基于TMS320C54x_DSP的函数发生器的设计

一、 设计目的：
1、 了解数字波形产生的原理；
2、 学习用DSP产生各种波形的基本方法和步骤；
3、 掌握DSP与D/A转换器接口的使用。
二、 设计设备
计算机、DSP仿真器、ZSEED-DTK6713实验箱、20M示波器
三、 设计原理
波形产生是DSP的重要应用之一。而正弦信号发生器的设计则是波形产生应用的一个重要方面，它在通信领域有着广泛的应用。
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。
本次主要用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。
产生正弦波的算法
正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式：
 
 
 
 
 
取泰勒级数的前5项，得近似计算式：
 
 
 
 
 
 
 
 
 
递推公式：
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,需要已知cos(x)、sin(n-1)x、sin(n-2)x和cos(n-2)x。
为了减少使用的存储器，可以采用正弦信号的对称性，复制90～180度的正弦值和180～360度的正弦值。
余弦信号的产生同样可以采用多种方法产生。一是采用公式计算得到，二是采用正弦信号变换得到。
方波信号产生可以通过轮流输出两个不同大小的数值通过A/D转换得到。
四、 设计内容
 本设计题目以TMS320C54x DSP为目标器件，设计并实现基于迭代法的“正弦序列生成”算法及其DSP程序。
设计步骤：
1、 熟悉正弦信号发生器的算法以及在DSP系统的实现
2、 熟悉A/D转换的原理及实验箱的链接
3、 掌握A/D转换的程序的编写
4、 编写DSP的正弦信号发生器的程序
5、 编写定时程序产生100HZ、1KHZ、10KHZ的正弦、余弦以及100K、1M的方波信号，每种类型的波形单周期360个点。
6、 编写按键程序，控制输出。用三个拨码开关对DSP进行输入，输入的0～7对应的8种不同的波形。
7、 用示波器观察各个波形
8、 分析波形失真的原因。
五、 实验步骤
1. 熟悉本实验原理。
2. 阅读本实验样例程序。
3. 依次连接主板上的PC10、PC11、TP32到PC15、PC16、GND；依次连接主板上的PC13、PC14、M58到插板上的DJ0、DJ1、S12。
4. 将计算机与ZSEED-DTK6713实验箱通过并口P1相连。
5. 运行CCS软件客户软件\DSP程序\test19，通过插板上的JP1，JP2，JP3来选择不同的波形。
6. 用示波器观察DA0的输出波形。
 
六、设计的硬件结构框图
 
 
 
 
 
七、 实验代码
   先计算0～45°（间隔为0.5°）的sin和cos值，在利用sin2a=2sina*cosa求出sin值（间隔为1°）。然后，通过复制，获得0～359°的正弦值。重复向PA口输出，便可得到正弦波。
 
 

 
 

  .mmregs
.global main
.def start
.ref d_xs,d_sinx,d_xc,d_cosx,sinx,cosx
sin_x:     .usect "sin_x",360
cos_x:     .usect "cos_x",360
fangbo:  .usect "fangbo",360
STACK:     .usect "STACK",10H
k_theta   .set 286
TIM0 .set 0024H
PRD0 .set 0025H
TCR0 .set 0026H
PA    .set 0100H


.text
start:     
 ;产生正弦波数据
       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
       CALL   cosx
       LD     #d_sinx,DP
       LD     @d_sinx,16,A
       MPYA   @d_cosx
       STH      B,1,*AR6+
       MAR      *AR1+0
loop1: STM     #sin_x+89,AR7
       STM      #88,BRC
       RPTB   loop2-1
       LD     *AR7-,A
       STL      A,*AR6+
loop2:    STM      #179,BRC
       STM      #sin_x,AR7
       RPTB   loop3-1
       LD     *AR7+,A
       NEG      A
       STL      A,*AR6+
loop3:STM    #sin_x+89,AR6
   STM      #cos_x,AR7
         STM      #269,BRC             
         RPTB   lcos-1          
         LD     *AR6+,A
       STL      A,*AR7+
lcos:    STM      #sin_x,AR6
      STM      #89,BRC             
         RPTB   loop4-1          
         LD     *AR6+,A
       STL      A,*AR7+
 
;产生方波数据
 
loop4: STM   #fangbo,AR6
       STM      #179,BRC             
        RPTB    lfangbo-1          
        LD      #7FFFH,A
       STL      A,*AR6+
lfangbo:
STM      #179,BRC             
        RPTB    main-1          
        LD      #0H,A
       STL      A,*AR6+
 
main:  
STM   #0,SWWSR
STM #STACK+10H,SP
STM #3FA0H,PMST
STM #0010H,TCR0
STM #0260H,TCR0
STM #0008H,IFR
STM #0008H,IMR
RSBX INTM
 
PORTR   PA,*AR2
      
       LD *AR2,A
       AND #01B,A
       BC fangbo_1m,ANEQ
       LD *AR2,A
       AND #010B,A
       BC fangbo_100k,ANEQ
       LD *AR2,A
       AND #0100B,A
       BC sin_10k,ANEQ
       LD *AR2,A
       AND #01000B,A
       BC sin_1k,ANEQ
       LD *AR2,A
       AND #010000B,A
       BC sin_100,ANEQ
       LD *AR2,A
       AND #0100000B,A
       BC cos_10k,ANEQ
       LD *AR2,A
       AND #01000000B,A
       BC cos_1k,ANEQ
       LD *AR2,A
       AND #10000000B,A
       BC cos_100,ANEQ
      
end: B end
 
 
fangbo_1m:
STM #10,TIM0
STM #10,PRD0
STM #fangbo,AR3
B main
fangbo_100k:
STM #110,TIM0
STM #110,PRD0
STM #fangbo,AR3
B main
sin_10k:
STM #2,TIM0
STM #2,PRD0
STM #sin_x,AR3
B main
sin_1k:
STM #30,TIM0
STM #30,PRD0
STM #sin_x,AR3
B main
sin_100:
STM #306,TIM0
STM #306,PRD0
STM #sin_x,AR3
B main
cos_10k:
STM #2,TIM0
STM #2,PRD0
STM #sin_x,AR3
B main
cos_1k:
STM #30,TIM0
STM #30,PRD0
STM #sin_x,AR3
B main
cos_100:
STM #306,TIM0
STM #306,PRD0
STM #sin_x,AR3
B main

 
;定时器中断输出
TINT_T0:
        STM      #1,AR0
        STM       #360,BK       

loop: PORTW *AR3+0%,PA
B loop
RETE
 
 
 

 
sinx:                               
        .def  d_xs,d_sinx
       
        .data
table_s    .word 01c7h           ;c1=1/(8*9)
        .word 030bh           ;c2=1/(6*7)
        .word 0666h           ;c3=1/(4*5)
        .word 1556h           ;c4=1/(2*3)
coef_s   .usect   "coef_s",4
d_xs    .usect   "sin_vars",1
squr_xs    .usect   "sin_vars",1
temp_s .usect   "sin_vars",1
d_sinx .usect   "sin_vars",1
l_s     .usect   "sin_vars",1
       .text
       SSBX   FRCT
       STM      #coef_s,AR5
       RPT      #3
       MVPD   #table_s,*AR5+
       STM      #coef_s,AR3
       STM      #d_xs,AR2
       STM      #l_s,AR4
       ST     #7FFFH,l_s
       SQUR   *AR2+,A
       ST     A,*AR2
       ||LD   *AR4,B
       MASR   *AR2+,*AR3+,B,A
       MPYA   A
       STH      A,*AR2
       MASR   *AR2-,*AR3+,B,A
       MPYA   *AR2+
       ST     B,*AR2
       ||LD   *AR4,B
       MASR   *AR2-,*AR3+,B,A
       MPYA   *AR2+
       ST     B,*AR2
       ||LD   *AR4,B
       MASR   *AR2-,*AR3+,B,A
       MPYA   d_xs
       STH      B,d_sinx
       RET
 
 
cosx:
        .def  d_xc,d_cosx
        .data
table_c    .word 0249h          ;c1=1/(8*7)
        .word 0444h           ;c2=1/(6*5)
        .word 0aabh           ;c3=1/(4*3)
        .word 4000h           ;c4=1/(2*1)       
coef_c .usect   "coef_c",4
d_xc    .usect   "cos_vars",1
squr_xc    .usect   "cos_vars",1
temp_c .usect   "cos_vars",1
d_cosx .usect   "cos_vars",1
l_c     .usect   "cos_vars",1
       .text
       SSBX   FRCT
       STM      #coef_c,AR5
       RPT      #3
       MVPD   #table_c,*AR5+
       STM      #coef_c,ar3
       STM      #d_xc,AR2
       STM      #l_c,AR4
       ST     #7FFFH,l_c
       SQUR   *AR2+,A
       ST     A,*AR2
       ||LD   *AR4,B
       MASR   *AR2+,*AR3+,B,A
       MPYA   A
       STH      A,*AR2
       MASR   *AR2-,*AR3+,B,A
       MPYA   *AR2+
       ST     B,*AR2
       ||LD   *AR4,B
       MASR   *AR2-,*AR3+,B,A
       SFTA   A,-1,A
       NEG      A
       MPYA   *AR2+
       MAR      *AR2+
       RETD
       ADD      *AR4,16,B
       
       STH      B,*AR2
       RET
 
        .sect ".vectors"
 
        .align  0x80           ; must be aligned on page boundary
 
RESET:                          ; reset vector
        BD main                 ; branch to C entry point
        STM #200,SP             ; stack size of 200
nmi:    RETE                  ; enable interrupts and return from one
       NOP
       NOP
       NOP                              ;NMI~
 
   ; software interrupts
sint17 .space 4*16
sint18 .space 4*16
sint19 .space 4*16
sint20 .space 4*16
sint21 .space 4*16
sint22 .space 4*16
sint23 .space 4*16
sint24 .space 4*16
sint25 .space 4*16
sint26 .space 4*16
sint27 .space 4*16
sint28 .space 4*16
sint29 .space 4*16
sint30 .space 4*16
 
int0:   RETE
                NOP
                NOP
                NOP
int1:   RETE
                NOP
                NOP
                NOP
int2:   RETE
                NOP
                NOP
                NOP
tint:   B   TINT_T0
                NOP
                NOP
                NOP
rint0:  RETE
                NOP
                NOP
                NOP
xint0:  RETE
                NOP
                NOP
                NOP
rint1:  RETE
                NOP
                NOP
                NOP
xint1:  RETE
                NOP
                NOP
                NOP
int3:   RETE
                NOP
                NOP
                NOP
                .end

2、cmd文件代码如下：说明系统中有哪些可用存储器、程序段、堆栈及复位向量和中断向量等安排在什么地方。其中MEMORY段就是用来规定目标存储器的模型，通过这条指令，可以定义系统中所包含的各种形式的存储器，以及它们占据的地址范围；SECTIONS段说明如何将输入段组合成输出段以及在可执行文件中定义输出段、规定输出段在存储器中的位置等。
        -c
boxing.obj
-o  boxing.out
-m  boxing.map
-e start
 
MEMORY
{
PAGE 0: EPROM :origin=0E000h,length=1000h
          VECS     :origin=0FF80h,length=0080h
PAGE 1: SPRAM :origin=0060h,length=0020h
   DARAM1 :origin=0080h,length=0010h
   DARAM2 :origin=0090h,length=0010h
   DARAM3 :origin=0200h,length=0600h
  
}
SECTIONS
{
.text : {}>EPROM PAGE 0
.data   :   {}>EPROM PAGE 0
STACK : {}>SPRAM PAGE 1
sin_vars:   {}>DARAM1 PAGE 1
coef_s :   {}>DARAM1 PAGE 1
    cos_vars: {}>DARAM2 PAGE 1
    coef_c : {}>DARAM2 PAGE 1
    sin_x :   align(512){} >DARAM3 PAGE 1
    cos_x :   align(512){} >DARAM3 PAGE 1
    fangbo :   align(512){} >DARAM3 PAGE 1
    .vectors: {}>VECS   PAGE 0
   
 }   
 
八、 设计结果以及结果分析

在装有ccs软件的计算机上进行调试仿真，首先在仿真平台上配置好仿真平台，然后将以上代码输入代码编辑器，通过调试可得出实验所要求的波形。正弦波形图如下：

余弦波形图如下：
 

方波图形如下：
三种波形的图如下：
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
九、实验总结
通过本次课程设计，虽然设计的过程中遇到很多很难的问题，但是通过上网查找和向其他同学请教，不但解决所遇到的问题，而且还大大促进了设计进程。并在过程中进一步提高自身的创作能力和创新水平，巩固理论基础学习，扩展学习能力。另一方面通过此次课程设计，基于课程理论知识和网上资料，使我对数字信号处理课程和利用CCS软件编程的数字信号处理方法有了进一步的了解。在理论课的基础上进行实验实习，是对本门课程的深入学习和掌握，在以后的工作学习中，数字信号的处理都是采用计算机仿真的方法进行测试，因此，掌握基于计算机的数字信号处理方法对以后的工作和学习有很大的帮助。这样一个课程设计对我们的发展有着极大的帮助！