长江大学：电工电子国家级实验教学示范中心《DSP》实验指导书——基于TMS320C54x

DSP 实验指导书基于TMS320C54x2010.7

DSP 实验指导书 ——基于 TMS320C54x 2010.7 I

目录实验说明，1基础实验：CCS的使用与DSP开发环境21.1实验目的21.2实验内容....21.3实验程序结构说明21.4实验步骤...22在片外设的使用（定时器、串行口）.....72.1实验目的，T2.2实验内容72.3实验背景知识，72.4实验要求.9.92.5实验程序功能与结构说明132.6思考题3信号处理实验：数字滤波器（FIR、IIR）.14第一部分FIR滤波器的设计143.1实验目的143.2实验内容.143.3实验原理，143.4实验程序设计..153.5实验步骤173.6程序运行结果.183.7思考题193信号处理实验：数字滤波器（FIR、IIR）...20第二部分IIR滤波器的设计.20.203.1实验目的203.2实验内容.203.3实验原理...213.4实验程序..3.5实验步骤.....223.6实验结果......233.7思考题...254综合实验（语音数据采集、处理）.264.1.实验目的：..26.264.2.实验内容：4.3.实验背景知识：.26..284.4.实验要求..4.5实验的软件流程图294.6实验步骤：291I

目录 实验说明 .1 1 基础实验：CCS的使用与DSP开发环境 .2 1.1 实验目的 . 2 1.2 实验内容 . 2 1.3 实验程序结构说明. 2 1.4 实验步骤 . 2 2 在片外设的使用（定时器、串行口）.7 2.1 实验目的 . 7 2.2 实验内容 . 7 2.3 实验背景知识. 7 2.4 实验要求 . 9 2.5 实验程序功能与结构说明 . 9 2.6 思考题. 13 3 信号处理实验：数字滤波器（FIR 、IIR）.14 第一部分 FIR滤波器的设计.14 3.1 实验目的 . 14 3.2 实验内容 . 14 3.3 实验原理 . 14 3.4 实验程序设计. 15 3.5 实验步骤 . 17 3.6 程序运行结果. 18 3.7 思考题. 19 3 信号处理实验：数字滤波器（FIR 、IIR）.20 第二部分 IIR滤波器的设计.20 3.1 实验目的 . 20 3.2 实验内容 . 20 3.3 实验原理 . 20 3.4 实验程序 . 21 3.5 实验步骤 . 22 3.6 实验结果 . 23 3.7 思考题. 25 4 综合实验（语音数据采集、处理）.26 4.1. 实验目的： . 26 4.2. 实验内容： . 26 4.3. 实验背景知识： . 26 4.4. 实验要求. 28 4.5 实验的软件流程图 . 29 4.6 实验步骤：. 29 II

.294.7实验结果对照4.8思考题..305信号处理实验：快速傅立叶变换（FFT)..315.1实验目的...315.2实验内容....31..315.3实验原理...325.4FFT的高级编程..355.5FFT的DSP编程..5.6实验步骤...66..665.7实验结果5.8思考题..68III

III 4.7 实验结果对照. 29 4.8 思考题 . 30 5 信号处理实验：快速傅立叶变换(FFT) .31 5.1 实验目的 . 31 5.2 实验内容 . 31 5.3 实验原理 . 31 5.4 FFT的高级编程 . 32 5.5 FFT的DSP编程. 35 5.6 实验步骤 . 66 5.7 实验结果 . 66 5.8 思考题. 68

实验说明DSP是一门理论与实践并重的技术，在学习了DSP的结构体系与基本原理以后，必须配合通过一些典型的DSP实验，以加深对DSP软、硬件的理解与掌握，同时学会DSP的开发工具的使用，了解DSP应用系统的开发环境与开发过程，从而为今后从事DSP的开发打下扎实的基础。本实验指导书包含了5个实验，分为三种类型，供师生查阅。1）基础性实验，熟悉和了解DSP的开发环境，初步学会程序的编写与DSP开发工具CCS的使用，基础实验为必做实验。2）DSP在片的外设与硬件接口实验，通过DSP的开发平台和实验系统，进一步加深对DSP硬件系统的理解，初步学会包括在片的外设，I/O接口，A/D、D/A接口、串口等的使用，教师可根据学时选做1-2种；3）应用程序设计与调试，这一部分实验是综合性的，除了学会DSP的程序编写与调试外，要求学生综合运用数字信号处理的基本理论、MATLAB软件，在DSP上实现信号处理有关算法进而了解和学会基于DSP的信号处理系统的开发，教师可根据学时选做。以下各个实验程序都是基于TMS320C5416的实验程序，其中在数字滤波器的设计时，需要借助于Matlab来进行滤波器的仿真。编译所用到的CCS版本为2.20.28或者是更高版本。1

实验说明 DSP 是一门理论与实践并重的技术，在学习了 DSP 的结构体系与基本原理以后，必须 配合通过一些典型的 DSP 实验，以加深对 DSP 软、硬件的理解与掌握，同时学会 DSP 的开 发工具的使用，了解 DSP 应用系统的开发环境与开发过程，从而为今后从事 DSP 的开发打 下扎实的基础。 本实验指导书包含了 5 个实验，分为三种类型，供师生查阅。 1）基础性实验，熟悉和了解 DSP 的开发环境，初步学会程序的编写与 DSP 开发工具 CCS 的使用，基础实验为必做实验。 2）DSP 在片的外设与硬件接口实验，通过 DSP 的开发平台和实验系统，进一步加深对 DSP 硬件系统的理解，初步学会包括在片的外设，I/O 接口，A/D、D/A 接口、串口等的使用， 教师可根据学时选做 1-2 种； 3）应用程序设计与调试，这一部分实验是综合性的，除了学会 DSP 的程序编写与调试外， 要求学生综合运用数字信号处理的基本理论、MATLAB 软件，在 DSP 上实现信号处理有关 算法进而了解和学会基于 DSP 的信号处理系统的开发，教师可根据学时选做。 以下各个实验程序都是基于 TMS320C5416 的实验程序，其中在数字滤波器的设计时， 需要借助于 Matlab 来进行滤波器的仿真。编译所用到的 CCS 版本为 2.20.28 或者是更高版 本。 1

1基础实验：CCS的使用与DSP开发环境1.1实验目的1.熟悉CCS集成开发环境，掌握工程的生成方法；2.熟悉SEED-DEC5416实验环境：3.掌握CCS集成开发环境的调试方法：1. 2实验内容1.编译与链接的设置，生成可执行的DSP文件；2.进行DSP程序的调试与改错；3.学习使用CCS集成开发工具的调试工具：4.观察实验结果；1.3实验程序结构说明本实验包含的文件如下：MATH.c这个文件中包含了实验中关于DSP运算的主要函数。主要包含有：1.fixed add(int x,int y):定点加法运算；fixed sub(int x,int y):定点减法运算；定点乘法运算；fixed mul(int x,int y):定点除法运算：fixed div(int x,int y):float_add(doublex，doubley)：浮点加法运算；float_sub(double x, double y):浮点减法运算；float_mul(doublex,doubley):浮点乘法运算；浮点除法运算；float div(double x,double y):float_fixed(double x):浮点转定点运算；fixed_float(int x):定点转浮点运算；2．math.cmd这是DSP的链接文件。它的主要功能是将DSP的每段的程序链接到相应的DSP的存贮区中。3．rts.1lib是一个库文件，主要包含了有关C的运行环境与相应的函数的代码。1.4实验步骤首先将光盘下03.ExamplesofProgram04.SEED_DTK-DBD调试实验程序目录下的CCS-MATH文件夹拷贝到D：盘根目录下。2

1 基础实验：CCS的使用与DSP开发环境 1.1 实验目的 1. 熟悉 CCS 集成开发环境，掌握工程的生成方法； 2. 熟悉 SEED-DEC5416 实验环境； 3. 掌握 CCS 集成开发环境的调试方法； 1.2 实验内容 1. 编译与链接的设置，生成可执行的 DSP 文件； 2. 进行 DSP 程序的调试与改错； 3. 学习使用 CCS 集成开发工具的调试工具； 4. 观察实验结果； 1.3 实验程序结构说明 本实验包含的文件如下： 1. MATH.c 这个文件中包含了实验中关于 DSP 运算的主要函数。主要包含有： fixed_add(int x,int y)： 定点加法运算； fixed_sub(int x,int y)： 定点减法运算； fixed_mul(int x,int y)： 定点乘法运算； fixed_div(int x,int y)： 定点除法运算； float_add(double x,double y)： 浮点加法运算； float_sub(double x,double y)： 浮点减法运算； float_mul(double x,double y)： 浮点乘法运算； float_div(double x,double y)： 浮点除法运算； float_fixed(double x)： 浮点转定点运算； fixed_float(int x)： 定点转浮点运算； 2. math.cmd 这是 DSP 的链接文件。它的主要功能是将 DSP 的每段的程序链 接到相应的 DSP 的存贮区中。 3. rts.lib 是一个库文件，主要包含了有关 C 的运行环境与相应的函数的 代码。 1.4 实验步骤 首先将光盘下 03. Examples of Program \ 04. SEED_DTK-DBD 调试实验程 序目录下的 CCS-MATH 文件夹拷贝到 D：盘根目录下。 2

将DSP仿真器与计算机连接好；1.2.将DSP仿真器的JTAG插头与SEED-DEC5416单元的J1相连接；3.启动计算机，当计算机启动后，打开SEED-DTK_DBD的电源。观察SEED-DTK-I01单元的+5V，十3.3V，十15V，一15V的电源指示灯，SEEDDEC5416的D2以及SEED-DSK2812的D2是否均亮；若有不亮的，请断开电源，检查电源。CCe2C图标进入CCS环境。4.双击点击Project→open命令，在弹出的对话框中添加DTK-MATH.pjt文件；5./C54xxXDS510Emulator/CPUL1-C54X-CodeComponerStudia口口区Eile Edit YiewErojectDebug Profiler GEL Qption Iools DsP/BIosYindow HelpNew..DGHIG可#品海通Oper#Add Files to Proiect.Save名品口国CloseFiles节CEL fileUse External Makefile..ProjectsExportto Hakefiie.0再1Source Control0Compile EioBulldBebulidAilStop Build公Build .Clean市公Configurations..Buiid Ontiens.国File Speclrse OptionsD图Project Dependencles.马Shoy ProJect DependenctesCPUHALTEDNIOpen an existing pro.Show F1le Dependencies

1. 将 DSP 仿真器与计算机连接好； 2. 将 DSP 仿真器的 JTAG 插头与 SEED-DEC5416 单元的 J1 相连接； 3. 启动计算机，当计算机启动后，打开 SEED-DTK_DBD 的电源。观察 SEED-DTK-IO1 单元的＋5V，＋3.3V，＋15V，－15V 的电源指示灯， SEED_DEC5416 的 D2 以及 SEED-DSK2812 的 D2 是否均亮；若有不亮的， 请断开电源，检查电源。 4. 双击 图标进入 CCS 环境。 5. 点击 Project →open 命令，在弹出的对话框中添加 DTK-MATH.pjt 文件； 3

6.点击在工程视窗中右键GELfile，在弹出的菜单中选择LoadGEL，在弹出的对话框中添加dtk-boot.gel文件。/C54xxXDS51o Emulator/CPU1-C54X-Code Composer Studio口XEileEditVievProjectDebugProfilerCELOptionIoolsDsP/BIoSWindowHelp香美房e一品DTK-MATH.pjtDebugO国品国MO+OFilesTOGELfILoad CEL..Projec伊由DTKAllowDocking7Hide0Float In Main WindowA图口V>阅品CPU HALTEDLoad GEL scriptsNI7.使用projiect-Bulid命令编译当前程序。使用projiect-Bulidall命令编译整个工程程序。注意：在这个实验中，为了加深对CCS的了解，分别在编译与链接过程中设置了的错误行。这些错误行都是在程序调试中经常遇到的。·源程序错误：■在函数fixedadd（）中的z的定义未加“；”号■函数floatadd（）的（）号缺右边而未完整链接错误；福■DSP的空间分配重叠VECS:origin=4B00h，length=0120h改为VECS:origin=4B00h,length=0100h在进行此实验时，只有将上述的程序错误改正后才能正确的编译与链接。产生DTKDBDMATH.out。N

6. 点击在工程视窗中右键 GEL file，在弹出的菜单中选择 Load GEL，在弹 出的对话框中添加 dtk-boot.gel 文件。 7. 使用 projiect→Bulid 命令编译当前程序。使用 projiect→Bulid all 命令编译整个工程程序。 注意： 在这个实验中，为了加深对 CCS 的了解，分别在编译与链接过程中 设置了的错误行。这些错误行都是在程序调试中经常遇到的。  源程序错误：  在函数 fixed_add（）中的 z 的定义未加“；”号  函数 float_add（）的｛｝号缺右边而未完整  链接错误；  DSP 的空间分配重叠 VECS: origin = 4B00h, length = 0120h 改为 VECS: origin = 4B00h, length = 0100h 在进行此实验时，只有将上述的程序错误改正后才能正确的编译与 链接。产生 DTK_DBD_MATH.out。 4

按照下图所示添加.out文件，即使用File-LoadProgram菜单命8.令。.out文件一般存放在math文件下的debug文件夹中。口×/C5416XDS(TexasInstrunents)/CPU_1-C54X:-CodeCompoterSEilagdit View Projeet Debuz Profiler GEL Dption Tools DsP/EroS Window Hely司区百品日名助82寻蛋猫Load ProgramXmathpjt查找范围Q：Debug国品百math ou国00027电0白公公公图口图t value of文件名Q国mathout93751*/打开（Q)-D文件类型（)：口*,out寸取消帮助Build Comple Errars.KBuild山CPUHALTEDFor Help,press F19.点击debug→GoMain回到C程序的入口main（）函数处/c54xSimulator(TexasInstruiments)/cpU-c54x(Simulator)-CodeComposer...口 Ele Edit View Project Debug Profler GELOption ToolsDSPBIOSWindowHelp二点区香口日品意fafe+一可蓝圣山务XDTK-MATH.pjtDebugOOSOmO图00三白DTK-MATH.pjtA00DSP/BIOSConfivoid main()GeneratedFiles公会fixedadd(1556.40):由indude公fixedsub(334,222):aLibrariesfixed_mul(188,188):图口国rts.lbfixeddiv(188,18):f1oat_add(2.5e3,1.2e3)烟印、sub(2.0e2.3.0e2):Float-FileViewBookmarks口--Buildstdout国口CPUHALTEDFor Hep, press F15

8. 按照下图所示添加.out 文件，即使用 File→Load Program 菜单命 令。.out 文件一般存放在 math 文件下的 debug 文件夹中。 9. 点击 debug →Go Main 回到 C 程序的入口 main( )函数处。 5

10.使用F5快捷键，运行程序，在Stdout观察窗中查看程序运行结果。运行程序到第一个断点在STDout观察窗内看定点运算是否正确。然后再运行程序到第二个断点，观察浮点运算是否正确：再运行程序，观察浮点与定点之间的转换是否正确。/54xSimulator(TexasInstruments)/CPU-c54x(Simulator)-CodeComposerStudio-[mat..×Ele Edt Ylew Eroject Debug Profier GEL Option Iools DSP/BIOs Window Help二区日脑e务ae？E-DebugDTK-MATH.pJt品OOBMONvoid main()00司DSP/BIOST0Generatecfixed_add(1556,40):fixed sub(334,222);Include公#fixed_mul(188,188):Libraries会fixed_div(188,18);math.cmc-float_add(2.5e3,1.2e3);Sourcefloat_sub(2.0e2,3.0e2):圆田float_mul(2.0e2,3.0e2):国math.d2窗包Float_div(2.0e4,2.0e2):Aflaat_fixed(9.735e1):-日口三the result of fixed_addwas1596TRNTIM700B-PC00004DD0--112XPC0STOTCR0000the result of fixed_sub was+2209A0000000022ST1SWWSR7FFFthe result offixed_suhwas-Bthe result of fixed_div was 167!-0000000000PMSTBSCR-F800T-FFFFDPGPIOCR0000-BRAF - 0ASMDMPREC.0000-BRC-0000VDMSD10000-CABuildStdou口LrCPU HALTEDFor Hep, press F16

10. 使用 F5 快捷键，运行程序，在 Stdout 观察窗中查看程序运行结果。 运行程序到第一个断点在 STDout 观察窗内看定点运算是否正确。然 后再运行程序到第二个断点，观察浮点运算是否正确；再运行程序，观 察浮点与定点之间的转换是否正确。 6

2在片外设的使用（定时器、串行口）2.1实验目的1．了解DSP汇编程序的构成；2．了解DSP程序各段的含义；3.熟悉在汇编条件下如何编写中断服务程序；4.了解DSP的McBSP的工作原理和使用方法；5.掌握长时间间隔的定时器的处理；6.掌握片内外设的设置方法。2. 2实验内容1.DSP的初始设置；2.DSP中断向量表的建立；3.定时中断的编写；4.UART的初始化；5.MCBSP的初始化设置；6.MCBSP的发送；7.MCBSP的接收；2. 3实验背景知识2.3.1通用TIMER简介TMS320VC5416的定时器的说明：VC5416中有一个可编程的片上定时器，总共包含有三个可由用户设置的寄存器，并可以申请主机的中断。这三个寄存器分别为TIM、PRD、TCR。这些寄存器与对应的存贮空间地址如下表所示：Timer 1AddressTimeroAddress(5402only)RegisterDescriptionTIM0024h0030hTimerregister0025h0031hPRDTimer period register0026h0032hTCRTimercontrolregister时间寄存器（TIM）是一个16位的存贮器映射寄存器，它的值由周期寄存器来进行装载，并且做减一操作。周期寄存器（PRD）是一个16位的存贮器映射寄存器，它是用来重装时间寄存器（TIM）寄存器的值的。7

2 在片外设的使用（定时器、串行口） 2.1 实验目的 1. 了解 DSP 汇编程序的构成； 2. 了解 DSP 程序各段的含义； 3. 熟悉在汇编条件下如何编写中断服务程序； 4. 了解 DSP 的 McBSP 的工作原理和使用方法； 5. 掌握长时间间隔的定时器的处理； 6. 掌握片内外设的设置方法。 2.2 实验内容 1. DSP 的初始设置； 2. DSP 中断向量表的建立； 3. 定时中断的编写； 4. UART 的初始化； 5. MCBSP 的初始化设置； 6. MCBSP 的发送； 7. MCBSP 的接收； 2.3 实验背景知识 2.3.1 通用 TIMER 简介 TMS320VC5416 的定时器的说明： VC5416 中有一个可编程的片上定时器，总共包含有三个可由用户设置的寄存 器，并可以申请主机的中断。这三个寄存器分别为 TIM、PRD、TCR。这些寄存器 与对应的存贮空间地址如下表所示： 时间寄存器（TIM）是一个 16 位的存贮器映射寄存器，它的值由周期寄存器 来进行装载，并且做减一操作。 周期寄存器（PRD）是一个 16 位的存贮器映射寄存器，它是用来重装时间寄 存器（TIM）寄存器的值的。 7