DSP技術應用實驗報告

XXXXXX大學碩士試驗匯報課程名稱：DSP技術應用綜合設計名稱：電量參數計算和發(fā)送學生姓名：班級學號：學科名稱：5月25日一、綜合試驗題目和要求試驗設計要求要求1：對給定波形信號，采取TMS320F28335浮點功效計算該信號以下時域參數：信號周期T（頻率f也需要計算），信號均方根大小Vrms、平均值Vavg（即直流量）、峰峰值Vpp。其中，均方根Vrms計算公式（數字量離散公式）以下：式中，N為采樣點數，u(i)為采樣序列中第i個采樣點。要求2：所設計軟件需要計算采樣波形周期個數，并控制采樣點數大于1個波形周期，小于3個波形周期大小。要求3：對采樣數據經過串口發(fā)送至PC界面。試驗目標主要考評學生對TMS320F28335浮點處理器、A/D模塊、SCI模塊和信號時域分析等知識掌握。產生波形可選擇正弦波，也能夠是其它任意波形。假如波形中添加了隨機噪聲，則提議采取軟件設計中加入數字濾波算法，不然可能計算中產生較大誤差。試驗所需頻率不能太大，（提議范圍：10Hz~100kHz），采樣點提議在256點左右（自己任意設定也可，不少于32點）。二、硬件框圖圖1系統(tǒng)硬件框圖圖1給出了該綜合試驗硬件框圖，首先經過小鍵盤設置波形參數，包含頻率、幅值以及波形等。然后經過信號發(fā)生器產生模擬信號，由DSP28335AD通道6進行采樣處理。DSP與PC機之間經過串口進行通信，由DSP28335SCIb通道處理。ADC模塊有16個轉換通道，可配置成兩個獨立8通道轉換模塊，分別對應于管理器A和B，依照用戶需求，兩個獨立8通道轉換模塊能夠級聯(lián)成一個8通道模塊，在ADC模塊中盡管能夠多通道輸入和有兩個排序器，但只有一個A/D轉換器能夠。兩個8通道模塊能夠自動對一系列轉換進行排序，而且每個模塊都能夠經過多路復用開關選擇任何一個通道。在級聯(lián)模式下，自動排序器將作為一個單一8通道排序器。對于每個排序器，當轉換結束時，選擇通道轉換結果被儲存在對應結果存放器中。在DSP28335，自動排序模式允許用戶對統(tǒng)一通道進行數次采樣。模擬輸入與數字輸出關系以下圖2ADC模塊結構框圖外設時鐘HSPCLK經過ADCTRL3存放器SDCCLKPS(3:0)位分頻，然后再經過經過ADCTRL1存放器中CPS位進行二分頻。另外，ADC模塊還能夠經過擴展采樣/獲取周期，調整信號源阻抗，這是由ADCTRL1存放器中ACQ_PS(3:0)位決定。這些位并不影響采樣/保持和轉換過程，但能夠經過增大脈沖長度增加采樣時間長度。圖3ADC內核時鐘以及采樣/保持時鐘三、程序流程圖1、主程序流程圖程序使用兩個中止：ADC中止和CPU定時器2中止。ADC用于對波形進行采樣、濾波、存放以及計算波形有效值、峰峰值、平均值，并使用串口發(fā)送；CPU定時器2中止用于計算波形周期和頻率。圖4主程序流程圖圖4給出了主程序流程圖，該程序主要步驟是進行初始化——使能中止——等候中止響應。2、子程序流程圖圖5ADC中止服務子程序圖6定時器2中止服務子程序圖7濾波程序段圖8求最大值最小值程序段圖9求有效值和平均值程序段圖10串口通信程序段圖5~圖10給出了全部子程序框圖，下面分別說明各個程序設計思想：(1)AD中止子程序(圖5)：該程序對波形進行采樣，濾波以及存放，并求出有效值，峰峰值和平均值。采樣后波形存放在一個長度為1024數組里。為了降低CPU開銷，程序設定為采樣累計到1024個點后再進行波形有效值，峰峰值和平均值計算。(2)定時器2中止子程序(圖6)：該程序經過定時器中止來實現(xiàn)對波形等時間間隔判斷和處理，從而能夠較為精準計算出波形周期和頻率。在波形每次正向過零點時，計算出兩次過零點時間間隔，并乘以定時器2中止周期，從而得到波形實際周期。定時器2中止周期設置為10us。(3)濾波程序(圖7)：該程序對1024個點進行了低通值濾波，依照此次采樣點和上次采樣點，來修正此次采樣值。濾波公式如下，程序中取K=0.15。(4)求最大值最小值程序(圖8)：該程序定義數組第一個值為初值，再比較1023個點，假如找到更大點，則賦給最大值對應變量；假如找到更小點就賦給最小值對應變量。(5)求有效值和平均值程序段(圖9)：有效值計算：將1024個點平方值相加求平均后，再開根號。平均值計算：將1024個點求和然后求平均。(6)SCI通信程序(圖10)：PC端為串口接收助手，為了使顯示界面上顯示是實際數值，發(fā)送之前將關于數據量個十百千位拆開，并轉換為ASCII碼進行發(fā)送。在發(fā)送之前檢測SCIb_buff是否為空，若不為空則等候。串口發(fā)送子程序定義了一個計數器，以控制串口發(fā)送速率。四、試驗結果和分析1、軟件調試結果圖11900Hz1200mV正弦波調試結果(上圖)圖121700Hz800mV正弦波調試結果(上圖)圖13800Hz1000mV三角波調試結果(上圖)2、結果分析(1)從圖11所表示調試結果波形圖能夠看出，濾波后波形平滑度顯著變好，說明低通濾波效果良好。各個波形參數MIN(最小值)、MAX(最大值)、VRM(有效值)、FRE(頻率)、PER(周期)均和實際輸入指標誤差在5%以內，說明電參量計算方法準確性良好。(2)從圖12所表示試驗波形能夠看出，當輸入波形電參量改變時，輸出電參量值也發(fā)生了相同改變，且誤差值在5%以內。由ADC采樣頻率能夠得到，本程序能夠計算出頻率最低為150Hz正弦波周期。(3)比較圖13和前兩幅波形能夠得出，本程序在對三角波進行采樣時，波形濾波效果良好，電參量計算準確，也達成了良好效果。由此驗證了本程序通用性，并深入驗證了程序準確性。(4)經過試驗結果總結出本程序在以下方面需要深入改進：AD采樣速率以及采樣窗口大小現(xiàn)在為確定值，當波形頻率改變范圍較大時，會影響到采樣結果，如：當頻率過大時，采樣波形每個周期點數減小，將直接影響各個電參量計算結果；當頻率過小時，采樣窗口不能采樣出一個完整波形周期，也將直接影響各個電參量計算結果。這是需要深入作出改進地方。五、源程序#include"DSP2833x_Device.h"http://DSP2833xHeaderfileIncludeFile#include"DSP2833x_Examples.h"http://DSP2833xExamplesIncludeFile#include"math.h"http://Perruptvoidadc_isr(void);interruptvoidISRTimer2(void);voidnumber_count(void); //確定周期采樣點，計算頻率和有效值并發(fā)送數據voidscib_fifo_init(); voidInitScibGpio(void); //串口初始化程序voidnumber_C(unsignedlongi); //數字各位拆分函數#if(CPU_FRQ_150MHZ)//Default-150MHzSYSCLKOUT#defineADC_MODCLK0x3//HSPCLK=SYSCLKOUT/2*ADC_MODCLK2=150/(2*3)=25.0MHz#endif#if(CPU_FRQ_100MHZ)#defineADC_MODCLK0x2//HSPCLK=SYSCLKOUT/2*ADC_MODCLK2=100/(2*2)=25.0MHz#endif#defineADC_CKPS0x1//ADCmoduleclock=HSPCLK/2*ADC_CKPS=25.0MHz/(1*2)=12.5MHz#defineADC_SHCLK0xf//S/HwidthinADCmoduleperiods=16ADCclocks#defineAVG1000//Averagesamplelimit#defineZOFFSET0x00//AverageZerooffset#defineBUF_SIZE160//Samplebuffersize//Globalvariablesusedinthisexample:Uint16LoopCount;Uint16ConversionCount;Uint16Voltage1[1024];Uint16i=0;Uint16j=0;Uint16Ticker[50];//在AD采樣例程基礎上修改，以下為新定義變量：Uint16ADt1,ADt2,ADt,ADt3,ADt4;//AD時間間隔Uint16Voltagelb[1024];Uint16vref=500;//參考值intPreConversion=0;intcrosszero=0;Uint32t1,t2,t,t3,t4;//定時器時間間隔floatData=0.0;floatVavg=0.0;//平均值floatVmax=0.0;//最大值floatVmin=0.0;//最小值floatVrms=0.0;//有效值floatVpp=0.0;//峰峰值floatfrequency=0;floatperiod=0;floatMAX=0.0;floatMIN=0.0;//以下為整型變量，用于串口發(fā)送Uint16T=0;//周期msUint16F=0;//Uint16V=0;//有效值mvUint16max=0;//最大值mvUint16min=0;//最小值mvunsignedintTX_flag=0; //串口發(fā)送時間間隔標志unsignedintTX_Ticker=500; //串口發(fā)送周期間隔main(){//Step1.InitializeSystemControl://PLL,WatchDog,enablePeripheralClocks//ThisexamplefunctionisfoundintheDSP2833x_SysCtrl.cfile.InitSysCtrl();//Step2.InitializeGPIO://ThisexamplefunctionisfoundintheDSP2833x_Gpio.cfileand//illustrateshowtosettheGPIOtoit'sdefaultstate.InitGpio();//SkippedforthisexampleInitScibGpio();//*********************起初遺漏了這句話**************************//Step3.ClearallinterruptsandinitializePIEvectortable://DisableCPUinterruptsDINT;//InitializethePIEcontrolregisterstotheirdefaultstate.//ThedefaultstateisallPIEinterruptsdisabledandflags//arecleared.//ThisfunctionisfoundintheDSP2833x_PieCtrl.cfile.InitPieCtrl();//DisableCPUinterruptsandclearallCPUinterruptflags:IER=0x0000;IFR=0x0000;//InitializethePIEvectortablewithpointerstotheshellInterrupt//ServiceRoutines(ISR).//Thiswillpopulatetheentiretable,eveniftheinterrupt//isnotusedinthisexample.Thisisusefulfordebugpurposes.//TheshellISRroutinesarefoundinDSP2833x_DefaultIsr.c.//ThisfunctionisfoundinDSP2833x_PieVect.c.InitPieVectTable();//Interruptsthatareusedinthisexamplearere-mappedto//ISRfunctionsfoundwithinthisfile.EALLOW;//ThisisneededtowritetoEALLOWprotectedregisterPieVectTable.ADCINT=&adc_isr;PieVectTable.TINT2=&ISRTimer2;EDIS;InitXintf(); /*設置CPU*/InitCpuTimers();ConfigCpuTimer(&CpuTimer2,150,10);//中止時間10us. 1MHzStartCpuTimer2();CpuTimer2Regs.TCR.all=0x4001;//Usewrite-onlyinstructiontosetTSSbit=0/*開中止*/ IER|=M_INT14;//EnableTINT0inthePIE:Group1interrupt7PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7=1;//Step4.InitializealltheDevicePeripherals://ThisfunctionisfoundinDSP2833x_InitPeripherals.c//InitPeripherals();//NotrequiredforthisexampleInitAdc();//Forthisexample,inittheADCscib_fifo_init();//Step5.Userspecificcode,enableinterrupts://EnableADCINTinPIEPieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx6=1;IER|=M_INT1;//EnableCPUInterrupt1EINT;//EnableGlobalinterruptINTMERTM;//EnableGlobalrealtimeinterruptDBGMLoopCount=0;ConversionCount=0;AdcRegs.ADCTRL1.bit.ACQ_PS=ADC_SHCLK;AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCCLKPS=ADC_CKPS;AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC=1;//0Non-CascadedMode;1CascadedModeAdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_ENA_SEQ1=0x1;AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1=0x1;AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00=0x6;AdcRegs.ADCMAXCONV.bit.MAX_CONV1=15;AdcRegs.ADCTRL2.bit.SOC_SEQ1=0x1;for(i=0;i<1024;i++){ Voltagelb[i]=0; }//Waitforinterruptfor(;;);}//******************此中止完成AD采樣以及相關波形參數計算（除周期外）**********************interruptvoidadc_isr(void){//********************************采樣并濾波************************************************ Voltage1[ConversionCount]=AdcRegs.ADCRESULT0>>4; PreConversion=ConversionCount-1; if(PreConversion<0)PreConversion=1024; Voltagelb[ConversionCount]=Voltage1[ConversionCount]*0.15+Voltagelb[PreConversion]*0.85;//一階滯后濾波 if(ConversionCount==1024) { ConversionCount=0;//************************計算有效值，平均值，峰峰值程序段***************************////Vavg平均值,Vmax最大值,Vmin最小值,Vrms有效值,Vpp峰-峰值 Vavg=0; Data=0; Vmax=Voltagelb[0]; Vmin=Voltagelb[0]; for(i=0;i<1024;i++) { Data+=Voltagelb[i]*Voltagelb[i]; Vavg+=Voltagelb[i]; if(Vmax<Voltagelb[i])Vmax=Voltagelb[i]; if(Vmin>Voltagelb[i])Vmin=Voltagelb[i]; } Data=Data/1024; Vrms=sqrt(Data);//計算有效值 Vavg=Vavg/1024;//計算平均值 Vpp=Vmax-Vmin;//計算峰-峰值//**************************計算有效值，平均值，峰峰值程序段結束********************// T=period*1000000; F=frequency; Vrms=Vrms*3/4095;MAX=Vmax*3/4095; MIN=Vmin*3/4095; V=Vrms*1000; max=MAX*1000; min=MIN*1000;//得出整型值單位均為mvnumber_count();//調用串口發(fā)送 } elseConversionCount++;//ReinitializefornextADCsequenceAdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1=1;//ResetSEQ1AdcRegs.ADCST.bit.INT_SEQ1_CLR=1;//ClearINTSEQ1bitPieCtrlRegs.PIEACK.all=PIEACK_GROUP1;//AcknowledgeinterrupttoPIEAdcRegs.ADCTRL2.bit.SOC_SEQ1=0x1;return;}//*************************此中止中計算波形周期，10us執(zhí)行一次********************************interruptvoidISRTimer2(void){ CpuTimer2.InterruptCount++;//32位無符號整型：最大 if(CpuTimer2.InterruptCount>)CpuTimer2.InterruptCount=0; if((Voltagelb[PreConversion]<vref)&&(vref<Voltagelb[ConversionCount])&&(crosszero==0))//第1個交點 { crosszero=1; t1=CpuTimer2.InterruptCount; ADt1=ConversionCount; } if((Voltagelb[PreConversion]>vref)&&(vref>Voltagelb[ConversionCount])&&(crosszero==1))//第2個交點 { crosszero=2; t2=CpuTimer2.InterruptCount; ADt2=ConversionCount; } if((Voltagelb[PreConversion]<vref)&&(vref<Voltagelb[ConversionCount])&&(crosszero==2))//第3個交點 { crosszero=0; t3=CpuTimer2.InterruptCount; ADt3=ConversionCount; if(t3<=t1)//計算一個周期定時器間隔 t=+t3-t1; else t=t3-t1; period=t*0.00001; frequency=1/period;} PieCtrlRegs.PIEACK.all|=0x01;//去除中止響應位}voidnumber_count(void){ //此處定時發(fā)送數據 TX_flag++; //統(tǒng)計發(fā)送時間間隔標志 if(TX_flag>=TX_Ticker) { TX_flag=0; //需要發(fā)送頻率、有效值、最大值、最小值 ScibRegs.SCITXBUF='{'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='M'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='I'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='N'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF=':'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); number_C(min); ScibRegs.SCITXBUF='m'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='v'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF=','; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='M'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='A'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='X'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF=':'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); number_C(max); ScibRegs.SCITXBUF='m'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='v'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF=','; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='V'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='R'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='M'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF=':'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); number_C(V); ScibRegs.SCITXBUF='m'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='v'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF=','; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='F'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='R'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='E'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF=':'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); number_C(F); ScibRegs.SCITXBUF='H'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='Z'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF=','; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='P'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='E'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='R'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF=':'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); number_C(T); ScibRegs.SCITXBUF='u'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='s'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='}'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); ScibRegs.SCITXBUF='\t'; while(ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFFST!=0); } //清有效值和周期采樣點數，為下周期做準備}voidscib_fifo_init() //串口B初始化{ ScibRegs.SCICCR.all=0x0007;//1個停頓位、無奇偶校驗 ScibRegs.SCICTL1.all=0x0003;//使能TX、RX ScibRegs.SCICTL2.all=0x0003; ScibRegs.SCICTL2.bit.TXINTENA=1; ScibRegs.SCICTL2.bit.RXBKINTENA=1; ScibRegs.SCIHBAUD=0x0001; ScibRegs.SCILBAUD=0x00e7; //波特率9600 ScibRegs.SCICCR.bit.LOOPBKENA=0;//禁止自檢模式 ScibRegs.SCICTL1.all=0x0023; ScibRegs.SCIFFTX.bit.TXFIFOXRESET=0; ScibRegs.SCIFFRX.bit.RXFIFORESET=0; ScibRegs.SCIFFTX.all=0xE040; ScibRegs.SCIFFRX.all=0x204f; ScibRegs.SCIFFCT.all=0x0;}voidInitScibGpio(void){ EALLOW; GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO18=0; //GPIO18上拉 GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO19=0; //GPI