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1、实验4 信号发生器实验,一、实验目的二、实验原理三、实验内容四、实验思考题,一、实验目的,1.学习并掌握D/A转换器的初始化设置及其应用2.学习并掌握使用DSP产生正弦波的原理和算法，进而掌握任意信号波形(如三角波、锯齿波、矩形波等信号)产生的原理和算法。3.比较产生信号的两种主要方法(查表法和计算法)的优缺点。,1.TLV320AIC23B的内部结构及工作原理 2.TLV320AIC23B的寄存器及编程3.CODEC数据输出和输入4.产生连续波形的方法,二、实验原理,TLV320AIC23B是TI推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输
2、入方式（二选一），且对输入和输出都具有可编程增益调节。AIC23的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件集成在芯片内部，采用了先进的Sigmadelta过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样。AIC23还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下更是小于15uW。由于具有上述优点，使得AIC23是一款理想的音频模拟I/O器件，可以很好的应用在随声听（如CD，MP3）、录音机等数字音频领域。,1.TLV320AIC23B的内部结构及工作原理,TLV320AIC23B的内部结构,McBSP1,CODE,DECODE,在
3、ADC之后有一个抽取滤波器：提高输入信号的信噪比(通带截频0.416fs)。在DAC之前有一个插值滤波器：保证输出信号平滑(通带截频0.416fs)。,详情见TLV320AIC23B datasheet.pdf,1.左侧line输入通道音量控制(地址:0000000)(1)左右通道音量同步设置(2)左通道音量增益设置/AIC23左声道音量控制 Uint16 Left_Line_Input_Volume_Control2=Codec_LLIVC_LPS(1),/左右通道音量同步 LLIVC_LIM(0)+LLIVC_LIV(23);/左通道音量增益0dB,2.TLV320AIC23B的寄存器及编
4、程,2.右侧line输入通道音量控制(地址:0000001)(1)右左通道音量同步设置(2)右通道音量增益设置/AIC23右声道音量控制 Uint16 Right_Line_Input_Volume_Control2=Codec_RLIVC_RLS(1),/左右通道音量同步 RLIVC_RIM(0)+RLIVC_RIV(23);/右通道音量增益0dB,TLV320AIC23B的寄存器及编程,3.耳机左声道音量控制(地址:0000010)(1)左右耳机声道音量同步设置(2)耳机左声道过零检测设置(3)耳机左声道检测使能耳机左声道增益设置/AIC23耳机左声道音量控制Uint16 Left_Hea
5、dphone_Volume_Control2=Codec_LHPVC_LRS(1),/左右耳机声道音量同步 LHPVC_LZC(1)+LHPVC_LHV(127)/耳机左声道过零检测使能，耳机左声道增益6db;,TLV320AIC23B的寄存器及编程,4.耳机右声道音量控制(地址:0000011)(1)右左耳机声道音量同步设置(2)耳机右声道零交叉检测设置(3)耳机右声道检测使能耳机左声道增益设置/AIC23耳机右声道音量控制Uint16 Left_Headphone_Volume_Control2=Codec_LHPVC_LRS(1),/耳机左右耳机声道音量同步LHPVC_LZC(1)+LH
6、PVC_LHV(127)/耳机右声道过零检测使能，耳机右声道增益6db;,TLV320AIC23B的寄存器及编程,5.模拟音频通道控制(地址:0000100)(1)DAC使能设置(2)ADC输入设置：0=line,1=microphone/AIC23模拟音频通道控制Uint16 Analog_Aduio_Path_Control2=Codec_AAPC_STA2(0),/禁止侧音音量设置AAPC_STA10(0)+AAPC_STE(0)+AAPC_DAC(1)+AAPC_BYP(0)+AAPC_INSEL(0)+AAPC_MICM(0)+AAPC_MICB(0);/DAC使能，ADC输入为li
7、ne/将AAPC_INSEL(x)设为0，选择Line输入,使用J5输入插座/将AAPC_INSEL(x)设为1，选择Microphone输入,使用J7输入插座,TLV320AIC23B的寄存器及编程,TLV320AIC23B的寄存器及编程,模拟音频通道控制寄存器（接上页）,6.数字音频通道控制(地址:0000101)(1)噪声去加重使能设置(2)ADC高通滤波器使能设置：0=禁止,1=使能/AIC23数字音频通道控制Uint16 Digital_Audio_Path_Control2=Codec_DAPC_REV,DAPC_DACM(0)+DAPC_DEEMP(0)+DAPC_ADCHP(0
8、)/DAC软静音：禁止，去加重使能：禁止，/ADC高通滤波器：禁止,TLV320AIC23B的寄存器及编程,7.采样率控制(地址:0001000)(1)CLKIN分频器设置：0=MCLK,1=MCLK/2(2)CLKOUT分频器设置：0=MCLK,1=MCLK/2(3)采样率选择(见下表)(4)时钟模式选择：0=Normal,1=USB,TLV320AIC23B的寄存器及编程,SR=0采样率=48KHz,SR=7采样率=96KHz,SR=6采样率=32KHz,SR=3采样率=8KHz,/AIC23波特率设置，CLKIN=CLKOUT=MCLK，采样率32KHz，时钟模式为普通模式，Uint16
9、 Sample_Rate_Control2=Codec_SRC_REV,SRC_CLKIN(0)+SRC_CLKOUT(0)+SRC_SR(6)+SRC_BOSR(0)+SRC_USB(0);,TLV320AIC23B的寄存器及编程,8.数字音频接口格式设置(地址:0000111)(1)AIC23主从模式设置(2)数据格式设置：11=DSP格式,10=I2S格式(3)数据长度：00=16bit,01=20 bit,10=24 bit,11=32 bit/AIC23为主模式，数据长度16bit，数据格式为DSP模式 Uint16 Digital_Audio_Inteface_Format2=Co
10、dec_DAIF_REV,DAIF_MS(1)+DAIF_LRSWAP(0)+DAIF_LRP(1)+DAIF_IWL(0)+DAIF_FOR(3);,TLV320AIC23B的寄存器及编程,TLV320AIC23B的寄存器及编程,TLV320AIC23B的寄存器及编程,9.节电控制寄存器,TLV320AIC23B的寄存器及编程,10.数字接口有效寄存器,11.复位寄存器,AIC23的数字音频接口支持I2S模式（一种通用的音频格式），也支持DSP Mode模式（专为与TI的DSP连接模式）。,3.CODEC数据输入和输出,5502 实验板上使用的是 DSP Mode模式。,I2S模式,DSP
11、模式,while(!MCBSP_rrdy(hMcbsp);/如果无数据，等待DataTempLeft=MCBSP_read16(hMcbsp);/*从McBSP1接收寄存器读入左声道数据，存入DataTempLeft中*/while(!MCBSP_rrdy(hMcbsp);/如果无数据，等待DataTempRight=MCBSP_read16(hMcbsp);/*从McBSP1接收寄存器读入右声道数据，存入DataTempRight中*/,对AIC23B CODEC的编程完成后，可通过MCBSP1的数据接收寄存器读入ADC数据。,CODEC数据的输入,while(!MCBSP_xrdy(hMc
12、bsp);/如果发送寄存器未准备好则等待MCBSP_write16(hMcbsp,DataTempLeft);/*将数据DataTempLeft写到McBSP1发送寄存器，输出到左声道*/while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp);/如果发送寄存器未准备好则等待MCBSP_write16(hMcbsp,DataTempRight);/*将数据DataTempRight写到McBSP1发送寄存器，输出到右声道*/,CODEC数据的输出,对AIC23B CODEC的编程完成后，可通过写MCBSP1的数据发送寄存器将DAC数据发送到CODEC。,利用DSP和D/A转换器可以产生连续的正弦波信
13、号，以及矩形波、锯齿波、三角波等其它各种信号波形。产生连续的波形的方法一般有两种：查表法和计算法,4.产生连续的波形的方法,在产生周期性的正弦信号时，必须以一定的D/A转换速率fS将各个样点值送往D/A转换器。正弦信号每个周期的样点数N由正弦信号的频率f0及D/A转换速率fS决定：,或,(1)产生波形方法：查表法,事先将需要输出的数据计算好，存储在存储器中，然后依次输出就可以了。优点：速度快，可以产生频率较高的波形，而且不占用DSP的计算时间。缺点：需要占用DSP的内部的存储空间，尤其对采样频率较高、输出频率较低的输出波形，需要占用的内部存储空间将更大，而DSP内部的存储空间有限，所以查表法的
14、应用场合十分有限。所产生的信号频率误差较大。,查表法(以正弦波为例),设周期为1的正弦信号，对此信号一个周期采样256个点()的原始数据，存入一个正弦表中。因为C5502是16位的定点DSP处理器，CODEC只接受16位有符号的整数数据，所以需要将原始数据(1的小数)乘以215(32768)，变成16位整型格式(Q15格式数据)。,(2)计算法(以正弦波为例),计算法是先计算数据后输出，然后再计算再输出。优缺点正好和查表法相反。优点：占用较少的DSP存储空间。所产生的信号的频率误差小。缺点：占用DSP的计算时间，执行程序的开销变大。,计算法(以正弦波为例),如果要计算一个角度x的正弦和余弦值，
15、可以使用泰勒级数进行近似计算。也可以使用递归的差分方程计算正弦和余弦值。yn=2sin(a)*yn-1-yn-2/正弦振荡器差分方程yn=2cos(a)*yn-1-yn-2/余弦振荡器差分方程其中：a=2p f0/fS为角度的计算步长。f0是正弦信号的频率，fS是D/A转换速率。,计算法(以正弦波为例),例如，当利用递归的差分方程产生正弦信号时，若设定D/A转换速率fS=16000Hz，则产生f0=1000Hz的正弦波信号时，存在，此时 a=2f0/fS=2/N=2/16=0.3927 首先在程序中计算出sin(a)及初始值y0和y1。y0=sin(0)=0；y1=sin(a)=0.38268
16、3；n2以后的yn的值，通过yn=2sin(a)*yn-1-yn-2递归计算得出。,利用Taylor级数计算正弦波部分参考程序,在c主程序中添加:#define Nx 360/每周期抽取点数#pragma DATA_SECTION(output1,data_out1);float output1Nx;/存放sin数据,浮点型#pragma DATA_SECTION(output,data_out);int outputNx;/存放sin数据，定点型,在cmd文件中添加：data_out:SDRAMdata_out1:SDRAM,Uint16 i,j=0,k=0;float input0=0,x
17、1,x2;float a,b,c,d,e,f,g,h,ii,step;/step为角度步长 step=360.0/Nx;/Nx为360度内取样点数for(i=0;i=Nx-1;i+)float angle,xx;angle=input0+step*i;x1=3.1415926*angle/180;/角度转换为弧度 xx=x1*x1;g=x1*(1-xx/2/3*(1-xx/4/5*(1-xx/6/7*(1-xx/8/9*(1-xx/10/11*(1-xx/12/13*(1-xx/14/15*(1-xx/16/17);/数学总公式,利用Taylor级数计算正弦波部分参考程序,output1i=3
18、2768*g;/利用泰勒级数计算出正弦波的数值，存放到output1中/乘以32768将-1,1浮点数转换为16bit有符号整型数outputi=output1i/8;/为了使输出不溢出除以8,利用Taylor级数计算正弦波部分参考程序,三、实验内容,1分别利用计算法和查表法产生1000Hz的余弦波信号，比较两者的特点，并使用示波器观测产生信号的频率和幅度。2.分别利用泰勒级数及递归差分方程计算法产生1000Hz的正弦波信号，比较其输出。3利用计算法产生其他非正弦类周期信号波形，如周期矩形波、三角波、锯齿波等。利用示波器可以能通过Head phone(J6)端口观察到这些波形吗？,1还有哪些参数可以设置D/A转换器？2如何控制所产生信号的幅度？3利用计算法能否产生任意频率的正弦信号？4在利用查表法产生正弦信号时，为何信号频率越高，波形失真越严重？,四、实验思考题,
