DSP课程设计正弦波信号发生器报告.docx

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DSP课程设计正弦波信号发生器报告

DSP原理及应用

课程设计

设计题目：

正弦波信号发生器

学校：

学院：

专业班级：

姓名：

学号：

同组人：

、

设计题目

正弦波信号发生器

设计目的

学会使用CCS（CodeComposerStudio）集成开发环境软件，在此集成开发环境下完成工程项目创建，程序编写，编译，链接，调试以及数据的分析。

同时完成一个正弦波信号发生器的程序的编写，并在集成开发环境下进行模拟运行，观察结果。

设计内容

编写一个产生正弦波信号的程序，在CCS软件下进行模拟运行，观察输出结果。

设计原理

正弦波信号发生器已被广泛地应用于通信、仪器仪表和工业控制等领域的信号处理系统中。

通常有两种方法可以产生正弦波，分别为查表法和泰勒级数展开法。

查表法是通过查表的方式来实现正弦波，主要用于对精度要求不很高的场合。

泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值，且只需要较小的存储空间。

本次课程设计只要使用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。

1.产生正弦波的算法

在高等数学中，正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式为

若要计算一个角度x的正弦和余弦值，可取泰勒级数的前5项进行近似计算。

由上述两个式子可以推导出递推公式，即

sin（nx）=2cos（x）sin[（n-1）x]-sin[（n-2）x]

cos（nx）=2cos（x）sin[（n-1）x]-cos[（n-2）x]

由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时，不仅需要已知cos（x），而且还需要sin[（n-1）x]、sin[（n-2）x]和cos[（n-2）x]。

2.正弦波的实现

计算一个角度的正弦值

利用泰勒级数的展开式，可计算一个角度x的正弦值，并采用子程序的调用方式。

在调用前先在数据存储器d_xs单元中存放x的弧度值，计算结果存放在d_sinx单元中。

实现计算一个角度的正弦值的程序片段如下：

sinx:

.defd_xs,d_sinx

.data

table_s.word01C7H;C1=1/（8*9）

.word030BH;C2=1/（6*7）

.word0666H;C3=1/（4*5）

.word1556H;C4=1/（2*3）

d_coef_s.usect"coef_s",4

d_xs.usect"sin_vars",1

d_squr_xs.usect"sin_vars",1

d_temp_s.usect"sin_vars",1

d_sinx.usect"sin_vars",1

d_l_s.usect"sin_vars",1

.text

SSBXFRCT

STM#d_coef_s,AR5;movecoeffstable_s

RPT#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=x^2

STA,*AR2;（AR2）=x^2

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2+,*AR3+,B,A;A=1-x^2/72,T=x^2

MPYAA;A=T*A=x^2（1-x^2/72）

STHA,*AR2;（d_temp）=x^2（1-x^2/72）

MASR*AR2-,*AR3+,B,A

;A=1-x^2/42（1-x^2/72）;T=x^2（1-x^2/72）

MPYA*AR2+;B=x^2（1-x^2/42（1-x^2/72））

STB,*AR2

;（d_temp）=x^2（1-x^2/42（1-x^2/72））

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2-,*AR3+,B,A

;A=1-x^2/20（1-x^2/42（1-x^2/72））

MPYA*AR2+

;B=x^2（1-x^2/20（1-x^2/42（1-x^2/72）））

STB,*AR2;（d_temp）=B

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2-,*AR3,B,A

;A=1-x^2/6（1-x^2/20（1-x^2/42（1-x^2/72）））

MPYAd_xs;B=x（1-x^2/6（1-x^2/20（1-x^2/42（1-x^2/72））））

STHB,d_sinx;sin（theta）

RET

计算一个角度的余弦值

利用余弦函数展开的泰勒级数的前五项计算一个角度的余弦值，可采用子程序的调用方式来实现。

调用前先将x弧度值放在数据存储器d_xc单元中，计算结果存放在d_cosx单元中。

实现计算一个角度的余弦值的程序片段如下：

cosx:

.defd_xc,d_cosx

d_coef_c.usect"coef_c",4

.data

table_c.word0249H;C1=1/（7*8）

.word0444H;C2=1/（5*6）

.word0AABH;C3=1/（3*4）

.word4000H;C4=1/2

d_xc.usect"cos_vars",1

d_squr_xc.usect"cos_vars",1

d_temp_c.usect"cos_vars",1

d_cosx.usect"cos_vars",1

c_l_c.usect"cos_vars",1

.text

SSBXFRCT

STM#d_coef_c,AR5;movecoeffstable_c

RPT#3

MVPD#table_c,*AR5+

STM#d_coef_c,AR3

STM#d_xc,AR2

STM#c_l_c,AR4

ST#7FFFH,c_l_c

SQUR*AR2+,A;A=x^2

STA,*AR2;（AR2）=x^2

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2+,*AR3+,B,A;A=1-x^2/56,T=x^2

MPYAA;A=T*A=x^2（1-x^2/56）

STHA,*AR2;（d_temp）=x^2（1-x^2/56）

MASR*AR2-,*AR3+,B,A;A=1-x^2/30（1-x^2/56）

;T=x^2（1-x^2/56）

MPYA*AR2+;B=x^2（1-x^2/30（1-x^2/56））

STB,*AR2

;（d_temp）=x^2（1-x^2/30（1-x^2/56））

||LD*AR4,B;B=1

MASR*AR2-,*AR3+,B,A

;A=1-x^2/12（1-x^2/30（1-x^2/56））

SFTAA,-1,A;-1/2

NEGA

MPYA*AR2+;B=-x^2/2（1-x^2/12（1-x^2/30（1-x^2/56）））

MAR*AR2+

RETD

ADD*AR4,16,B;B=-x^2/2（1-x^2/12（1-x^2/30（1-x^2/56）））

STHB,*AR2;cos（theta）

RET

正弦波的实现

利用计算一个角度的正弦值和余弦值程序可实现正弦波。

其实现步骤如下：

第一步：

利用sin_start和cos_start子程序，计算

（间隔为

）的正弦和余弦值；

第二步：

利用sin（2x）=2sin（x）cos（x）公式，计算

的正弦值（间隔为

）；

第三步：

通过复制，获得

的正弦值；

第四步：

将

的正弦值重复从PA口输出，便可得到正弦波。

产生正弦波的程序片段如下:

.mmregs

.defstart

.defd_xs,d_sinx,d_xc,d_cosx,sinx,cosx

sin_x:

.usect"sin_x",360

STACK:

.usect"STACK",10H

k_theta.set286;theta=pi/360（0.5deg）

start:

.text

STM#STACK+10H,SP

STMk_theta,AR0

STM0,AR1

STM#sin_x,AR6

STM#90,BRC

RPTBloop1-1

LDMAR1,A

LD#d_xs,DP

STLA,@d_xs

STLA,@d_xc

CALLsinx;d_sinx=sin（x）

CALLcosx;d_cosx=cos（x）

LD#d_sinx,DP

LD@d_sinx,16,A;A=sin（x）

MPYA@d_cosx;B=sin（x）*cos（x）

STHB,1,*AR6+;AR6----2*sin（x）

MAR*AR1+0

loop1:

STM#sin_x+89,AR7;sin91（deg.）-sin179（deg.）

STM#88,BRC

RPTBloop2-1

LD*AR7-,A

STLA,*AR6+

loop2:

STM#179,BRC;sin180（deg.）-sin359（deg.）

STM#sin_x,AR7

RPTBloop3-1

LD*AR7+,A

NEGA

STLA,*AR6+

loop3:

STM#sin_x,AR6;generatesinwave

STM#1,AR0

STM#360,BK

Bloop3

产生正弦波链接命令文件的程序片段如下：

MEMORY

{

PAGE0:

EPROM:

org=0E000H,len=1000H

VECS:

org=0FF80H,len=0080H

PAGE1:

SPRAM:

org=0060H,len=0020H

DARAM1:

org=0080H,len=0010H

DARAM2:

org=0090H,len=0010H

DARAM3:

org=0200H,len=0200H

}

SECTIONS

{

.text:

>EPROMPAGE0

.data:

>EPROMPAGE0

STACK:

>SPRAMPAGE1

sin_vars:

>DARAM1PAGE1

coef_s:

>DARAM1PAGE1

cos_vars:

>DARAM2PAGE1

coef_c:

>DARAM2PAGE1

sin_x:

align（512）{}>DARAM3PAGE1

.vectors:

>VECSPAGE0

}

在实际应用中，正弦波是通过D/A口输出的。

选择每个正弦周期中的样点数、改变每个样点之间的延迟，就能够产生不同频率的波形，也可以利用软件改变波形的幅度以及起始相位。

总体方案设计

1.总体实现方案

我们知道一个角度为x的正弦和余弦函数，都可以展开为泰勒级数，且其前五项可以看为：

本程序的编程思想是这样的，正弦波的波形可以看为由无数点组成，这些点与

轴的每一个角度值相对应，那么我们可以利用DSP处理器处理大量重复计算的优势来计算，

轴每一点对应的y轴的值（在x轴取360个点来进行逼近），由于程序的编制采用小数形式，其弧度大于1的正弦值得不到，这就对正弦波的产生造成了障碍。

可由于正弦波的特殊的对称形式给程序的编制找到了出口。

的弧度为0.7854<1，即

之间的任意正弦、余弦值可以利用汇编程序得到N又可以利用公式：

得到

之间的正弦值。

而

之间的正弦曲线与

之间的正弦曲线通过

这条轴左右对称，那么就可以得到

的正弦值，而

的正弦曲线的相反数通过

这条轴与

左右对称。

这样

的正弦值也得到了。

一个周期内完整的正弦波就得到了。

正弦波产生的流程图如下：

2.具体实现步骤

本课程设计需要使用C54X汇编语言产生正弦波，并通过CCS的图形显示工具观察波形。

设计分以下几步完成：

启动CCS，操作如下：

1．建立新的工程文件:

点击Project→New，保存文件名为sinx.pjt。

2．建立汇编源程序：

点击File→New→SourceFile菜单命令，打开一个空白文档，将汇编源程序逐条输入后，单击Flie→Save菜单命令，文件类型保存为（*.asm）,单击“保存”按钮，以上汇编程序被存盘。

3．建立连接命令文件：

点击File→New→SourceFile菜单命令，打开一个空白文档，将链接命令文件逐条输入后，单击Flie→Save菜单命令，文件类型保存为（*.cmd）,单击“保存”按钮，以上链接命令文件被存盘。

4．选择Project菜单中的AddFiletoProject选项，将汇编源程序sin.asm和链接定位sin.cmd文件依次添加到工程文件中。

5．选择Project菜单中的Options选项，并选择buildoptions项来修改或添加编译、连接中使用的参数。

选择Linker窗口，在“OutputFilename”栏中写入输出OUT文件的名字，如sin.out，还可以设置生成的map文件名。

6．完成汇编，编译和链接，正确产生.out文件：

点击Project菜单中的Rebuildall，请注意在监视窗口显示的汇编，编译和链接的相关信息。

如果没有错误，将产生sin.out文件；如果有错，在监视窗口以红色字体显示出错误行，用鼠标双击该行，光标跳将至源程序相应的出错行。

修改错误后，重新汇编链接。

7．在Project选项中打开sin.pjt文件,使用Build选项完成编译、连接。

8．使用File菜单中的LoadProgram将OUT文件装入。

然后选择Debug→Run，程序执行过程中可以使用Debug→Halt暂停程序的执行。

9．选择View->Graph->Time/Frequency菜单打开一个图形显示窗口。

将“StartAddress”项改为地址sin_x，将“AcquisitionBufferSize”项设置为360，将“DisplayDataSize”项设置为360，将“DSPDataType”改为“16-bitsignedinteger”。

即将GraphPropertyDialog对话框改为见下图：

这样，将在图形显示窗口中显示从sin_x（首地址）开始的360个点的16位有符号整数的图形。

主要参数

1.sin（theta）=x（1-x^2/2*3（1-x^2/4*5（1-x^2/6*7（1-x^2/8*9））））

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（theta）

源程序

1.产生正弦波程序清单sin.asm：

.title"sin.asm"；为汇编文件取名为“sin.asm”

.mmregs；定义存储器映像寄存器

.def_c_int00

.refsinx,d_xs,d_sinx,cosx,d_xc,d_cosx；定义标号

sin_x:

.usect"sin_x",360；为"sin_x"保留360个存储空间

STACK:

.usect"STACK",10；为堆栈保留10个存储空间

k_theta.set286；theta=pi/360（0.5deg）

PA0.set0

_c_int00

.text；定义文本程序代码段

STM#STACK+10,SP；设置堆栈指针

STMk_theta,AR0；AR0-->K_theta（increment）

STM0,AR1；（AR1）=X（rad）

STM#sin_x,AR6；AR6-->sin（x）

STM#90,BRC；formsin0（deg.）—sin90（deg）

；重复执行块语句（下条语句开始至loop1-1）91次

RPTBloop1-1

LDMAR1,A

LD#d_xs,DP；DPd_xs

STLA,@d_xs；（A）低16位→d_xs

STLA,@d_xc；（A）低16位→d_xc

CALLsinx；调用sinx程序

CALLcosx；调用conx程序

LD#d_sinx,DP；DPd_sinx

LD@d_sinx,16,A；A=sin（x）

MPYA@d_cosx；B=sin（x）*cos（x）

STHB,1,*AR6+；AR6-->2*sin（x）*cos（x）

MAR*AR1+0；修改辅助寄存器AR1

loop1:

STM#sin_x+89,AR7；sin91（deg.）--sin179（deg.）

STM#88,BRC；重复执行下条指令至loop2-1

RPTBloop2-1；处90次

LD*AR7-,A；（（AR7））→A,然后AR7减去1

STLA,*AR6+；（A）低16位→AR6

loop2:

STM#179,BRC；sin180（deg.）--sin359（deg.）

；（BRC）=179,重复执行180次

STM#sin_x,AR7；AR7指向sin_x首地址

RPTBloop3-1；

LD*AR7+,A；（（AR7））→A，然后AR7加1

NEGA；累加器变负

STLA,*AR6+；A低16位→AR6

loop3:

STM#sin_x,AR6；generatesinwaveAR6指向sin_x

STM#1,AR0；AR01

STM#360,BK；BK360

loop4:

PORTW*AR6+0%,PA0；PA0=*AR6+0%,向PA0输出数据

Bloop4；

sinx:

.defd_xs,d_sinx；定义标号d_xs,d_sinx

.data；定义数据代码段

table_s.word01c7h；c1=1/（8*9）

.word030bh；c1=1/（6*7）

.word0666h；c1=1/（4*5）

.word1556h；c1=1/（2*3）

d_coef_s.usect"coef_s",4；为"coef_s"保留4个存储空间

d_xs.usect"sin_vars",1；为d_xs中sin_vars保留1个存储空间

d_squr_xs.usect"sin_vars",1；为d_squr_xs中sin_vars保留1个存储空间

d_temp_s.usect"sin_vars",1；为d_temp_s中sin_vars保留1个存储空间

d_sinx.usect"sin_vars",1；为d_sinx中sin_vars保留1个存储空间

c_l_s.usect"sin_vars",1；为d_xs中sin_vars保留1个存储空间

.text；定义代码开始段

SSBXFRCT；设置FRCT=1以解决冗余符号位

STM#d_coef_s,AR5；AR5指向d_coef_s首地址

RPT#3；重复下条指令4次

MVPD#table_s,*AR5+；table_s中的数复制到AR5指向的单元

STM#d_coef_s,AR3；AR3指向d_coef_s首地址

STM#d_xs,AR2；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中的数值求其平方

STA,*AR2；（A）左移16位→AR2

||LD*AR4,B；（AR4）左移16位→B

MASR*AR2+,*AR3+,B,A；从累加器A中减去（AR2）*（AR3）

MPYAA；操作数与累加器A中高位相乘

STHA,*AR2；（A）高16位→AR2

MASR*AR2-,*AR3+,B,A；从累加器A中减去（AR2）*（AR3）

MPYA*AR2+；AR2指向的数与累加器A的高16位相乘

STB,*AR2；（B）左移16位→AR2

||LD*AR4,B；（AR4）左移16位→B

MASR*AR2-,*AR3+,B,A；从累加器A中减去（AR2）*（AR3）

MPYA*AR2+；与累加器A中高16位相乘

STB,*AR2；（B）左移16位→AR2

||LD*AR4,B；（AR4）左移16位→BMASR*AR2-,*AR3+,B,A；从累加器A中减去（AR2）*（AR3）

MPYAd_xs；d_xs指向的操作数与累加器A中高16位相乘

STHB,d_sinx；（B）高16位→d_sinx

RET；返回

cosx:

.defd_xc,d_cosx；定义标号d_xc,d_cosx

d_coef_c.usect"coef_c",4；为coef_c保留4个存储空间

.data；定义数据代码段

table_c.word0249h；c1=1/（7*8）

.word0444h；c2=1/（6*5）

.word0aabh；c3=1/（3*4）

.word4000h；c4=1/2

d_xc.usect"cos_vars",1；为d_xc中cos_vars保存1个存储单元

d_squr_xc.usect"cos_vars",1；为d_squr_xc中cos_vars保存1个存储单元

d_temp_c.usect"cos_vars",1；为d_temp_c中cos_vars保存1个存储单元

d_cosx.usect"cos_vars",1；为d_cosx中cos_vars保存1个存储单元

c_l_c.usect"cos_vars",1；为c_l_c中cos_vars保存1个存储单元

.text；定义文本代码段

SSBXFRCT；FRCT=1以清除冗余符号位

STM#d_coef_c,AR5；AR5指向d_coef_c首地址

RPT#3；重复下条指令4次

MVPD#table_c,*AR5+；把table_c中的数复制到中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