output3)参数解释：output2，output3

26、 为两个整型指针数组返回值解释：返回了一个TREN 让主函数的while 循环保持连续功能说明：对输出的output2 buffer 波形进行作n 点移位，然后把生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT3 指针开始的一段地址空间中。processing3(int *input1,int *output2,int *output4)调用形式：processing3(int *input1,int *output2,int *output4)参数解释：output2 output4 input1 为三个整型指针数组。返回值解释：返回了一个TREN 让主函数的while 循环保持连续功能说明：对输入

27、的input2 buffer 波形和输入的input1 buffer 作卷积和运算然后把生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT4 指针开始的一段地址空间中。processing4(int *input2,int *output1)调用形式：processing4(int *input2,int *output1)参数解释：output1 input2 为两个整型指针数组返回值解释：返回了一个TREN 让主函数的while 循环保持连续功能说明：对输入的input2 buffer 波形截取m点，然后把生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT1 指针开始的一段地址空间中。（5）、实现程序框图4、

28、 实验内容与步骤（1）如果你连接了TMS320VC5402 DSK, 要先把5402DSK 上的194-BMST 的五六腿置为OFF， 其余六个腿置为ON，实验步骤如下：双击桌面上的Setup CCS C5000 1.20 图标，打开CC_Setup 配置程序在Import Configuration 对话框中点击clear system configuration，选择Y 清除CCS 设置在左面的列表框中单击在列表框“Available Configurations”中加亮“ICETEK-5100 USB Emulator”选项。单击右边Add to system configuration

29、 按钮，把设置加入CCS_Setup 中。单击close， 关闭Import Configuration 对话框。单击file 菜单下save 选项，保存设置。退出设置程序可以进入CCS。在安装目录相应位置的myprojects 目录下创建dskvolume 子目录。从光盘“卷积实验”目录下拷贝所有文件到新建的文件夹。从c:tic5400dsk lib 目录中拷贝drv5402.lib和dsk5402.lib 库文件, 从c:tic5400cgtoolslib 目录中拷贝rts.lib 库文件到新建的文件夹。单击开始选单选择程序在C5402 DSK Development Tools 组中,选

30、择CCStudio 图标,启动Code Composer Studio 或者单击桌面上CCStudio图标。注意：如果你在运行CCS 时返回错误信息，请确认在安装了软件之后按照Quick Start Guide 设置了Code Composer Studio。在Code Composer Studio 主界面中打开Project选单，选择New 选项在Save New Project 对话框中选择刚刚建立的工作目录，在文件名编辑框中输入volume 为项目名称建立工程项目文件volume.mak。打开Project 选单选择Add file to project，在随后打开的窗口中选择volume.c ，并按打开按钮。打开Project 选单，选择Add file to pr