数字信号处理实验—学生

——数字信号处理实验指导书电子与信息工程教研室2006年9月实验系统介绍........................................................1调试软件安装说明....................................................8硬件安装说明.......................................................15实验一卷积（Convovle）算法实验...................................15实验二快速傅立叶变换（FFT）算法实验..............................181实验系统介绍一.实验系统硬件组成该实验系统其硬件资源主要包括：CPU单元数字量输入输出单元存储器及信号扩展单元BOOTLOADER单元语音模块和液晶模块CPLD接口A/D和D/A转换单元信号源单元温控单元步进电机直流电机键盘接口电源模块CPU1CPU2语音编码解码模块存续器扩展模块信号源模块A/D模块LCD模块数字量输入、输出模块CPLDD/A模块电源模块温控模块直流电机模块步进电机模块键盘/LED模块HPI系统功能框图2二.主要功能模块介绍1.CPU单元CPU单元包括CPU1、CPU2两块可以更换的CPU板，可根据需要，通过按键K10选择不同种类的CPU板。2.数字量输入输出单元8bit的数字量输入（由八个带自锁的开关产生），通过74LS244缓冲；8bit的数字量输出（通过八个LED灯显示），通过74LS273锁存。数字量的输入输出都映射到CPU的IO空间。数字量显示的八个LED数码管，通过HD7279控制。3.存储器及信号扩展单元在该实验板上，使用的存储器接口芯片是ISSI公司的IS61C256，它具有以下特点：访问速度10、12、15、20、25ns可选；低功耗：400mW（典型）；低静态功耗-250μW（典型）CMOS器件；-55mW（典型）TTL器件；全静态操作，无需时钟或刷新；输入输出和TTL电平兼容；单5V供电。静态存储器分为两个部分,一部分是32K×16bit的程序存储器（地址为8000H～0FFFFH）芯片序号U20、U21和32K×16bit的数据存储器（地址为0000H～7FFFH）芯片序号U22、U23。根据选择不同类型的CPU分别映射到相应地址的程序空间和数据空间。4.语音处理单元语音CODEC采用TLC320AD50芯片。该芯片采用sigma-delta技术提供高精度低速信号变换，有两个串行同步变换通道、D/A转换前的差补滤波器和A/D变换后的滤波器。其他部分提供片上时序和控制功能。Sigma-delta结构可以实现高精度低速的数模／模数转换。芯片的各种应用软件配置可以通过串口来编程实现。主要包括：复位、节电模式、通信协议、串行时钟速率、信号采样速率、增益控制和测试模式。最大采样速率22.05kb/s,采样精度16bit。语音处理单元由语音输入模块、TLC320AD50模块、输出功率模块组成。语音输入模块采用偏置和差动放大技术，并经过滤波和处理后将输入到语音编解码芯片TLV320AD50，前端输入的电压范围为-2.5V－+2.5V。经过变换后输入到AD50的芯片的差动信号范围为0－5V。TLC320AD50C作为主方式，通过DSP的MCBSP0口进行通信。音频信号通过D/A转换后输出，由于TLC320AD50输出的是差动信号，因此首先经过差动放大，然后可以推动功率为0.4W的板载扬声器，也可以接耳机输出。3语音处理单元原理框图语音处理单元接口说明：J14：音频输入端子，可输入CD、声卡、MP3、麦克风等语音信号。J15：音频输出端子，可接耳机、音箱。J3/J1：语音处理单元输入/输出信号接口J6：地语音处理单元拨码开关说明：S1：拨码开关：码位备注1ON：帧同步脉冲接通，缺省设置；OFF：帧同步脉冲关断；2ON：串口时钟接通，缺省设置；OFF：缓冲串口时钟关断；S2：拨码开关码位备注1ON：直流量输入，OFF：交流量输入，缺省设置2ON：扬声器输出;OFF：扬声器关闭，缺省设置语音处理单元可调电位器说明：“输入调节”：逆时针音量变大顺时针音量变小“输出调节”：逆时针音量变大顺时针音量变小音频输入前端处理AD50功率放大音频输出DSPMcBSP45.CPLD接口采用XILINX公司的XC95144XL芯片，完成译码和时序控制。JTAG4为CPLD下载接口。可用XILINX公司的软件，通过并口下载电缆对CPLD在线编程。JTAG4CPLD下载口定义JTAG1引脚序号JTAG功能组相关说明1TCK时钟2NC空脚3TMS模式控制4GND地5TDI数据输入6NC空脚7TDO数据输出8GND地9+5V电源10+5V电源D2、D3为CPLD工作指示灯，正常工作时D2、D3点亮。CPU1复位时，D3不亮，CPU2复位时，D2不亮。6.D/A转换单元数模转换采用DAC08芯片，分辨率8位，精度1LSB，转换时间可达85ns。DAC08可以应用在8-bit,1usA/D变换，伺服电机、波形发生、语音编码、衰减器、可编程功率变换器、CRT显示驱动、高速modems以及其他要求低成本、高速等多功能场合。在本实验系统中，DAC08采用对称偏移二进制输出方式，输出电压范围-5V~+5V。注：Vref=+10V对称偏移二进制输出编码图底板DAC08参考电压Vref=+5V；输入00h，输出电压-5V；输入ffh，输出电压+5V。5D/A单元原理框图数模转换单元接口说明：S24：拨码开关码位备注2ON,DA输出给直流电机控制端；OFF,DA输出悬空，缺省设置；1ON,DA输出给J4端子；OFF,DA输出悬空，缺省设置；J4：DA输出端子J2：地7.A/D转换单元模数转换芯片选用AD7822，单极性输入，采样分辨率8BIT，并行输出；內含取样保持电路，以及可选择使用內部或外部参考电压源，具有转换后自动Power-Down的模式，电流消耗可降低至5μA以下。转换时间最大为420ns，SNR可达48dB，INL及DNL都在±0.75LSB以內。可应用在数据采样、DSP系统及移动通信等场合。在本实验系统中，参考电压源+2.5V,偏置电压输入引脚Vmid=+2.5V。模拟输入信号经过运放处理后输入AD7822。模数单元原理框图模数转换单元拨码开关说明：S25：拨码开关码位备注1ON,信号源1输出给AD；OFF,AD输入悬空，缺省设置；2ON,信号源2输出给AD；OFF,AD输入悬空，缺省设置；DSP锁存器DAC08运放输出模拟信号输入运放AD7822DSP6S26：拨码开关码位备注1ON,温控单元输出给AD；OFF,AD输入悬空，缺省设置；2ON,J12端子输入给AD；OFF,AD输入悬空，缺省设置；J12：AD输入端子J23：地拨码开关其它设置状态为非法状态8.信号源单元频率、幅值可调双路三角波、方波和正弦波产生电路采用两片8038信号发生器，输出频率范围20～100KHz，幅值范围-10V~+10V。输出波形、频率范围可通过波段开关来选择。频率、幅值可独立调节。两路输出信号可以经过加法器进行信号模拟处理和混叠，作为信号滤波处理的混叠信号源。混叠后的信号从信号源1输出。ICL8038原理框图信号源单元原理框图信号源2信号源1混叠频率调节幅值调节频率调节幅值调节波形选择波形选择7信号源单元波段开关说明：波形选择波段开关拨到底板丝印的相应位置选择对应的波形（正弦、三角、方波），频率选择波段开关拨到底板丝印的相应位置选择对应的频率范围（0~2K、2K~10K、10K~120K）。信号源单元电位器说明：“频率调节”左旋变小右旋变大“幅值调节”左旋变大右旋变小J8：信号源1输出J7：信号源2输出J5：地综上所述，以上介绍了该系统的硬件资源，看完这些内容，应该对实验系统有一个基本的了解，并在实验过程中熟悉每个单元在的具体应用。8调试软件安装说明一.CCS的安装利用CCS集成开发环境，用户可以在一个开发环境下完成工程定义、程序编辑、编译链接、调试和数据分析等工作环节。下图为典型CCS集成开发环境窗口示例。整个窗口由主菜单、工具条、工程窗口、编辑窗口、图形显示窗口、内存单元显示窗口和寄存器显示窗口等构成。以安装CCS5000（2.0）为例：CCS软件安装系统要求要使用CodeComposerStudio操作平台必须满足以下的要求：●IBMPC(或兼容机)●MicrosoftWindow95/98/NT4.0/2000/XP●32M内存，100M硬盘空间，奔腾处理器，SVGA(800*600)CodeComposerStudio的安装(1)安装CCS到系统中。将CCS安装光盘放入到光盘驱动器中，运行CCS安装程序setup.exe。出现以下画面。如果在WindowsNT下安装，用户必须要具有系统管理员的权限。9选择NEXT，按系统提示安装，默认安装路径是“C：\ti”。(2)安装完成后，在桌面上会有“CCS2（‘C5000）”和“SetupCCS2（‘C5000）”两个快捷方式图标。分别对应CCS应用程序和CCS配置程序。（3）如果用户的操作系统为Windows95，则可能需要增加环境变量空间。方法是将语句“shell=c：＼windows＼command．com／e：4096／p”添加到C盘根目录下的CONFIG．SYS文件中，然后重新启动计算机。这条语句将环境变量空间设置为4096字节。二.CCS的设置安装CCS软件与普通的程序安装类似，没有特殊要求。下面介绍安装完成后如何设置CCS软件。如果CCS是在硬件目标板上运行，则先要安装目标板驱动程序，然后运行“CCSSetup”配置驱动程序，最后才能执行CCS。除非用户改变CCS应用平台类型，否则只需运行一次CCS配置程序。运行CodeComposerStudioSetup软件，即桌面上的SetupCCS2（C5000）图标。10进入以下画面，点击右边的“InstallaDeviceDriver”弹出对话框，在CCS的安装目录中找到drivers找到相应的设备，这里举例54XX系列。11点击“OK”按钮，会发现在中的框中多了“tixds54X”这个设备，然后点击“AddToSystem”12出现在“BoardProperties”对话框在Board下面的下拉菜单中选择第二项“Auto-generateboarddatafilewithextraconfiguratic”，这里“ConfiguraticFile”变成可见，点击“Browse…”在CCS目录中的drivers目录中找到Techusb2.cfg这个文件，选中打开，然后点击“Next”按钮。出现下面的对话框后，将I/Oport的Value改成0x280。点击“Next”13选中”TMS320C5400”点击旁边的“AddSingle”按钮，在右边的框中会出现“CPU_1”，点击“Next”在“startupGEL”中点击右边的小按钮，14在打开对话框中选择你需要的文件。完成上面的操作后。出现信息如下15点“File”菜单中的“Save”存盘，然后退出，弹出对话点击是，就会启动CCS软件硬件安装说明硬件仿真器是进行系统开发的必备工具，它是采用边界扫描技术和CPU芯片通过JTAG口相连接。实现了主机对CPU芯片的完全检测和控制。可以通过JTAG和相应的软件调试环境实现系统的硬件调试和软件的再现调试开发工作。一.DSP硬件仿真器的安装第一步取出开发系统，检查是否齐全●EPP开发系统A．关闭PC机电源，将专用电缆插入并口中，注意插接要稳固。B．用+5V稳压电源通过电源插口给仿真器供电。C．启动PC机，安装新硬件，驱动程序eppdrive.zip16●USB开发系统A．关闭PC机电源，将专用电缆插入USB口中，注意插接要稳固。B．启动PC机，安装新硬件，