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DSP实验报告.docx
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DSP实验报告
南京师范大学
嵌入式系统技术及应用
实验设计与报告
题目:
基于DSP6437的波形运算控制
学院:
电气与自动化工程学院
专业:
电力系统及其自动化
填写日期:
2015年1月17日
南京师范大学
研究生课程学习考试成绩单
(试卷封面)
院系
电气与自动化工程学院
专业
电力系统及其自动化
研究生姓名
学号
课程名称
嵌入式系统技术及应用
授课时间
2014学年度1学期
周学时
36
学分
3
简
要
评
语
本课题为基于DSP的波形运算控制,要求通过串行口调试助手向DSP发送相应的指令,实现对DSP上存储的三角波和梯形波两种波形的不同运算控制,运算结果显示在CCS中,同时将运算状态发送给上位机。
通过该课题学生能够熟练使用CCS软件编写程序,掌握串口数据发送接收和调试功能。
考核论题
基于DSP的波形运算控制
总评成绩
(含平时成绩)
备注
任课教师签名:
批改日期:
注:
1、以撰写论文为考核形式的,填写此表,综合考试可不填;
2、本成绩单由任课教师填写,填好后与作业(试卷)一并送院(系)研究生秘书处;
3、学位课总评成绩须以百分制记分。
基于DSP的波形运算控制
随着科学技术的飞速发展,人们对控制模型、控制算法要求越来越高,传统意义上的处理器很难满足发展的需求,而数字信号处理器DSP经历了20多年的发展与普及,应用领域几乎涵盖了所有的行业:
通信、信息处理、自动控制、雷达、航空航天、医疗、日常消费品等。
德州仪器(TI)占据了整个DSP市场的50%左右,很多高校、研究所、公司大量采用TI的方案与芯片进行开发与研究。
为了更好地配合学校的理论教学,达到理论与实践完美的结合,合众达公司总结了10多年在DSP领域中的开发与应用经验,推出了双DSP教学系统SEED-DTK教学实验箱系列产品。
它设计新颖、独特,为师生提供了一个完整的教学实验平台,为学生加速学习与系统掌握DSP的开发与应用提供了强有力的手段。
SEED-DTK教学实验箱采用模块化设计理念,涵盖了TI所有的主流DSP系列:
C2000、C3X、C5000和C6000系列。
其中SEED-DTK实验箱中的主控板SEED-DECxxxx采用统一的系统结构、模块结构、机械结构和标准的总线接口以及相同的物理尺寸,实验箱上的主控板可以替换为不同系列SEED-DECxxxx,以适应不同院系在同一实验箱上开展不同的实验内容,大大节省了校方的设备经费。
本次小课题正是基于合众达公司的一整套设备得以完成。
1实验内容:
新建一个工程,编写相应的程序,以实现以下功能:
通过串行口调试助手向DSP发送相应的指令,实现对DSP上存储的三角波和梯形波两种波形的不同运算控制,运算结果显示在CCS中,同时将运算状态发送给上位机。
该工程的程序主要分成两个部分,第一部分为三角波和梯形波的实现,第二部分为三角波和梯形波之间的运算控制。
另外对串口调试助手的控制程序主要采用课上提供的程序。
下面主要介绍各个子程序的编写。
1.1三角波子程序
本工程生成的三角波为双象限直角三角波,周期为1024个单位,幅值为1个单位。
在零到半个周期内,波形从0均匀上升到1,在后半个周期,波形从-1均匀上升到0。
三角波程序编写如下:
floatTriangle[1024]={0};//三角波
for(i=0;i<1024;i++)
{
if(i<512)
{
Triangle[i]=i/511.0;
}
if(i>=512)
{
Triangle[i]=-1+((i-512)/511.0);
}
}
1.2梯形波子程序
本工程生成的梯形波是双象限等腰梯形波,周期为1024个单位,幅值为1个单位,平顶占1/3周期。
在零到85个单位内,波形从0上升到1;在86-425个单位内,波形幅值保持1不变;在426-512个单位内,波形从1降到0;后半个周期波形与前半周期关于中点旋转对称。
梯形波程序编写如下:
floatRectangle[1024]={0};//梯形波
for(i=0;i<1024;i++)
{
if(i<86)
Rectangle[i]=i/85.0;
if(i>=86&&i<=425)
Rectangle[i]=1;
if(i>425&&i<512)
Rectangle[i]=Rectangle[511-i];
if(i>=512&&i<=597)
Rectangle[i]=-Rectangle[i-512];
if(i>597&&i<938)
Rectangle[i]=-1;
if(i>=938)
Rectangle[i]=-Rectangle[1023-i];
}
1.3波形运算子程序
本工程要实现三角波与梯形波的加减乘除运算。
基本思路是直接对波形点的数进行直接的加减乘除运算,得到叠加的波形。
程序编写如下:
rx[i]是存放运算命令值的一个数组,根据串行口输入的不同指令,进行判断,执行对应的运算法则。
if(rx[i]=='+')
{
for(j=0;j<1024;j++)
{
Sum[j]=Triangle[j]+Rectangle[j];
}
}elseif(rx[i]=='-')
{
for(j=0;j<1024;j++)
{
Sum[j]=Triangle[j]-Rectangle[j];
}
}elseif(rx[i]=='*')
{
for(j=0;j<1024;j++)
{
Sum[j]=Triangle[j]*Rectangle[j];
}
}
elseif(rx[i]=='/')
{
for(j=1;j<1023;j++)
{
Sum[j]=Rectangle[j]/Triangle[j];
}
}
1.4的串口程序和初始化程序
本工程除了波形和运算程序外,还有相应的串口程序和初始化程序。
串口的初始化程序:
uart1=SEEDDEC6437_UART_open(1,
baud_9k6,
data_w8,
data_s1,
data_p);
/*Setupbuffers*/
for(i=0;i<0x100;i++)
{
rx[i]=0;
}
串口的接受和发送程序:
while
(1)
{
tmp=EVMDM6437_UART_rcvReady(uart1);
if(tmp==1)
break;
}
EVMDM6437_UART_getChar(uart1,&rx[i]);
while
(1)
{
tmp=EVMDM6437_UART_xmtReady(uart1);
if(tmp==1)
break;
}
EVMDM6437_UART_putChar(uart1,rx[i]);
2实验结果
2.1实验前准备及操作步骤
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-DEC6437单元的J9相连接;
3.打开SEED-DTK6437的电源。
观察SEED-DTK_Mboard单元的+5V、+3.3V、+15V、-15V的电源指示灯以及SEED-DEC6437单元电源指示灯D4是否均亮;若有不亮的,请断开电源,检查电源。
4.用串口线将SEED-DEC6437的J13与PC机相连。
2.2实验波形
调试成功后首先得到三角波和梯形波的波形:
图1三角波形和梯形波形
当输入‘+’,进行加运算时,运算结果的波形如下图:
图2波形的加运算结果
当输入‘-’,进行加运算时,运算结果的波形如下图:
图3波形的减运算结果
当输入‘*’,进行加运算时,运算结果的波形如下图:
图4波形的乘运算结果
当输入‘/’,进行加运算时,运算结果的波形如下图:
图5波形的除运算结果
3问题解决和结论
实验过程中,在编写波形运算的过程中,当进行除法运算时,波形经常出错,后来我们发现,这是因为由于出现除数为零的情况,因此,我们采用梯形波除以三角波,这样一来,就避免了除数为零的情况。
串口调试过程中经常出现串口突然不工作的情况,当串口输入运算指令时,并不能在面板上显示输入的指令,DSP也接收不到运算指令。
我们猜测可能因为接触不良或者反应迟钝,重新插拔USB口重新启动后又得以恢复正常。
4实验总结
通过本次实验的学习,我更加熟练地掌握了CCS开发环境下的DSP实验箱的操作。
此次实验中,我参与了整个程序的调试与修改,通过对异常情况的分析与调试,加深了对串口通信发送与接收数据的过程的理解,也提高了编程的能力。
最后感谢杨建飞老师为我们教授这门科目以及在实验中的细心教导与热情的帮助。
5嵌入式系统的介绍
进入21世纪以来,一个全方位的嵌入式系统应用即将来临,随着嵌入式系统的研究和应用的进一步深入,嵌入式系统将向网络化、智能化、规范化、集成化方向发展。
在与各个行业的具体应用相结合的过程中,嵌入式系统将对国民经济进行全方位的渗透,在我国国家现代化进程中发挥巨大推进作用。
PC机主要应用在办公室自动化领域,而嵌入式系统已经广泛渗透到人们的工作、生活中。
据统计,嵌入式处理器的数量占分散处理器的94%,而PC机用的处理器只占6%[1]。
根据美国嵌入式系统专业杂志RTC报道,21世纪初的十年中,全球嵌入式系统市场需求量具有比PC市场大10至100倍的商机。
1998年在芝加哥举办的嵌入式系统会议上,与会专家一致认为,21世纪嵌入式系统将无所不在,它将为人类生产带来革命性的发展,实现“PCsEverywhere”的生活梦想。
1嵌入式系统
1.1嵌入式系统的概念
嵌入式系统是指以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可剪裁,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
它主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成。
用于实现对其它设备的控制、监视和管理等功能,它通常嵌入在主要设备中运行[2]。
1.2嵌入式系统的几个发展阶段
嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史,纵观嵌入式技术的发展过程,大致经历四个阶段。
第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统,具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。
第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。
第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。
第四阶段是以Internet为标志的嵌入式系统[3]。
综上所述,嵌入式系统技术日益完善,32位微处理器在该系统中占主导地位,嵌入式操作系统已经从简单走向成熟,它与网络、Internet结合日益密切,因而,嵌入式系统应用将日益广泛。
2嵌入式处理器
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器,据不完全统计,全世界嵌入式处理器的品种已有上千种之多。
其中,我们最为熟悉的是8051和68H结构的产品。
实际上,几十年来,各种4、8、16和32位的处理器在嵌入式系统中都有广泛应用。
嵌入式系统的处理器可以分为两大类:
一类是采用通用计算机的CPU为处理器,如X86系列;另一类为微控制器和DSP,微控制器具有单片化、体积小、功耗低、可靠性高、芯片上的外没资源丰富等特点,成为嵌入式系统的主流器件。
当前,嵌入式系统处理器的发展趋势主要采用32位嵌入式CPU,其主流系列有ARM(包括Intel公司的strongARM和XScale)、MIPS和SH三大系列。
嵌入式系统CPU的另一类型为DSP。
当前,DSP处理器的典型结构是单片化嵌入式DSP,如TI公司的TMS320系列;另一类是在通用CPU或单片系统中增加DSP协处理器,如In-tel公司的MCS-296等。
还有一种类型是选用嵌入式单片系统SOC(SystemOnaChip)。
国际上有一种新的趋向,即可以购买IP知识产权核模块,即现有的IC电路模块的设计,在其基础上,可根据需求将多个IP模块组合起来或经修改,形成自己的新的设计。
由此可见,半导体芯片的设计现已不难了。
其中,尤以ARM的应用最为典型,各半导体厂商人多可生产ARM的衍生产品[4]。
3嵌入式实时操作系统
目前嵌入式实时操作系统典型产品如下:
VxWorksWindRiver公司的高性能可扩展的实时操作系统,具有嵌入实时应用中最新一代的开发和执行环境,支持多种处理器和开发平台,并有多种开发工具,是目前世界上应用最广泛的产品。
PSOSISI公司研发的产品,该产品推出时间较早,因此比较成熟,可以支持多种处理器,曾是国际上应用最广泛的产品,主要应用领域是远程通信、航天、信息家电和工业控制。
但该公司已被WindRiver公司兼并,并将推出VxWorks与PSOS合二为一的产品。
VRTX是国际上最早推出的实时系统之一,比较成熟。
其特点是内核紧凑,在模块化方面比原系统有重大的改善。
WindowsCE是微软公司嵌入式实时应用系统,支持众多的硬件平台,其最主要特点是拥有与桌上型Windows家族一致的程序开发界面,因此,桌上型Windows家族上开发的程序就能在WinCE上运行。
但嵌入式操作系统追求高效、节省,WinCE在这方面是笨拙的,它占用内存过大,应用程序庞大。
RT-Linux是一种提供源代码、开放式自由软件,具有嵌入式操作系统的很多特色,突出的优势是适用多种CPU和多种硬件平台,性能稳定,裁剪性好,开发利使用都很容易。
它是发展未来嵌入式设备的绝佳资源。
国内也有不少单位在RT-Linux方面做了大量卓有成效的工作,具有广泛的应用前景[5]。
此外,后PC时代的众多产品,如手持设备等,并不需要强实时性,PalmOS、JavaOS等应运而生。
而Ossl公司拥有的ONX是一种限于X86平台的可提供集成化开发环境的实时操作系统。
OS/9在DVD等产品中则有广泛应用。
4我国自主的嵌入式系统技术应用现状和发展趋势
(1)PC机产业
目前,PC机的架构为Wintel所控制、垄断,即由Intel的CPU+微软的Windows主宰了产业。
在该领域,我们没有主动权,没有创新空间,无能为力,充其量只是组装机和搞计算机系统集成等,自己的软件产品和出口软件很少,中国软件企业规模太小。
专家估计,10~20年内难以突破!
(2)嵌入式系统
需求千变万化,没有统一的架构,软硬件需要各种各样的组合,技术密集,市场容量人,我们有无限的创新空间。
当前,我们面临发展自主嵌入式操作系统的有利时机,主要是:
计算环境从PC为中心转变为以网络为中心,涌现了各种新的信息设备(IA),不必与PC兼容;应用软件逐步从PC移到网上,不必与Win-dows兼容;浏览器取代Windows成为主要的用户界面;基于Linux的OS很适合各种IA;跨平台语言Java被普遍采用。
综上所述,在PC上要脱离Windows很难,离开了PC,特别是在网上,就可以有所作为。
其中,看好Linux。
目前,国内已有多家公司推出基于Linux的自主OS:
在服务器领域,特别是在网站上Linux已被广泛应用,如北京市电子政务项目。
在IA领域,各种嵌入式Linux有很好的前景;Linux将成为我国未来的主要OS之一。
例如中软公司推出了/中软实时嵌入式Linux操作系统0,并在国家的新一代开放式数控系统运行平台开发项目中得到应用[6]。
近年来,我国在开发嵌入式CPU方面有所长进,有一系列有利条件:
(1)市场
嵌入式CPU可应用于各种领域,包括各种信息家电、网络设备、工业仪器仪表等,其市场容量将远远超过PC产业。
(2)技术
可允许多种结构,可有自己的创新结构。
有Linux和其它OS作为支持,不必依赖Windows。
复杂性较低(百万晶体管的量级),开发周期短。
不必追求性能指标,工艺要求低。
32位嵌入式CPU有广泛的支持并已大量产业化,有很好的应用前景,配以国产的嵌入式实时操作系统RT-Linux,将是作为国产嵌入式系统的一种很好的选择,可在信息终端、家用电器、工业控制、军工装备中应用。
综上所述,我们可以预测:
一个全方位的嵌入式系统应用即将来临,随着嵌入式系统的研究和应用的进一步深入,嵌入式系统将向网络化、智能化、规范化、集成化方向发展:
随着微处理器、半导体技术、精密制造技术、高新材料技术和软件技术研究的进展,嵌入式系统向高性能、低功耗、微型化和开发平台源代码公开化方向发展[7]。
参考文献
[1]舒展.嵌入式系统综述[J].现代计算机(专业版),2011,05:
44-46.
[2]胡欣杰.嵌入式系统应用研究[J].微计算机信息,1999,06:
4-5.
[3]张营,李鹏,陈立锋,巩永光.嵌入式系统发展综述[J].电子技术,2008,06:
74-77.
[4]王树红.嵌入式系统的现状及发展趋势[J].太原大学报,2007,02:
121-122+139.
[5]马忠梅,李善平,康慨.ARM&Linux嵌入式系统教程[M].北京:
北京航空航天大
学出版社,2004.
[6]刘文珂.嵌入式处理器与嵌入式软件研究[J].计算机应用,2001(11):
56-58.
[7]王梁,嵌入式系统[J].个人电脑,2001(10):
224-227.
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