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dsp高速數(shù)字處理系統(tǒng)設(shè)計總結(jié)與實驗報告
（2017-2018 學年第 1 學期） 題 目 ：_高速數(shù)字處理系統(tǒng)設(shè)計__ 專業(yè)班級 ：___電子15-2班_______ 學生姓名 ：________ 王 宇_________ 學 號 ：＿＿ 1505020223_______ 指導教師 ：____宋華軍、周衛(wèi)東_____ 設(shè)計成績 ：_________________________
一設(shè)計目的通過對基于TMS320VC5416的信號采集處理與控制系統(tǒng)的設(shè)計掌握PCB設(shè)計軟件AD(Altium Designer) 的使用方法，以及卷積、FFT、FIR 濾波器等數(shù)字信號處理算法并熟悉 TI 的 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 CCS軟件的使用，掌握基于 DSP的系統(tǒng)設(shè)計流程。
二系統(tǒng)分析2.1 設(shè)計要求①設(shè)計一個功能完備，能夠獨立運行的精簡 DSP 硬件系統(tǒng)。繪制出系統(tǒng)的功能框圖、使用AD（Altium Designer）繪制出系統(tǒng)的原理圖和PCB 版圖。 ②利用實驗箱的模擬信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生不同頻率的信號，或者產(chǎn)生兩個頻率的信號的疊加。在 DSP 中采集信號，并且對信號進行頻譜分析，濾波等。通過鍵盤或者串口命令選擇算法的功能，將計算的信號頻率或者濾波后信號的頻率在LCD 上顯示。 主要功能如下： 一、 對外部輸入的模擬信號采集到DSP 內(nèi)存，會用CCS 軟件顯示采集的數(shù)據(jù)波形。 二、 對采集的數(shù)據(jù)進行如下算法分析： （1） 頻譜分析：使用fft 算法計算信號的頻率。 （2） 對信號進行IIR 濾波或FIR 濾波，并且計算濾波前后信號的頻率。 三、 外部鍵盤或者從計算機來的串口命令選擇算法功能，并且將結(jié)果在LCD 上顯示。 2.2 主要任務①繪制出DSP系統(tǒng)的功能框圖、使用AD（Altium Designer）繪制出系統(tǒng)的原理圖和PCB 版圖。 ②在 DSP 中采集信號，用CCS 軟件顯示采集的數(shù)據(jù)波形，以及對采集的數(shù)據(jù)進行算法分析。 三 硬件設(shè)計3.1 硬件總體結(jié)構(gòu)
3.2 DSP 模塊設(shè)計
3.3 電源模塊設(shè)計
將5V電源電壓轉(zhuǎn)換為3.3V和1.6V電源
3.4 時鐘模塊設(shè)計此處由外部晶振提供時鐘信號 
3.5 存儲器模塊設(shè)計
3.6 JTAG模塊設(shè)計
3.7 TMS320VC5416 最小系統(tǒng) PCB 版圖
板上包括了支持TMS320VC5416獨立運行的時鐘電路、復位電路、Flash模塊、JTAG仿真接口電路以及電源模塊等。 四軟件設(shè)計4.1 軟件總體流程 
4.3 程序運行效果①：采集的數(shù)據(jù)及其FFT計算結(jié)果：  
②：51階濾波器波形： 
③：濾波前后信號頻譜圖：  
④：采集數(shù)據(jù)波形和濾后波形比較：
LCD顯示結(jié)果： 
五課程設(shè)計總結(jié) 為期兩周的課程設(shè)計結(jié)束了。此次課程設(shè)計包含硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計兩個方面，從PCB板的繪制，到CCS軟件的使用，利用軟件實現(xiàn)卷積，F(xiàn)FT算法，濾波器等實驗。 首先，感謝兩位老師：宋老師，周老師的辛勤付出。 在此次課程設(shè)計中，在硬件設(shè)計部分，首先從硬件整體模塊的設(shè)計，到PCB板原理圖的繪制，再到最后PCB板的繪制，收獲頗豐。真正的理解了實際中做一件東西的具體流程，也學會了些許步驟。在拿到一項設(shè)計任務時，首先應當了解實際目的，設(shè)計要求，從最終的要求出發(fā)，一步一步的去完成，同時也要查閱各種資料，找到對應的參照項目，這樣會省去很多的時間。而一個典型的硬件設(shè)計應當包括復位電路，時鐘電路，存儲器接口，模數(shù)接口，通訊接口。在硬件設(shè)計的第一步整體模塊的設(shè)計中，我們應當確定整體的芯片需求以及外圍電路的設(shè)計，選擇合適的芯片，設(shè)計恰當?shù)耐鈬娐芬堰_到設(shè)計的最終要求。而在畫PCB板原理圖時，應當詳細的畫出各個模塊，細節(jié)部分不能忽視，包括一個電阻，電容，學會新建元器件庫，會畫部分器件的封裝，打到最后的編譯無錯誤。在最后的繪制PCB板的過程中，首先確定元器件的封裝無錯誤，然后進行元器件的擺放以及鏈接。而在此過程中，要注意規(guī)則的設(shè)置，以及層數(shù)的設(shè)計，到達利用最少的層數(shù)去完成所需的硬件。 在軟件部分的設(shè)計中，從剛開始的熟悉CCS編譯環(huán)境，到AD采樣，再到對采樣的數(shù)據(jù)進行快速傅里葉運算，進行頻譜分析，以及后來的對采樣的信號進行濾波，設(shè)計IIR和FIR濾波器對AD采樣的信號進行處理，觀察處理后的信號的頻譜，掌握利用軟件進行卷積運算，F(xiàn)FT運算，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計等。在這一部分的設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)由于自己的C語言知識不夠牢固，對軟件部分的實現(xiàn)產(chǎn)生了很大的阻礙，一定的編程能力本來對于電子的學生來說是很重要的，但是在長期的學習中很多人只側(cè)重于理論知識的學習，而忽略的實際的動手能力，我們都是這一群人中的一個，導致了最后的動手能力，編程能力急劇下降。 在這次的課程設(shè)計中，由于自己比較喜歡干貨，不太喜歡理論知識的學習，所以在動手這一方面，自己是較為感興趣的，也真正的全身心的投入進去，同時又學到了很多東西，接觸之前未曾接觸過的知識，不斷地提升自己，在實踐中成長。同時在此次設(shè)計中，發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足，雖然自己對于動手方面比較感興趣，但是自己的理論知識的儲備不夠完善，編程能力較為低下等，這都是對于自身發(fā)展的很大的阻礙，希望在今后的學習生活中能夠不斷地完善自己，充實自己，學習更多的知識，更大程度的增強自己的動手能力。最后，再次感謝兩位老師的辛勤付出。 六參考文獻【1】 吳鎮(zhèn)揚.數(shù)字信號處理[J] 2009,(第1期). 【2】 鄒理和.數(shù)字信號處理.上冊.北京：國防工業(yè)出版社，1985. 【3】 張雄偉，曹鐵勇.DSP芯片的原理與開發(fā)應用.第二版.北京：電子工業(yè)出版社 2000. 4.2 核心模塊及實現(xiàn)代碼FFT算法程序： - void kfft(double pr[LEN],double pi[LEN],int n,int k,double fr[LEN],double fi[LEN],int l,int il)
- {
- int it,m,is,i,j,nv,l0;
- double p,q,s,vr,vi,poddr,poddi;
- for (it=0; it<=n-1; it++)
- { m=it; is=0;
- for (i=0; i<=k-1; i++)
- { j=m/2; is=2*is+(m-2*j); m=j;}
- fr[it]=pr[is]; fi[it]=pi[is];
- }
- pr[0]=1.0; pi[0]=0.0;
- p=6.283185306/(1.0*n);
- pr[1]=cos(p); pi[1]=-sin(p);
- if (l!=0) pi[1]=-pi[1];
- for (i=2; i<=n-1; i++)
- { p=pr[i-1]*pr[1]; q=pi[i-1]*pi[1];
- s=(pr[i-1]+pi[i-1])*(pr[1]+pi[1]);
- pr[i]=p-q; pi[i]=s-p-q;
- }
- for (it=0; it<=n-2; it=it+2)
- { vr=fr[it]; vi=fi[it];
- fr[it]=vr+fr[it+1]; fi[it]=vi+fi[it+1];
- fr[it+1]=vr-fr[it+1]; fi[it+1]=vi-fi[it+1];
- }
- m=n/2; nv=2;
- for (l0=k-2; l0>=0; l0--)
- { m=m/2; nv=2*nv;
- for (it=0; it<=(m-1)*nv; it=it+nv)
- for (j=0; j<=(nv/2)-1; j++)
- { p=pr[m*j]*fr[it+j+nv/2];
- q=pi[m*j]*fi[it+j+nv/2];
- s=pr[m*j]+pi[m*j];
- s=s*(fr[it+j+nv/2]+fi[it+j+nv/2]);
- poddr=p-q; poddi=s-p-q;
- fr[it+j+nv/2]=fr[it+j]-poddr;
- fi[it+j+nv/2]=fi[it+j]-poddi;
- fr[it+j]=fr[it+j]+poddr;
- fi[it+j]=fi[it+j]+poddi;
- }
- }
- if (l!=0)
- for (i=0; i<=n-1; i++)
- { fr[i]=fr[i]/(1.0*n);
- fi[i]=fi[i]/(1.0*n);
- }
- if (il!=0)
- for (i=0; i<=n-1; i++)
- { pr[i]=sqrt(fr[i]*fr[i]+fi[i]*fi[i]);
- if (fabs(fr[i])<0.000001*fabs(fi[i]))
- { if ((fi[i]*fr[i])>0) pi[i]=90.0;
- else pi[i]=-90.0;
- }
- else
- pi[i]=atan(fi[i]/fr[i])*360.0/6.283185306;
- }
- }
卷積程序：
- void Convolveok( //卷積函數(shù)
- double *x, // 原始輸入數(shù)據(jù)
- double *h, // 沖擊響應
- double *y, // 卷積輸出結(jié)果
- UINT16 Leng, // 序列長度
- UINT16 h_Len)
- {
- UINT16 m,p,j;
- double r,rm;
- double xmean = 0.0;
- double xmid[100];
- for(m=0;m<h_Len;m++)
- {
- xmid[m] = 0.0;
- }
- for (m=0; m<Leng; m++)
- {
- xmean = x[m] + xmean;
- }
- xmean = 1.0*xmean/Length;
-
- for (m=0; m<Leng; m++)
- {
- x[m] = x[m] - xmean;
- }
- for (m=0; m<Leng; m++)
- {
- for (p=0; p<h_Len; p++)
- {
- xmid[h_Len-p-1] = xmid[h_Len-p-2];
- }
- xmid[0] = x[m];
- r = 0.0;
- rm= 0.0;
- for (j=0; j<h_Len; j++)
- {
- r = xmid[j] * h[j];
- rm = rm + r;
- }
- y[m] = rm;
- }
- }
頻譜函數(shù)，求最大值和次大值函數(shù)：
- void pinpu(double pr[Length])
- {
- num1=0;
- num2=0;
- v=0;
- for(k=0;k<128;k++)
- {
- value[k]=0;
- number[k]=0;
- }
- for(k=1;k<127;k++)
- {
- if(pr[k]>=pr[k-1]&&pr[k]>=pr[k+1])
- {
- value[v]=pr[k];
- number[v]=k;
- v++;
- }
- }
- max1=value[0];
- max2=value[0];
- for(k=1;k<=127;k++)
- {
- if(value[k]>=max1)
- {
- max2=max1;
- max1=value[k];
- num2=num1;
- num1=number[k];
- }
- else if(value[k]>=max2)
- {
- max2=value[k];
- num2=number[k];
- }
- fk1=250000/256*num1;
- fk2=250000/256*num2;
- if(fk1>fk2)
- {
- fk3=fk1;
- fk1=fk2;
- fk2=fk3;
- }
- }
- }
FIR濾波器設(shè)計函數(shù)
void firdes(double npass) //FIR濾波器子程序
{
int t;
for (t=0; t<51; t++)
{
if (t == ((51-1)/2))
h[t]=2*npass;
else
h[t] = sin((t-(51-1)/2.0)*npass*2*pii)/(pii*(t-(51-1)/2.0));
}
}
LCD顯示函數(shù)：
外部中斷2服務函數(shù)（包含歸一化函數(shù)）：
- interrupt void ExtInt2() //中斷2中斷子程序
- {
-
- *(unsigned int*)IFR=0xFFFF; //清除所有中斷標志,"寫1清0" ,這個語句可以省略，響應中斷自動清除中斷標志
-
- //----讀AD7822的轉(zhuǎn)換結(jié)果----------------
-
- data_buff[i] = port8002 & 0x00ff;
-
- i++;
-
- if(i == 256)
- {sum=0;
- for(i2=0;i2<256;i2++) //歸一化函數(shù)
- {sum=sum+data_buff[i2];}
- ave=sum/256;
- for(i3=0;i3<256;i3++)
- {pr[i3]=data_buff[i3]-ave;
- data_buff[i3]=pr[i3];
- pi[i3]=0.0;
- fr[i3]=0.0;
- fi[i3]=0.0;}
- kfft(pr,pi,256,8, fr, fi,0,1);
- pinpu(pr);
- npass=(fk1+fk2)/500000;
- firdes(npass);
- Convolvevok(data_buff,h,y,256,51);
- for(j=0;j<256;j++)
- {
- pi[j]=0;
- }
- kfft(y,pi,256,8,fr,fi,0,1);
- display();
- i = 0; //在此設(shè)斷點
- }
- return;
- }
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