第8章应用系统设计举例

B 1
C sin(T )
其振荡频率由系数A、B和C来决定。因此，设计振荡器主要就
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器 设初始值为0，数字振荡器的二阶差分方程形式为：
y[k ] Ay[k 1] By[k 2] Cx[k 1]
利用单位冲击函数性质，即仅当k=1时，x[k－1]=1，得：
为了便于定点DSP处理， 将所有系数除以2，用16位定点表示：
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器
定时器的初值计算
要求：定时器产生25s时间间隔，获得40kHz的采样频率。
定时器的初值计算由下式决定
f clk fS (TDDR 1)(PRD 1)
式中 f clk 为DSP时钟频率， f S 为采样频率。
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器
内存定位文件清单如下：
MEMORY { PAGE 0： VEC： origin = 1000h， length = 0ffh PROG： origin = 1100h， length = 8000h PAGE 1： DATA： origin = 080h， length = 0807fh
第8章：应用系统设计举例——设计基本步骤
第8章：应用系统设计举例——设计基本步骤
8.1 DSP应用系统设计基本步骤
一个DSP应用系统设计包括硬件设计和软件设计两 部分。 硬件设计又称为目标板设计，考虑算法需求分析和 成本、体积、功耗核算等。 软件设计是指设计包括信号处理算法的程序，用DSP 汇编语言或通用的高级语言(C/C++)编写出来并进行调 试。这些程序要放在DSP片内或片外存储器中运行，在 程序执行时，DSP会执行与DSP外围设备传递数据或互相 控制的指令。 DSP的软件与硬件设计调试是密不可分的。
k 0 k 1 k 2 k 3 k n
y[0] Ay[1] By[2] 0 0 y[1] Ay[0] By[1] C C y[2] Ay[1] By[0] 0 Ay[1] y[3] Ay[2] By[1] y[n] Ay[n 1] By[n 2]
} SECTIONS {
.text > PROG PAGE 0 .cinit > PROG PAGE 0 .switch > PROG PAGE 0 .int_table > VEC PAGE 0 .data > DATA PAGE 1 .bss > DATA PAGE 1 .const > DATA PAGE 1 .sysmem > DATA PAGE 1 .stack > DATA PAGE 1 }
3. 中断初始化
包括设置中断总开关和中断屏蔽寄存器，修改中断向量表
的入口地址。中断初始化程序代码片断： LD LD #0，DP #vector, A ；设置DP页指针
SSBX INTM
；关闭所有中断
；读出中断向量(地址vector在中断 向量表程序中定义)
AND #0FF80h, A
OR PMST, A ；保留PMST的低7位 ；设置PMST(其中包括IPTR) ；开所有中断 STLM A,PMST RSBX INTM
POPD y1
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器 2. 初始化定时器程序
STM #10h，TCR STM #2499，PRD STM #20h，TCR ；停止定时器 ；设置PRD寄存器值为2499，
TINT中断频率为40KHz
；重新装入TIM和PSC，启动定时器
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器
矩形窗
Hanning窗 Blackman窗 Kaiser窗 • DSP设计者可以利用功能强大的MATLAB工具很方便的设计 出逼近理想特性的FIR滤波器。 • 然后将FIR系数放入DSP程序中。
第8章：应用系统设计举例—— 8.3.2 FIR滤波器的DSP实现
•FIR滤波器的输出表达式为
FIR数字滤波器
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器
递归的差分方程系数为：
fd 2 A 2cos T 2cos 2 2cos 2 2 0.95105652 fs 40
B 1
fd 2 C sin T sin 2 sin 2 0.58778525229 fs 40
当k>2，y[k]能用y[k－1]和y[k－2]算出，递归的差分方程。
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器
8.2.2 正弦波信号发生器的设计
要求：设计产生频率为 fd 2kHz 的正弦波； 采用定时中断的方法输出y[n] ，再经过D/A和滤波后输
出连续的正弦波；
设采样率为 fS 40kHz (即通过定时器中断，每隔25s产生一个y[n])。
y[n] b0 x[n] b1 x[n 1] bn-1 x[n N 1]
• 不断地对输入样本进行n－1延时后，再进行乘法累加。 • C54x通过两种方法实现FIR滤波器的延迟线: 1. 线性缓冲区法 2. 循环缓冲区法
3.系数对称FIR滤波器的实现方法
第8章：应用系统设计举例—— 1. 线性缓冲区法(又称延迟线法)
FIR数字滤波器
• 实现N阶FIR滤波器，需要在数据存储器中开辟一个N单元的 缓冲区(滑窗)，用来存放最新的N个输入样本。
• DSP每计算一个输出值，都需要读取N个样本并进行N次乘
法和累加; • 每当读取一个样本后，将此样本向后移动，读完最后一个样
本后，最老的样本被推出缓冲区，输入最新样本存入缓冲区的
注意：用线性缓冲区实现运算时，缓冲区的数据需要移动，这
样在一个机器周期内需要一次读和一次写操作。因此，线性缓 冲区只能定位在DARAM中。
第8章：应用系统设计举例——
FIR数字滤波器
线性缓冲区法实现FIR滤波器的汇编语言程序设计 .title "FIR1.ASM" .mmregs .def start X .usect "x",7 ；自定义数据空间 PA0 .set 0 PA1 .set 1 .data COEF:.word 1*32768/10 ；定义b6 .word 2*32768/10 ；定义b5 .word -4*32768/10 ；定义b4 .word 3*32768/10 ；定义b3 .word -4*32768/10 ；定义b2 .word 2*32768/10 ；定义b1 .word 1*32768/10 ；定义b0 .text
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器
8.2 正弦信号发生器
用DSP实现正弦信号发生器的基本方法有三种：
(1) 查表法。即将某个频率的正弦/余弦值计算出来后制成一个表， DSP工作时仅作查表运算即可。这种方法适用于信号精度要 求不是很高的情况。当对于信号的精度要求较高时，其信号 采样点的个数增多，占用的存储器空间也将增大。 (2) 泰勒级数展开法。与查表法相比，需要的存储单元少，但是 泰勒级数展开一般只能取有限次项，精度无法得到保证。 (3) 迭代法。利用数字振荡器通过迭代方法产生正弦信号。
顶部。 •优点：线性缓冲区法具有存储器中新老数据位置直观明了。
第8章：应用系统设计举例——
FIR数字滤波器
N=8的线性缓冲区: 顶部为低地址单元，存放最新样本， 底部为高地址单元，存放最老样本; AR1被用作间接寻址的数据缓冲区的辅助寄存器，指向最老样本单元。 AR2被用作间接寻址的系数区的辅助寄存器。
；在保存结果时左移一位，恢复数据正常大小
MVDD y2,y1 STH A, y0 NOP RETE
；y1=y2 ；将新正弦数据存入y0
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器
要获得完整的程序，必须有中断向量表文件和内存定位文件。 中断向量表清单如下： .mmregs .ref _ret .ref _c_int00 .ref _tint .global vector .sect ".int_table" ；-------------------------------------------------------------------； interrupte vector table ! ；-------------------------------------------------------------------vector： rs b _c_int00 nop nop …
4. 观察输出信号波形以及频谱 (1)启动CCS，新建工程文件，sinewave.pjt。加入： • 汇编源程序sin.asm，包括初始化代码和中断服 务程序； • 汇编源程序vec_table.asm，为中断向量表。 • 连接定位sinewave.cmd文件 (2) 完成编译、连接，生成 .out文件，并装载 .out文 件到片内存储器。 (3) 选择“View→Graph→Time/Frequency”，打开 图形显示设置窗口。在弹出的对话框中按图8.3 设置，主要修改“Star Address”为y0(y0为生成 的正弦波输出变量)；“Acquisition Buffer Size” 为1，“DSP Data Type”为“16-bit signed integer”。
第8章：应用系统设计举例—— 正弦信号发生器 8.2.1 数字振荡器原理
设单位冲击序列经过一系统后，其输出为正弦序列
C sin(kT )
则系统的传递函数为
Cz Cz 1 H ( z) 2 z Az B 1 Az 1 Bz 2
其中， A 2cos(T ) 在于确定这些系数。
第8章：应用系统设计举例
第8章 TMS320C54x应用系统设计举例
DSP应用中几个典型的案例： • 正弦信号发生器 • FIR数字滤波器的设计和实现方法 • 快速傅里叶变换 • 语音信号采集和回放的实现方法