1、第二章 DSP實驗實驗一 常用指令和數(shù)據(jù)存儲實驗一、實驗目的1熟悉SEED-DEC5502實驗環(huán)境；2熟悉CCS集成開發(fā)環(huán)境，掌握工程的生成方法，掌握CCS集成開發(fā)環(huán)境的調試方法；3了解TMS320C55x 匯編語言程序結構和一些簡單的匯編語句用法，學習在CCS 環(huán)境中調試匯編代碼；4了解TMS320VC5502的內部存儲器空間的分配及指令尋址方式，學習用Code Composer Studio修改、填充DSP內存單元的方法，學習操作TMS320VC5502內存空間的指令。5掌握DSP片上DARAM的工作方式，了解DARAM存儲空間的分配，掌握DSP片上DARAM中數(shù)據(jù)的存取。二、實驗設備計算

2、機，CCS 2.0版軟件，DSP仿真器，DSP實驗箱。三、實驗背景知識匯編語言程序除了程序中必須使用匯編語句之外，其編譯選項的設置與C 語言編制的程序也稍有不同。匯編語言程序在執(zhí)行時直接從用戶指定入口開始，而C 語言程序在執(zhí)行時，先要調用C 標準庫中的初始化程序（入口標號為“_c_init00”），完成設置之后，才轉入用戶的主程序main()運行。TMS320VC5502的片上DARAM大小為32K16-bit(64K bytes)。DARAM在一個機器周期內能被訪問兩次，因此DARAM提高了系統(tǒng)的性能。DARAM由8塊4K16-bit模塊組成（見下圖1-1所示）。圖1-1 DARAM 塊的組

3、成每個模塊在一個周期內能夠執(zhí)行兩次讀取或一次讀取一次寫入或兩次寫入。DARAM位于000000h00FFFFh的地址范圍內，它能夠被程序、數(shù)據(jù)或DMA總線訪問。四、實驗要求1熟悉CCS環(huán)境，學習在CCS環(huán)境下進行DSP程序開發(fā)的一般過程與方法；2編寫簡單的DSP匯編源程序，掌握一些常用匯編指令的用法；3掌握DSP片上DARAM中數(shù)據(jù)的存取。對DSP進行初始化、在片上DARAM上寫數(shù)據(jù)，檢查并讀取片上DARAM的數(shù)據(jù)。五、實驗步驟與內容（一）常用指令部分1實驗程序及包含的文件（1）addasm.asm：實驗的主程序；（2）SEED_DEC5502.gel：系統(tǒng)初始化；（3）SEED_DEC550

4、2.cmd：聲明了系統(tǒng)的存儲器配置與程序各段的連接關系。2實驗準備首先將D：盤下03. Examples of Program 05. SEED-DTK5502例程目錄下的3.1.3 addasm文件夾拷貝到E：盤根目錄下。（1）DSP仿真器與計算機連接好；（2）將DSP仿真器的JTAG插頭與SEED-DEC5502單元的J1相連接；（3）打開SEED-DTK5502的電源。觀察SEED-DTK_MBoard單元的5V，3.3V，15V，15V的電源指示燈以及SEED-DEC5502的電源指示燈D2、D4是否均亮；若有不亮的，請斷開電源，檢查電源。3具體實驗步聚（1）打開CCS軟件，進入CCS

5、的主界面；（2）運行Project/Open命令，裝入addasm.pjt工程文件；運行File/Load GEL命令，添加SEED_DEC5502.gel文件；在工程管理窗口中，雙擊Source文件夾下的匯編源文件addasm.asm，可以在右邊窗口中看到該文件的具體內容，如下圖1-2所示；圖1-2 匯編源文件窗口（3）運行Project/Rebuild All命令，對工程當中的所有文件進行編譯、鏈接以便形成可以在目標板上運行的addasm.out可執(zhí)行文件；（4）運行File/Load Program命令，裝載addasm.out文件（在3.1.3 addasmDebug文件夾下），進行調

6、試；（5）運行Debug/Run命令，運行程序；（6）運行View/Registers/CPU Registers命令，查看結果，觀察寄存器（AR0和AR1）的值，觀察結果如下圖1-3所示。圖1-3 寄存器觀察窗口由運行結果可知，程序運行完成后，寄存器AR0的值為0AH，寄存器AR1的值為14H。（二）數(shù)據(jù)存儲部分1實驗程序及包含的文件（1）DEC5502_DARAM.c：這是實驗的主程序，包含了系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)時鐘設置，在片上DARAM上寫數(shù)據(jù)，讀片上DARAM數(shù)據(jù)并檢查等；（2）SEED_DEC5502.cmd：聲明了系統(tǒng)的存儲器配置與程序各段的連接關系。2實驗準備首先將D：盤下03. E

7、xamples of Program 05. SEED-DTK5502例程目錄下的3.2.3 DEC5502_DARAM文件夾拷貝到E：盤根目錄下。（1）DSP仿真器與計算機連接好；（2）將DSP仿真器的JTAG插頭與SEED-DEC5502單元的J1相連接；（3）打開SEED-DTK5502的電源。觀察SEED-DTK_MBoard單元的5V，3.3V，15V，15V的電源指示燈以及SEED-DEC5502的電源指示燈D2、D4是否均亮；若有不亮的，請斷開電源，檢查電源。3具體實驗步聚（1）打開CCS軟件，進入CCS的主界面；（2）運行Project/Open命令，裝入DEC5502_DAR

8、AM.pjt工程文件；運行File/Load GEL命令，添加SEED_DEC5502.gel文件；在工程管理窗口中，雙擊Source文件夾下的C語言源文件DEC5502_DARAM.c，可以在右邊窗口中看到該文件的具體內容，如下圖1-4所示；圖1-4 C語言源文件窗口（3）運行Project/Rebuild All命令，對工程當中的所有文件進行編譯、鏈接以便形成可以在目標板上運行的DEC5502_DARAM.out可執(zhí)行文件；（4）運行File/Load Program命令，裝載DEC5502_DARAM.out文件（在3.2.3 DEC5502_DARAM Debug文件夾下），進行調試；

9、（5）在DEC5502_DARAM.c程序的第48行“Errcount=0；”和第56行“if(Errcount!=0)”處設置斷點，如圖1-5所示；圖1-5 斷點設置圖（6）運行Debug/Run命令，運行程序，程序會停在第一個斷點處；然后運行View/Memory命令，可以打開Memory Windows Options對話框，按照圖1-6對選項進行設置，單擊OK按鈕，出現(xiàn)存儲器窗口，如圖1-7所示。圖1-6 存儲器選項窗口圖1-7 存儲器窗口（7）再次運行Debug/Run命令，程序會停在第二個斷點處；然后運行View/Watch Window命令，可以打開觀察窗口，如圖1-8所示。其中

10、i變量的值表示從片上DARAM讀出的數(shù)據(jù)總個數(shù)，Errcout表示從片上DARAM中讀出的錯誤數(shù)據(jù)的個數(shù)。如果Errcout的值為0，則表明SEED_DEC5502 片上DARAM中數(shù)據(jù)存取操作成功；否則SEED_DEC5502 片上DARAM 中數(shù)據(jù)存取操作失敗。圖1-8 變量觀察窗口（8）繼續(xù)運行Debug/Run命令，可以觀察到如下圖1-9所示的輸出結果。圖1-9 程序運行結果圖六、實驗報告要求1寫出主程序，并寫出運行結果；2寫明對程序進行了何種修改，給出修改部分程序，并寫出運行結果；3對實驗進行總結，寫結論及體會。實驗二 數(shù)字波形產生實驗一、實驗目的1了解數(shù)字波形產生的基本原理；2學習

11、用C55x DSP芯片產生正弦信號的基本方法和步驟；3學習用標準C語言編制程序；了解常用的C語言程序設計方法和組成部分；4了解CCS集成開發(fā)環(huán)境的操作環(huán)境和基本功能；熟悉在CCS環(huán)境下進行C語言程序開發(fā)的過程及方法。二、實驗設備計算機，CCS 2.0版軟件，DSP仿真器，實驗箱。三、基礎理論數(shù)字波形信號發(fā)生器是利用微處理器芯片，通過軟件編程和D/A轉換，產生所需要信號波形的一種方法。在通信、儀器和控制等領域的信號處理系統(tǒng)中，經常會用到數(shù)字正弦波發(fā)生器。一般情況，產生正弦波的方法有兩種：1查表法。此種方法用于對精度要求不是很高的場合。如果要求精度高，表就很大，相應的存儲器容量也要很大。2泰勒級數(shù)

12、展開法。這是一種更為有效的方法。與查表法相比，需要的存儲單元很少，而且精度高。一個角度為的正弦和余弦函數(shù)，可以展開成泰勒級數(shù)，取其前5項進行近似得：其中，為的弧度值。四、實驗要求要求采用泰勒級數(shù)展開法，來構造正弦波信號，計算點數(shù)為256點；用CCS的圖形觀察功能在PC機上將正弦波圖形顯示出來，并畫圖。五、實驗步驟和內容1實驗準備 （1）DSP仿真器與計算機連接好；（2）將DSP仿真器的JTAG插頭與SEED-DEC5502單元的J1相連接；（3）打開SEED-DTK5502的電源。觀察SEED-DTK_MBoard單元的5V，3.3V，15V，15V的電源指示燈以及SEED-DEC5502的電

13、源指示燈D2、D4是否均亮；若有不亮的，請斷開電源，檢查電源。2具體實驗步驟（1）打開CCS軟件，進入CCS的主界面；（2）按照在CCS環(huán)境下進行DSP程序開發(fā)的一般過程和實驗要求編寫程序；首先在E盤建立一個自己的工作目錄，然后運行Project/New命令，新建一個工程文件（擴展名為.pjt）；接著運行File/New/Source File命令新建擴展名為.c的主程序和擴展名為.cmd的鏈接命令文件；（3）運行Project /Add Files to Project命令，將擴展名為.c的主程序、擴展名為.cmd的鏈接命令文件和C的運行支持庫文件rts55x.lib添加到工程文件當中去；在

14、工程管理窗口中，雙擊Source文件夾下的C語言源文件，可以在右邊窗口中看到該文件的具體內容，如下圖2-1所示； 圖2-1 C語言源文件窗口（4）運行Project/Build命令，對工程當中的所有文件進行編譯、鏈接，以便形成可以在目標板上運行的擴展名為.out可執(zhí)行文件；（5）運行File/Load Program命令，裝載.out文件，進行調試；（6）運行Debug/Run命令，運行程序；（7）運行View/Graph/Time Frequency命令，打開一個圖形觀察窗口，對觀察窗口的參數(shù)進行正確設置，如下圖2-2所示，以便觀察利用泰勒級數(shù)產生的波形；圖2-2 圖形觀察窗口參數(shù)設置圖（8

15、）嘗試修改主程序中和正弦波頻率有關的參數(shù)值，“Rebuild”及“Load”后，單擊“Run”運行程序，觀察產生信號頻率變化；（9）關閉工程文件；關閉所有窗口，本實驗完畢。 六、實驗報告要求1寫出主程序及程序運行結果，繪制正弦波圖形；2對結果進行分析，對實驗進行總結，寫結論及體會。實驗三 數(shù)字圖像處理實驗一、實驗目的1了解數(shù)字圖像處理的基本原理；2學習灰度圖像反色處理技術；3學習灰度圖像二值化處理技術；4掌握數(shù)字圖像處理在DSP上的實現(xiàn)。二、實驗設備計算機，CCS 2.0版軟件，DSP仿真器，實驗箱。三、基礎理論1圖像的反色將圖像按象素進行求反，取得類似照相底片效果。求反處理的圖像與原始圖“黑

16、白顛倒”，可以看清原始圖中灰黑區(qū)域的情況。求反的圖像一般用于數(shù)字圖像的初步處理。圖3-1為原始圖像，對圖3-1進行反色處理后的圖像如下圖3-2所示。 圖3-1 原始圖像 圖 3-2 反色后的圖像設表示輸入圖像的灰度，表示輸出圖像的灰度。圖像反色的灰度變換方程為2圖像的二值化灰度的閾值變換可以將一幅灰度圖像轉換成黑白二值圖像。它的操作過程是先由用戶指定一個閾值，如果圖像中其像素的灰度值小于該閾值，則將該像素的灰度值設置為0，否則灰度值設置為255?；叶鹊拈撝底儞Q的變換函數(shù)表達式為其中T為指定的閾值。對圖3-1進行二值化后的圖像如下圖3-3所示。圖3-3 二值化后的圖像四、實驗要求要求實現(xiàn)灰度圖像

17、的讀入、反色處理和二值化處理，并將原灰度圖像、反色處理后和二值化處理后的圖像顯示出來。五、實驗步驟和內容1實驗準備（1）DSP仿真器與計算機連接好；（2）將DSP仿真器的JTAG插頭與SEED-DEC5502單元的J1相連接；（3）打開SEED-DTK5502的電源。觀察SEED-DTK_MBoard單元的5V，3.3V，15V，15V的電源指示燈以及SEED-DEC5502的電源指示燈D2、D4是否均亮；若有不亮的，請斷開電源，檢查電源。（4）復習數(shù)字圖像處理的基本原理，重點學習灰度圖像反色處理和二值化處理相關的理論知識；（5）在計算機E盤，建立“Tu”子目錄，將“Lena64.bmp”文件

18、拷入；2具體實驗步驟（1）打開CCS軟件，進入CCS的主界面；（2）按照在CCS環(huán)境下進行DSP程序開發(fā)的一般過程和實驗要求編寫程序；首先在E盤建立一個自己的工作目錄，然后運行Project/New命令，新建一個工程文件（擴展名為.pjt）；接著運行File/New/Source File命令新建擴展名為.c的主程序和擴展名為.cmd的鏈接命令文件；將C的運行支持庫文件rts55x.lib（位于C:tic5500cgtoolslib目 錄下）復制到E盤自己建立的工作目錄下；（3）運行Project /Add Files to Project命令，將擴展名為.c的主程序、擴展名為.cmd的鏈接命

19、令文件和C的運行支持庫文件rts55x.lib添加到工程文件當中去；在工程管理窗口中，雙擊Source文件夾下的C語言源文件，可以在右邊窗口中看到該文件的具體內容，如下圖3-4所示；然后可以繼續(xù)編輯、修改源程序，以便滿足實驗要求。 圖3-4 C語言源文件窗口（4）運行File/Load GEL命令，添加SEED_DEC5502.gel文件；運行Project/Build命令，對工程當中的所有文件進行編譯、鏈接以便形成可以在目標板上運行的擴展名為.out可執(zhí)行文件；（5）運行File/Load Program命令，裝載.out文件，進行調試；（6）在主程序中，在三個“i=0”處設置三個斷點；如下

20、圖3-5所示； 圖3-5 設置斷點示意圖單擊“Run”，程序運行到第一個斷點處停止；（7）運行View/Graph/Image命令打開一個圖形觀察窗口，以觀察程序載入的“Lena64.bmp”圖像，該圖像應保存在“E：Tu”目錄中；按下圖3-6設置該圖形觀察窗口，觀察變量y，為64*64的二維數(shù)組。圖3-6 圖形觀察窗口參數(shù)設置圖下圖3-7為“Lena64.bmp”在CCS環(huán)境下的顯示圖像。圖3-7 原灰度圖單擊“Run”，程序運行到第二個斷點處停止，這時可在圖形觀察窗口中，觀察原圖像經反色處理后的結果圖像，如下圖3-8所示。圖3-8 反色處理后結果圖單擊“Run”，程序運行到第三個斷點處停止

21、，這時可在圖形觀察窗口中，觀察到圖像經過二值化處理后的結果圖像，如下圖3-9所示。其中，二值化處理閾值設為128。圖3-9 二值化處理后結果圖（8）嘗試修改主程序中的閾值，“Rebuild”及“Load”后，單擊“Run”運行程序，觀察圖像的變化；（9）關閉工程文件；關閉所有窗口，本實驗完畢。 六、實驗報告要求1闡述灰度圖像反色處理和二值化處理基本理論；2寫出主程序，觀察程序運行結果，并對結果進行分析；3對實驗進行總結，寫結論及體會。實驗四 語音濾波系統(tǒng)綜合設計實驗一、實驗目的1了解CODEC（TLV320AIC23B）工作的基本原理，掌握AIC23和McBSP之間的配置；2掌握TLV320A

22、IC23B的應用，掌握TLV320AIC23B與DSP之間的配置，熟悉DSP與CODEC（TLV320AIC23B）的控制與數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程；3熟悉設計FIR數(shù)字濾波器的原理及其編程；4學習使用CCS 圖形觀察窗口觀察和分析語音波形及其頻譜。二、實驗設備計算機，CCS 2.0版軟件，DSP仿真器，實驗箱，音頻線，耳機。三、基礎理論1TLV320AIC23B 的介紹TLV320AIC23B（以下簡稱AIC23）是TI推出的一款高性能的立體聲音頻Codec芯片，內置耳機輸出放大器，支持MIC和LINE IN兩種輸入方式（二選一），且對輸入和輸出都具有可編程增益調節(jié)。AIC23B的ADC和/DAC部件

23、采用Sigma-Delta過采樣技術，可在8kHz到96kHz的頻率范圍內提供16位、20位、24位和32位的采樣。在采樣率為48kHz的情況下，ADC和DAC的信噪比能夠分別達到90dB和100dB，從而可在小型低功耗設計中實現(xiàn)高保真錄音和高質量的數(shù)字音頻回放。AIC23B還具有很低的功耗，在回放中的功率消耗小于23mW，節(jié)電模式下更是小于15uW。AIC23B的管腳和內部結構框圖請參考光盤中的數(shù)據(jù)手冊，下面介紹一下AIC23的使用情況。（1）AIC23數(shù)據(jù)接口DSP與AIC23B的數(shù)據(jù)傳送可以采用DSP模式與IIS模式，區(qū)別僅在于DSP的McBSP幀同步信號的寬度。IIS模式的幀同步信號寬

24、度必須為一個字（16位）長，DSP模式的幀寬度可以為一個位長。例如在幀長為32位的情況下，如果采用IIS模式，幀同步信號寬度應為16位；而采用DSP模式，幀信號寬度1位即可。SEED-DEC5502用VC5502的McBSP1接口與AIC23的數(shù)據(jù)口相連，實現(xiàn)Codec的A/D數(shù)據(jù)輸入和D/A數(shù)據(jù)輸出。接口連接示圖如下圖4-1所示。圖4-1 VC5502與AIC23接口連接示意圖TLV320AIC23B設置為DSP模式與McBSP1進行通訊，因而應將McBSP1設置為從模式。幀信號寬度為一個bit長，比如在字長16bit（即左右聲道的采樣各為16bit），幀長為32bit的情況下，采用DSP

25、Mode幀信號寬度1bit即可。（2）AIC23命令接口在SEED-DEC5502模板上采用的是I2C方式控制TLV320AIC23B的。其硬件管腳的說明如下：SDIN： AIC23B控制口串行數(shù)據(jù)輸入；SCLK： AIC23B控制口的位-時鐘；MODE： AIC23B串口模式控制信號；DSP通過該部分配置AIC23的內部寄存器，每個word的前7bit為寄存器地址，后9bit為寄存器內容。（3）麥克風輸入接口MICBIAS：提供麥克風偏壓，通常是3/4 AVDD； MICIN： 麥克風輸入，由AIC結構圖能看出放大器默認是5倍增益；LINE IN： 輸入接口；LLINEIN：左聲道LINE

26、IN輸入；RLINEIN：右聲道LINE IN輸入。（4）音頻輸出接口LHPOUT：左聲道耳機放大輸出；RHPOUT：右聲道耳機放大輸出； LOUT： 左聲道輸出； ROUT： 右聲道輸出。 （5）其他MCLK：芯片時鐘輸入(12M) ；VMID：半壓輸入，通常由一個10U和一個0.1U電容并聯(lián)接地；MODE：芯片工作模式選擇，Master CS片選信號（配置時有效）；CLKOUT： 時鐘輸出，可以為MCLK或者MCLK/2（詳見寄存器配置）。 2音頻信號處理子系統(tǒng)的總體框圖音頻信號（如：電吉它的單聲道聲音信號是150mV的電信號）經過高精度高速ADC轉換后得到一串數(shù)字信號，輸入到波形輸入緩沖

27、區(qū)RAM。然后由手動控制一種或幾種處理算法將音頻信號調入TMS320C5402的內部進行高速運算。經過處理的音頻信號，再輸入到高精度高速的DAC轉換器中，還原成模擬的聲音信號，經音箱功率放大電路放大輸出。利用緩沖區(qū)的目的是進行音效的實時處理。系統(tǒng)中各模塊是同時進行處理的，一部分信號正在ADC中進行轉換，而另一部分信號則在DSP處理器中同時進行算法處理，即整個系統(tǒng)是以流水線的方式進行工作。音頻信號處理子系統(tǒng)的總體方案圖如下圖4-2所示。 圖4-2 音頻信號處理子系系統(tǒng)的總體方案圖初始化配置：DSP通過I2C總線將配置命令發(fā)送到AIC23，配置完成后AIC23工作。語音信號的輸入：AIC23通過其

28、中的AD轉換采集輸入的語音信號，每采集完一個信號后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP 的McBSP 接口上，DSP可以讀取到語音數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)為16位無符號整數(shù)，左右通道各有一個數(shù)值。語音信號的輸出：DSP可以將語音數(shù)據(jù)通過McBSP 接口發(fā)送給AIC23，AIC23 的DA器件將他們變成模擬信號輸出。3有限沖擊響應數(shù)字濾波器（FIR）的基礎理論FIR數(shù)字濾波器是一種非遞歸系統(tǒng)，其沖激響應h(n)是有限長序列，其差分方程表達式為其中，N為FIR濾波器的階數(shù)。在數(shù)字信號處理應用中往往需要設計線性相位的濾波器，F(xiàn)IR濾波器在保證幅度特性滿足技術要求的同時，很容易做到嚴格的線性相位特性。為了使濾波器滿足線性相位條

29、件，要求其單位脈沖響應h(n)為實序列，且滿足偶對稱或奇對稱條件，即h(n)=h(N-1-n)或h(n)=-h(N-1-n)。這樣，當N為偶數(shù)時，偶對稱線性相位FIR濾波器的差分方程表達式為由上可見，F(xiàn)IR濾波器不斷地對輸入樣本x(n)延時后，再做乘法累加算法，將濾波器結果y(n)輸出。因此，F(xiàn)IR實際上是一種乘法累加運算。而對于線性相位FIR而言，利用線性相位FIR濾波器系數(shù)的對稱特性，可以采用結構精簡的FIR結構將乘法器數(shù)目減少一半。本實驗中FIR的算法公式為四、實驗要求在CCS集成開發(fā)環(huán)境下編程，實現(xiàn)對原始語音信號的輸入、FIR濾波處理及濾波后語音信號的輸出，實現(xiàn)音頻濾波功能；并用CCS

30、的圖形觀察功能觀察原始音頻信號在時域和頻域下的波形，觀察濾波后的音頻信號在時域和頻域下的波形。通過對音頻濾波實驗，熟悉CODEC的各個寄存器的設置；掌握TMS320VC5502的McBSP設置；理解濾波算法。本實驗要求只對右聲道的聲音進行濾波處理，同學們可通過耳機對比左右聲道的聲音。五、實驗步驟和內容1實驗內容本實驗要完成的具體實驗內容如下：（1）DSP系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)時鐘配置、初始化DSP的外部EMIF；（2）AIC23的初始化，實現(xiàn)CODEC控制寄存器的配置及AIC23功能設置；設置AIC23輸入為LINE IN；（3）McBSP初始化，對McBSP進行配置；（4）I2C初始化，實現(xiàn)E2PROM讀寫操作；（5）編寫濾波子程序，實現(xiàn)對輸入