DSP实验指导书----实验报告部分.doc

实验一 数据寻址一、实验目的1熟悉DSP集成开发环境CCS 5000的使用方法（教材第九章9.3节9.6节）。2熟悉TMS320C54x DSP的七种数据寻址方式。二、实验条件本实验为上机实验，只需要PC机及集成开发环境CCS5000仿真器即可。三、实验内容编辑数据寻址实验所需的三个文件。按实验步骤完成实验，并将实验结果填写在有关指令的右侧。七种数据寻址方式的参考代码;*; 实验1 数据寻址方式;*.title "addressing.asm".mmregsSTACK .usect".STACK",10hddate .sect".ddate" .word 22h,33h,44h,55h,66h,77h,88h,99h .bssx,10 .bssy,10 .datatable: .word1,2,3,4,5,6,7,8.def_c_int00;start.text_c_int00: STM #0,SWWSR STM#STACK+10h,SP SSBX SXM SSBX FRCT;*; Immediate Addressing;* LD #100,A ;A=100(64H)LD#10h,4,B;B=100HLD#-1,A;A=FFFFFFFFHLD#4000h,8,B;B=H;*; Absolute Addressing;* SAMPLE .set 0088h .bss sa,1LD #4AB8h,A STL A,*(SAMPLE);SAMPLE中内容为：4AB8H STL A,*(sa);sa中内容为：4AB8HSTM #x,AR2 ;AR2=60H RPT #4 MVPDtable,*AR2+ ;从x开始的5个数据为：1,2,3,4,5 ;AR2=65H STM #y,AR2 ;AR2=6AH RPT #4 MVKD ddate,*AR2+ ;从y开始的5个数据为：22H,33H,44H,55H,66H ;AR2=6FH;*; Accumulator Addressing;*LD#table,A ;A=FFFFFFE06FHSTM#y,AR2 ;AR2=6AHRPT#4READA*AR2+;从y开始的5个数据为 1,2,3,4,5 ;AR2=6FH;*; Direct Addressing;*ST#0001h,*(x) ;(0060H)=0001HST#400h,*(x+1);(0061)=0400HST#1000h,*(x+127);(00DF)=1000HST#500h,*(x+129);(00E1)=500HLD#x,DP ;DP=0000HLDx,A ;A=0001HADD(x+129),A;A=0401HLDx,A ;A=0001H LD#(x+129),DP;DP=0001HADD(x+129),A;A=0501H;*; Indirect Addressing;* ST#1000h,*(0060h);(0060h)=1000HST#2000h,*(0061h);(0061h)=2000HST#3000h,*(0062h);(0062h)=3000HST#4000h,*(0063h);(0063h)=4000HLD#1000h,A;A=1000HSTM#0060h,AR1 ;AR1=0060H LD *AR1+,A;A=1000H;AR1=0061H STM#0063h,AR1 ;AR1=0063H LD *AR1-,A;A=4000H;AR1=0062H STM #2,AR0 ;AR0=0002H STM#0062h,AR1 ;AR1=0062H LD *AR1-0,A;A=3000H;AR1=0060HLD*AR1,B;B=1000H;*; Memory-Mapped Register Addressing;*STM #1234h,AR1;AR1=1234HSTM#5678h,AR2;AR2=5678H STM#2,SWWSR;SWWSR=0002HLDMAR1,A;A=1234HMVMMAR2,AR3;AR3=5678H STLMA,AR4;AR4=1234H;*; Stack Addressing;*ST#1234h,*(x) ;(0060h)=1234HST#5678h,*(x+1);(0061h)=5678HST#9abch,*(x+2);(0062h)=9ABCHSTM#x,AR1 ;AR1=0060HSTM#x+3,AR2 ;AR2=0063HRPT#2 PSHD*AR1+ ;(008FH)=1234H,(008EH)=5678H,(008DH) =9ABCH RPT #2POPD*AR2+;(x+3)=9ABCH (x+4)=5678H (x+5)=1234HPSHD*(x+5) ;(008FH)=1234HPOPD *(x+6) ;(x+6)=1234Hhere B here .end .end链接命令文件链接命令文件说明DSP系统的存储器配置及各段在存储器中的定位情况。必须根据实验箱上DSP的型号（C5416）正确设置。C5416的片内DARAM存储器共64K字，可配置成数据或程序存储器。片内SARAM存储器共64K字，分为两段，只能配置成程序存储器。另外，C5416片外还扩展了128K RAM作为片外数据存储器，可以通过CPLD控制页选。改变CPLD的RamState寄存器（这个寄存器在I/O空间的0001）的值，就可以分别选择外部RAM的第一个32K、第二个32K、第三个32K或者第四个32K作为数据空间的后32K。数据空间共64K，其中前32K是DSP片内的DARAM的前32K；而后32K是可变动的，可以在片内DARAM的后32K和片外RAM的四个32K之间通过程序选择。数据存储器地址可从0000h到ffffh，可用程序存储器为片内64K DARAM及片内128K SARAM，DARAM地址从0000h到ffffh，SARAM地址从28000h到3ffffh，38000h到4ffffh。注：关于5416DSP程序空间的配置在5416的数据手册或者电子工业出版社出版、张雄伟主编的DSP芯片的原理与开发应用一书的P69均可查到。参考链接命令文件代码如下：MEMORY PAGE 0: EPROM : org=0E000h, len=100h VECS : org=0FF80h, len=80h PAGE 1: SPRAM : org=0060h, len=20h DARAM : org=0080h, len=100hSECTIONS .text : >EPROM PAGE 0 .vectors :>VECS PAGE 0 .bss : >SPRAM PAGE 1 .data : >EPROM PAGE 0 .STACK : >DARAM PAGE 1 .ddate : >DARAM PAGE 13头文件头文件主要内容是系统的复位及其它中断的向量表。参考头文件如下： .ref _c_int00 .sect ".vectors" B _c_int00 .end 四、实验步骤（1） 开机：打开计算机电源，进入Win2000系统，双击桌面上的CCS2图标，选择openc54x simulator ,进入DSP软件集成开发环境，或者选择openc5416 XDS进入DSP硬件集成开发环境（使用实验箱做实验，先连接好实验箱及仿真器等方可开机）。（2） 编辑文件：选择FileNewSource File菜单（或使用其它文本编辑器）编辑好主程序（*.asm）、头文件（*.asm）及链接命令文件（*.cmd）,并保存在D盘DSPLABLAB1文件夹中。（3） 创建工程项目：选择ProjectNew，出现对话框，在project栏（第一行）填写项目名称，并选定项目的位置（D:DSPLABLAB1）,然后单击“完成”按钮，这样就新建了一个工程项目，该项目用来管理各种文件，便于编译、调试。注意：文件夹、文件名中不能含有汉字，且文件名第一个字母不能是数字。（4） 添加文件：将编辑好的三个文件添加到刚建好的工程项目中,选择ProjectAdd Files to Project，出现一个对话框，选择文件夹（D:DSPLABLAB1）并选中主程序、头文件、cmd文件，单击“打开”按钮就将这三个文件添加到该工程中了。注：此步骤可一次加入三个文件，也可重复三次，每次加入一个文件。（5） 编译汇编程序：选择ProjectCompile File，分别编译主程序及头文件，修改程序中的错误，再编译，直到无错误出现。编译后的文件为OBJ文件。（6） 链接：选择ProjectBuild或Rebuild All，链接各OBJ文件，若有错误出现应修改错误（错误应在cmd文件中），再链接，直到无错误出现。链接生成可执行的out文件。（7） 下载out文件：选择FileLoad Program，在debuge文件夹中选中out文件（文件名与工程项目同名），单击“打开”按钮，这样out文件就下载到DSP中了。（8） 调试：选择debugeStep Into 单步执行代码或者选择debugeRun连续运行代码（debugeHalt停止运行）。单步运行或运行结束后选择ViewMemory和ViewRegistersCPU Registers/Peripheral Regs查看存储器和寄存器中的数据。如果最后的结果有错误，则应查找原因修改程序并重复步骤5 步骤8，直到结果正确为止。五思考题1头文件与主程序为什么要分为两个文件？能合为一个文件吗？2链接命令文件包含哪两项？各有什么作用？请试着修改链接命令文件，并编译、运行，看段、变量等的位置是否改变。3在单步执行程序中，为什么有些指令执行了，但是结果却没有出来，要等下面一条或几条指令执行了才能得到正确结果？六实验报告要求1简述实验步骤，填写程序运行中的结果。2简述七种数据寻址方式。3简要回答思考题。实验三 FIR滤波器设计一、实验目的1掌握FIR滤波器DSP实现的编程方法。2测试FIR滤波器的单位冲击响应，检查FIR滤波器的频率特性。二、实验条件1PC机及集成开发环境CCS5000仿真器（软件、硬件仿真器均可）。2线性相位带通FIR滤波器的参数如下：通带：0.20.8，带内波动<0.5db过渡带：0.20.275，0.7250.8，带内衰减>68db滤波器级数：N=80滤波器系数（偶对称，已转换成定点数，前40个系数h（0）h（39）：0xFFDC,0x001F,0x0051,0xFFE9,0xFFE6,0xFFBA,0xFFB4,0x004B,0xFFF9,0x0069,0x00A2,0xFF6F,0xFFFE,0xFF70,0xFEF4,0x00CB,0x000B,0x00E6,0x0187,0xFEE5,0x000B,0xFE7F,0xFDBF,0x0192,0xFFB5,0x026A,0x0368,0xFDC2,0x00C0,0xFC0A,0xFAA3,0x0347,0xFE3D,0x0747,0x09BB,0xFA3D,0x052B,0xEB59,0xDC2A,0x2D57 3线性相位低通FIR滤波器的参数如下：通带：00.35，阻带：04滤波器级数：N=40滤波器系数（偶对称，只列出前20个h（0）h（19）：-7*32768/10000, 3*32768/10000, 14*32768/10000, 10*32768/10000, -16*32768/10000,-38*32768/10000, -8*32768/10000, 64*32768/10000, 81*32768/10000, -30*32768/10000，-169*32768/10000,-118*32768/10000, 162*32768/10000, 353*32768/10000, 83*32768/10000,-515*32768/10000,-689*32768/10000, 247*32768/10000, 2051*32768/10000,3523*32768/10000注：以上两个滤波器至少做一个，还可以用MATLAB中的数字滤波器设计工具得到其它滤波器的系数表。 三、实验内容除编写头文件、cmd文件外，还要采用混合编程技术编写C语言主程序及FIR滤波器汇编子程序，在C程序中调用汇编子程序（函数），函数有三个参数，即输入、输出序列的首地址及长度，函数返回值为void。1 编写滤波器汇编程序采用循环缓冲区及FIRS指令编写系数对称的FIR滤波器汇编程序，入口参数为输入序列首地址及长度、滤波器输出序列的首地址。2 滤波器单位脉冲响应测试在C程序中用定义一个长度为240的int型数组，其第一个单元为32768，其余全为0。用该数组作为滤波器的单位脉冲输入，测试滤波器的单位脉冲响应特性。3 检查滤波器的频率特性在C程序中编程产生不同频率的序列sin（wn），w=0.1,0.2，0.9，调用FIR滤波子程序(函数)，对之进行滤波处理，对比滤波器的输入、输出序列的幅度比，检查滤波器的频率特性。4编写头文件和cmd文件。5学会使用CCS的图形观察窗查看输入、输出序列的波形，具体使用方法见教材第381页图形属性对话框的设置，主要是显示类型（single time）、起始地址（即数组首地址或变量名）、数据类型（16bit signed int）、缓冲区大小（240）、显示数据大小（240）这几栏要设置。四、实验步骤 CCS的使用方法见教材第九章（9.3节到9.6节）或有关参考书。（1） 开机：打开计算机电源，进入Win2000系统，双击桌面上的CCS2图标，选择openc54x simulator ,进入DSP软件集成开发环境，或者选择openc5416 XDS进入DSP硬件集成开发环境（使用实验箱做实验，先连接好实验箱及仿真器等方可开机）。（2） 编辑文件：选择FileNewSource File菜单（或其它编辑器）编辑好C程序（*.c）、滤波器子程序（*.asm）、头文件（*.asm）及链接命令文件（*.cmd）,并保存在D盘DSPLABLAB3文件夹中。（3） 创建工程项目：选择ProjectNew，出现对话框，在project栏（第一行）填写项目名称(FIRxxx)，并选定项目的位置（D:DSPLABLAB3）,然后单击“完成”按钮，这样就新建了一个工程项目。注意：文件夹、文件名中不能含有汉字，且文件名第一个字母不能是数字。（4）将编辑好的四个文件添加到刚建好的工程项目中：选择ProjectAdd Files to Project，出现一个对话框，选择文件夹（D:DSPLABLAB3）并选中各个文件，单击“打开”按钮就将这四个文件就添加到该工程中了。（5） 编译C及汇编程序：选择ProjectCompile File，分别编译C程序、滤波器汇编子程序及头文件，修改程序中的错误，再编译，直到无错误出现。编译后的文件为obj文件。（6） 链接：选择ProjectBuild或Rebuild All，链接各obj文件，若有错误出现应修改错误（错误应在cmd文件中），再链接，直到无错误出现。链接生成可执行的out文件。（7） 下载out文件：选择FileLoad Program，在debuge文件夹中选中out文件（文件名与工程项目同名），单击“打开”按钮，这样out文件就下载到DSP中了。（8） 调试：选择debugeStep Into 单步执行代码或者选择debugeRun连续运行代码（debugeHalt停止运行）。单步运行或运行结束后选择ViewGraphTime/Frequency和ViewRegistersCPU Registers/Peripheral Regs查看序列的波形和寄存器中的数据。由于算法循环次数较多，单步运行耗时太长，因此可在C程序或汇编程序中适当语句（指令）上设置断点（光标移到某行，鼠标点击工具栏一“手”形按钮），然后连续运行（run），这样程序运行到断点时暂停，此时可查看中间的一些结果。再次运行（run），将从断点继续运行。可用ViewGraphTime/Frequency观察滤波前后序列的时域波形（single time）及频域幅度特性（FFT magnitude）。通过时域波形或幅度特性分析系统的单位脉冲响应及频率特性。如果最后的结果有错误，则应查找原因修改程序并重复步骤5步骤8，直到结果正确为止。五、思考题1比较滤波器的系数与滤波器的单位脉冲响应，看二者是否相同？为什么？2混合编程时，C与汇编之间如何传递参数的？哪几个寄存器要进行现场保护？3循环缓冲区的起始地址与其长度有何关系？在链接命令文件中如何指明？4本实验中是对一个序列进行连续的滤波，即调用一次滤波函数就完成了N个数据的滤波，而有时需要每采集一个数据x(n)就调用一次滤波函数，得到一个输出数据y(n)，此时滤波器汇编程序如何修改？六、实验报告要求1简述FIR滤波器的特点，写出系数对称滤波器的差分方程。2简述实验步骤。1 编写FIR滤波器的汇编程序。4记录输入、输出序列的时域波形及幅度特性，分析实验结果。5简要回答思考题。实验五 语音信号滤波一、实验目的1、了解音频编解码器TLC320AIC23的接口和使用方法。2、了解DSP的多通道缓冲串口（MCBSP）通信方法。3、了解一个完整的语音输入、输出系统的设计。4、利用C语音及DSP汇编语音综合实现语音信号的采集、滤波及回放。二、实验设备计算机、DSP硬件仿真器、DSP图像处理实验箱、麦克风等。三、实验原理1. 实验箱音频输入输出通道简介立体声音频编解码芯片TLV320AIC23是TI生产的一种模拟接口电路，用于音频信号的输入/输出。音频采样频率为8kHz 96kHz，可用16至32位量化，码率128Kbps 3072Kbps，输入包括麦克风输入和线性输入两个通道，输出一个耳机输出通道，片内集成了立体声耳机功率放大器。TLV320AIC23与TMS320VC5416的接口有命令接口和数据接口，如图5.1所示。命令接口是IIC总线，DSP的第二个MCBSP作为GPIO模拟IIC总线，对TLV320AIC23进行初始化。数据接口是多通道缓冲串口（MCBSP），DSP的MCBSP0与TLV320AIC23与进行数据传输。图5.1 TLV320AIC23与TMS320VC5416的接口2. 音频通道的命令接口TLV320AIC23命令接口主要功能是初始化TLV320AIC23内部控制寄存器。本系统使用DSP的第二个MCBSP作为GPIO模拟IIC总线对TLV320AIC23内部的控制寄存器进行操作。IIC总线上的数据格式为：8bit的设备地址，本系统中TLV320AIC23的设备地址固定为0x34；7bit的片内寄存器地址，TLV320AIC23片内有15个控制寄存器，其功能见下表；9bit的数据。 表5.1 AIC23片内部分控制寄存器序号地址寄存器0左声道线性输入音量控制寄存器1右声道线性输入音量控制寄存器2左声道耳机输出音量控制寄存器3右声道耳机输出音量控制寄存器4模拟音频通道控制寄存器5数字音频通道控制寄存器6电源管理控制寄存器7数字音频格式控制寄存器8音频采样率控制寄存器9数字音频接口使能寄存器10复位寄存器3. 音频通道的数据接口TLV320AIC23数据接口主要功能是DSP接收、输出由TLV320AIC23模/数、数/模转换的数字音频数据。在本系统中，在MCBSP总线上TLV320AIC23工作在主模式，DSP工作在从模式。MCBSP每一帧两个数据，每个数据16位，分别为左声道数据和右声道数据。TLV320AIC23和DSP之间可以通过MCBSP进行无缝连接。图5.1中，DIN为AIC23数字音频输入端，DOUT为AIC23数字音频输出端，LRCIN、LRCOUT分别为输入、输出的帧同步信号，BCLK是同步时钟。4. 语音信号的采集、滤波及回放音频实时回放（滤波）程序流程图见图2。初始化TLV320AIC23（1）初始化TLV320AIC23首先要初始化TLV320AIC23，函数为IIC_Write_B（），初始化DSP的MCBSP0三个参数，第一个参数为设备地址，第二个参数为片内寄存器地址，第三个参数为数据。我们需要对TLV320AIC23内部的左声道线性输入音量、采样20个输入音频数据，同时输出上次循环中已滤波的数据右声道线性输入音量、模拟音频通道、数字音频通道、电源管理、数字音频格式、音频采样率、数字音频接口，使能控制寄存器进对本次循环中采样的20个数据滤波，得到新的滤波后的数据行写操作，只要在此函数的第二个参数带入不同的寄存器地址就可以了；配置各个寄存器的数据，由第三个参数带入，详细请参阅TLV320AIC23的数据手册。 图5.2 音频采集、滤波回放流程图（2）初始化DSP的多通道缓冲串口在mcbsp54.h头文件中，定义了许多实用的宏函数，我们可以直接调用这些宏函数对MCBSP进行配置。需要配置DSP内部的相关寄存器：SPCR1，RCR1，RCR2，XCR1，XCR2，PCR。MCBSP总线上的数据格式为：单数据相，数据长度为16位,每相2个数据，具体配置方法请参阅TMS320C54x DSP Reference Set Vol 5：Enhanced Peripherals。（3）采样MIC输入的音频数据本系统MCBSP总线上，TLV320AIC23为主设备，DSP为从设备，也就是音频的采样频率完全是由TLV320AIC23控制的。DSP不需要控制采样率，可以通过中断或者查询的方式从MCBSP上取得采样数据。例程中，采用查询方式，mcbsp54.h中定义了MCBSP_RRDY宏函数，可以判断MCBSP中是否接收到完整的一帧数据。如果接收完成，我们可以调用宏函数DRR1_ADDR，此函数的返回值即为采样数据。（4）输出音频数据到耳机调用宏函数DXR2_ADDR和DXR1_ADDR，即可从耳机输出音频数据。注意必须先调用DXR2_ADDR，再调用DXR1_ADDR。这两个函数分别输出左声道和右声道音频数据。（5）语音信号滤波在firfun2.asm定义了一个FIR低通滤波器。调用函数firfunc2（）需要三个参数，第一个原始序列的首地址，第二个为滤波后序列的首地址，第三个序列的长度。四、实验步骤1 在断电状态下，用USB线将实验箱的USB口与PC机的USB口相连，将仿真器与DSP 的JTAG口相连。打开PC机电源及实验箱的12伏电源。2打开CCS，选择openc5416 XDS进入DSP硬件集成开发环境（使用实验箱做实验，先连接好实验箱及仿真器等方可开机）。进入CCS集成硬件开发环境（应能找到实验箱，否则重新开始）。3打开项目codec.pjt（D:DSPLABLAB5），编译、链接后下载out文件到dsp，运行代码，接上耳麦，应能听到说话声。4将lab3文件夹中的firfun.asm或firfun2.asm文件添加到本工程中，修改codec.c文件及链接命令文件，实现语音信号的采集、滤波及回放。比较滤波前后声音频率特性。5. 采用滤波器级联的方法对语音信号进行多级滤波，滤波后的信号送AIC23再输出，再比较输入与输出信号的差别。五、实验报告要求1、 简述语音处理的实验原理。2、 如何在采集语音的同时输出语音数据？3、 模拟滤波器的截止频率与数字滤波器的截止频率之间有何关系？如何编程实现：降低模拟低通滤波器的截止频率？