电子科技大学研究生DSP实践课实验报告.docxVIP

电子科技大学实验报告学生姓名： 学号：指导教师：向超 一、 实验室名称：电子科技大学美国德州仪器DSP技术/培训中心二、 实验项目名称： FIR数字滤波器1 实验目的数字滤波的作用是滤除信号中某一部分频率分量。信号经过滤波处理，就相当于信号频谱与滤波器的频率响应相乘的结果。从时域来看，就是输入信号与滤波器的冲激响应作卷积和。数字滤波器在各种领域由广泛的应用，例如数字音响、音乐和语音合成、躁声消除、数据压缩、频率合成、谐波消除、过载检测、相关检测等。本实验主要学习数字滤波器的DSP实现原理和C54X编程技巧，并通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱的变化。该实验应该安排在串口和定时器操作实验之后进行。2 实验要求该实验涉及到DSP的串口、中断响应等复杂操作，应该在完成前面的串口和定时器实验后完成。本实验重点研究FIR滤波器的DSP实验方法，没有讨论FIR滤波器的设计原理和方法。你可以使用数字滤波器辅助设计软件包或自行计算FIR滤波器的系数。本实验例子利用DES320PPU实验系统的模拟信号输出通道产生一个800Hz的方波,然后利用信号输入通道对产生的方波进行低通滤波,得到一个1KHz的正弦信号，并使用CCS的图形显示工具显示输入和输出的波形。这里我们使用的是一个38阶的对称结构的FIR带通滤波器，其采样频率Fs为20KHZ，通带频率是1KHz-3KHz。 3 实验原理1) FIR滤波器的实现如果FIR滤波器的冲激响应为h(0)，h(1)，.，h(N-1)。X(n)表示滤波器在n时刻的输入，则n时刻的输出为： y(n) = h(0)x(n) + h(1)x(n-1）+ . + h(N-1)xn-(N-1) 使用MAC或FIRS指令可以方便地实现上面的计算。图1说明了使用循环寻址实现FIR滤波器的方法。为了能正确使用循环寻址，必须先初始化BK，块长为N。同时，数据缓冲区和冲激响应（FIR滤波器的系数）的开始地址必须是大于N的2的最小幂的倍数。例如，N=11，大于N的最小2的幂为16，那么数据缓冲区的第一个地址应是16的倍数，因此循环缓冲区起始地址的最低4位必须是0。图1 FIR滤波器存储器里的数据存储方式在图1中，滤波系数指针初始化时指向h(N-1)，经过一次FIR滤波计算后，在循环寻址的作用下，仍然指向h(N-1)。而数据缓冲区指针指向的是需要更新的数据，如x(n)。在写入新数据并完成FIR运算后，该指针指向x(n-(N-1)。所以,使用循环寻址可以方便地完成滤波窗口数据的自动更新.另一种方法是利用C54x系列芯片的提供的FIRS指令来实现FIR滤波器。图2为一种有限单位冲激响应呈现对中心点对称的FIR滤波器。长度为N 的线性相位FIR滤波器的输出表达式为： 图2 N阶均衡FIR滤波器框图要利用FIRS指令,需要将输入数据缓冲分成两个,循环缓冲区大小寄存器的值设为N/2。图3显示了输入序列在两个循环缓冲器里的存储情况。设辅助寄存器AR2指到缓冲区1（Buffer1）的顶部，AR3指到缓冲区2（Buffer2）的底部。每次进行滤波之前,应先将缓冲区1顶部的数据移到缓冲区2的底部,新来的一个样本存储到缓冲区1中时,并对缓冲区1指针AR2加1(使用循环寻址)。处理器然后使用FIRS指令进行乘加运算，即h(0)x(0)+x(-N+1)。当然,在使用FIRS指令前,需要预先计算一次求和,以初始化A 。在RPTZ重复指令和循环寻址的配合下,完成FIR滤波.滤波完成后，需要对两个数据缓冲的指针进行修正，以便对下一个点进行处理。将Buffer1的指针减1和Buffer2的指针减2，使他们指向各自缓冲的数据队列的最后。2) AC01的初始化DSE320PP-U使用AC01作为模拟信号接口。AC01提供一个14bit的D/A和一个14bit的A/D通道。AC01与VC5402通过串口0连接。DSP通过串口可以控制AC01的采样频率、增益、低通/高通滤波器的截止频率等参数。这一步是通过读写AC01的寄存器来实现的。下面是初始化AC01的代码，有关AC01的详细介绍请参考AC01的技术手册。3) 800Hz方波信号的产生利用AC01的D/A通道产生一个1KHz的方波，作为FIR滤波器的输入信号。由于串口发送中断将每0.05ms（20KHz）产生一次，所以我们将一个周期的方波信号分20次送出，这样经D/A变化后便可得到800Hz的方波。产生方波的数据参见如下：4) 串口的初始化和串口中断服务程序本实验通过DSP的串口0输入/输出数据。在串口通讯中，数据时钟和帧同步信号都由AC01产生，所以VC5402将使用外部时钟和帧同步信号。串口设置代码如下，详细介绍请参见串口操作实验：完成串口设置后，还需要修改中断向量表以便正确响应串口0的接收和发送中断请求。本实验中使用发送中断产生方波信号和完成对AC01的初始化；使用接收中断存贮输入的数据，并设置新数据到达标志。主循环在检测到该标志后，调用FIR滤波程序，完成对输入数据的处理。另外，为了方便观察，我们还使用了一个定时器，交替使XF为高和低。所以，在滤波程序正常运行时，你会看到D2在不停地闪烁。4 实验内容本实验需要使用C54X汇编语言实现FIR滤波器，并通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱的变化。实验分以下几步完成：1) 短接JP12，使得DES320PP-U的模拟信号输出通道与模拟信号输入通道相连。2) 启动CCS，在Project选项中打开fir5402.pjt文件。3) 使用Build选项完成编译、连接，然后使用File菜单中的Load Program将OUT文件装入。按F5键启动程序运行，若有示波器，可以观察DSE320PP-U板上的JP12的引脚。4) 请使用Debug - Halt暂停程序的执行。在Project管理栏中打开fir5402.asm文件，并在ccs_show（在fir子程序中）行后的nop语句处上增加一个断点。添加断点的方法是先用鼠标单击某行，将光标移动到需要增加断点的行上，然后选择工具栏的手状图标。当该行被设置了一个断点后，可以看到红色的圆点。5) 选择View - Graph- Time/Frequency菜单打开一个图形显示窗口，参见图6-4。将“Start Address”项改为地址0x1800，将“Display Data Size”项设置为128，将“DSP Data Type”改为“16-bit signed integer”。这样，将在图形显示窗口中显示从0x1800（信号输入缓冲）开始的128个点的16位有符号整数。再打开一个图形窗口，显示从地址0x1020（滤波信号输出缓冲）开始的128点的16位有符号整数。6) 选择Debug - Animate项运行程序。Animate运行和Run运行基本一致，只是使用Run运行时，若遇到断点，将停下来，直到用户再次使用Run命令才恢复运行。而使用Animate运行时，若遇到断点，CCS刷新所有的显示窗口，如寄存器、CPU、MEM、图形显示等，然后自动恢复运行。所以，你能看到连续更新的滤波输出。附加程序： .mmregsin_buffer .usect in_buf,64 input .usect in_dat,100 ；自定义in_dat数据空间output .usect out_dat,100 ；自定义out_dat数据空间 .def start .datacoeff: .word data ；定义滤波器系数start: SSBX FRCT ；小数操作 STM #100,BK ；设置循环缓冲区长度为100 STM #in_buffer,AR3 ；AR3指向in_buffer STM #input,AR2 ；AR2指向input MVDD *AR2+,*AR3 ；待滤波数据开始进入循环缓冲区首位 STM #output,AR5 ；AR5指向output STM #in_buffer+63,AR1 FIR: RPTZ A,#63 ；累加器A清0,设置迭代次数 MACD *AR1-,coeff,A ；完成乘法-累加并移位 STH A,*AR5+% ；暂存y(n) STM #in_buffer,AR3 MVDD *AR2,*AR3 MAR *AR2+% STM #in_buffer+63,AR1 B FIR .end新建fir1window.cmd文件并添加到fir1window工程中来，编写fir1window.cmd文件，源代码如下：-e startMEMORY PAGE 0: eprom:org=02000h