利用dsp实现实时信号谱分析.doc

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1、国家电工电子实验教学中心DSP课程设计设计报告设计题目：利用DSP实现实时信号频谱分析学院：电子信息工程学院专业：通信工程成员：指导老师：侯亚丽目录1设计环境简介11.1DSP芯片主要特性11.2BJTU-DSP5502实验板板上资源主要包括：11.3TMS320VC5502片上外设12指标及设计要求23设计思路及原理23.1整体思路23.2信号的实时采集与传输23.3FFT算法33.4“ping-pong”存储方式64实验步骤65实验结果及分析76实验中遇到的问题及解决方法97实验感想98参考文献109程序清单及源代码101设计环境简

2、介1.1DSP芯片主要特性C55x是TI的C5000系列的DSP的子系列，是目前能耗效率很高的DSP处理器，其功耗可低至0.05mW/MIPS.是54系列发展起来的，和C54x代码兼容，但是速度更快，功耗明显降低，如300MHz的C55x与120MHz的C54x相比，处理速度提高了5倍，功耗只有C54x的1/6.TMS320VC5502的程序／数据存储空间采用统一编址，整个寻址空间大小为16M字节(bytes)，其中片内DARAM占64K字节，ROM占32K字节，其余存储空间被映射到片外4个片选的子空间。BJTU-DSP5502板支持T

3、MS320VC5502DSP，工作频率可以高达300MHz，工作的核电压为1.26V，I/O电压为3.3V。1.2BJTU-DSP5502实验板板上资源主要包括：DSP芯片1枚(U1)：TMS320VC5502@300MHzSDRAM1枚(U5)：2M×32bit(8Mbytes)HY57V643220CTFLASH1枚(U4)：256K×16bit(512Kbytes)SST39VF400A-70CPLD1枚(U2)：CY37064VP100通信接口3个：仿真器JTAG接口(J1)、连接到PC机USB接口(J4)和UART接口(J2)

4、信号采集和输出端口：立体音输入接口line-in(J5，直接接电脑的语音输出端口)/麦克风输入接口(J7)/耳机音频输出接口(J6)扩展板接口(J9，J10)1.3TMS320VC5502片上外设64bitTimer：4个,TIMER0/TIMER1/WatchDogTIMER/TIMER3(DSP/BIOStimer)McBSP：3通道,McBSP0/McBSP1/McBSP2DMA：6通道,DMA0/DMA1/DMA2/DMA3/DMA4/DMA5/DMA6IIC：1通道UART：1通道8／16bitHPI：1通道322指标及设计要

5、求(1)设计谱分析算法，或调用DSPLIB中FFT函数，实现对信号的频谱分析。(2)利用C语言对A/D、D/A进行初始化(3)利用C语言对DMA进行初始化(4)编写DMA中断服务程序，实现信号的实时谱分析(5)利用CCS信号分析工具分析信号的频谱成分，对FFT算法结果进行验证。(6)信号频谱数据实时输出到Headphone输出接口，并在示波器上进行显示；(7)在实验板的Linein输入端接入正弦信号，分左右声道分别采集，并分别进行频谱分析;(8)利用CCS的Profiler工具计算FFT算法所需要的时间，并根据实时性要求进行必要的算法优

6、化3设计思路及原理3.1整体思路首先通过DSP的DMA方式对外部信号进行实时采集，外部模拟信号先进行A/D转换，利用MCBSP的接收寄存器接收数据，并将数据存放到DSP存储区中。设计FFT算法或调用DSPLIB中的rfft或cfft频谱分析函数，对信号进行快速傅立叶变换。频谱数据利用DMA方式送到D/A转换器转换为模拟信号在示波器上显示。3.2信号的实时采集与传输DMA控制器可以在不影响CPU的情况下完成数据的传输，因此数据传输速度快，在要求信号实时采集和处理的系统中常采用DMA方式进行信号传输。本设计中输入信号经过A/D转换成数字信号

7、后，将DMA通道4的源地址设为串口的接收寄存器，利用DMA通道4进行传输；而将DMA通道5的目的地址设置为串口的发送寄存器，将信号频谱利用DMA5通道进行传输，此步骤需要对AIC23、McBSP、DMA通道4和DMA通道5进行初始化配置。处理流图如图3.2.1所示。32图3.2.13.3FFT算法FFT（FastFourierTransformation），即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换(DFT)的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。(1)离散傅里叶变换DFTN点DFT的正变换公

8、式为：X(k)=N-nk式中，WN=e-j*2π/N，称为旋转因子或蝶形因子。从DFT的定义可以看出，在x(n)为复数序列的情况下，对某个k值，直接按（1）式计算X(k)只需要N次复数乘法和（N-1）次复数