FIR实时滤波.doc

DSP课程设计实验报告学 院：电子信息工程学院专 业：通信工程学 号：10213082学 生：谭啸宇指 导 教 师：钱满义2013年7月目录实验要求：3实验目的：3实验背景：31DMA技术3实验内容：41.基本思想42.程序与数据5主程序5噪声数据16FIR滤波器数据173.结果17实验感想20利用DSP实现实时信号FIR滤波实验要求：基本部分 (1) 掌握利用滤波器设计FIR滤波器的方法，并提取滤波器参数； (2) 掌握利用Matlab的信号处理工具箱的使用，以及利用Matlab对信号进行滤波 (3) 设计数字滤波算法，或调用DSPLIB中的滤波函数，实现对信号的滤波。 (4) 利用C语言对A/D、D/A进行初始化 (5) 利用C语言对DMA进行初始化 (6) 编写DMA中断服务程序，实现信号的实时滤波 (7) 利用CCS信号分析工具分析信号的频谱成分，确定滤波器的参数发挥部分(1)比较加不同窗和阶数时滤波器的滤波效果；(2)测试所设计滤波器的幅频特性和相频特性，并与MATLIB下的设计结果进行比较。(3)在实验板的Line in输入端接入正弦信号，分左右声道分别采集，并分别滤波。实验目的： 掌握利用 DSP 实现信号实时 FIR 滤波设计可使学生更加透彻的理解信号的采集方法和滤波方法。学会利用 Matlab 对信号进行 FIR 滤波，掌握 Matlab 的信号仿真。同时通过对 DSP 信号处理器及 A/D、D/A 转换器以及 DMA 的编程，可以培养学生 C 语言编程能力以及使用 DSP 硬件平台实现数字信号处理算法的能力。实验背景：1DMA技术Direct Memory Access（存储器直接访问）是指一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，既不通过CPU，也不需要CPU干预。整个数据传输操作在一个称为“DMA控制器”的控制下进行。CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理外，在传输过程中还可以进行其他的工作。这样，在大部分时间里，CPU和输入输出都处于并行操作，因此使整个计算机系统的效率大大提高。DMA是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依于 CPU 的大量中断负载,否则，CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方,在这个时间中，CPU对于其他的工作来说就无法使用。DMA传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间,当CPU初始化这个传输动作,传输动作本身是由DMA控制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以被重新排程去处理其他的工作。DMA 传输对于高效能嵌入式系统算法和网络是很重要的。一个设备接口试图通过总线直接向另一个设备发送数据(一般是大批量的数据)， 它会先向CPU发送DMA请求信号。外设通过DMA的一种专门接口电路DMA控制器（DMAC），向CPU提出接管总线控制权的总线请求，CPU收到该信号后，在当前的总线周期结束后，会按DMA信号的优先级和提出DMA请求的先后顺序响应DMA信号。CPU对某个设备接口响应DMA请求时，会让出总线控制权。于是在DMA控制器的管理下，外设和存储器直接进行数据交换，而不需CPU干预。数据传送完毕后，设备接口会向CPU发送DMA结束信号，交还总线控制权。实现DMA传送的基本操作如下：1、外设可通过DMA控制器向CPU发出DMA请求；2、CPU响应DMA请求，系统转变为DMA工作方式，并把总线控制权交给DMA控制器；3、由DMA控制器发送存储器地址，并决定传送数据块的长度；4、执行DMA传送；5、DMA操作结束，并把总线控制权交还CPU。DMA方式主要适用于一些高速的I/O设备。这些设备传输字节或字的速度非常快。对于这类高速I/O设备，如果用输入输出指令或采用中断的方法来传输字节信息，会大量占用CPU的时间，同时也容易造成数据的丢失。而DMA方式能使I/O设备直接和存储器进行成批数据的快速传送。2.FIR低通滤波器假设数字滤波器的频率响应函数H用下式表示：幅频特性表示信号通过该滤波器后各频率成分振幅衰减情况，而相频特性反映各频率成分通过滤波器后在时间上的延时情况。一般选频滤波器的技术要求由幅频特性给出，其相频特性是确定的，所以在设计过程中，对相频特性一般不作要求。在低通滤波器的幅频特性中，Wp和Ws分别称为通带边界频率和阻带截止频率。从Wp到Ws称为过渡带，过渡带上的频响一半是单调下降的。当冲击响应满足下列条件时，FIR滤波器具有对称结构，为线性相位滤波器：这种对称性，可使得乘法器数量减半：对n价滤波器，当n为偶数时，乘法器的个数为n/2个；当n为奇数时，乘法器的个数为(n+1)/2个。在电路实现中，乘法器占用的逻辑单元数较多。乘法器的增加，意味着电路成本增加，另外对电路的工作速度也有影响。 在DSP的应用中，可以应用Matlab的滤波器设计工具箱fdatool工具箱生成需要的FIR滤波器，在生成C文件，提取出相应的滤波数据，应用CCS来调用这些数据，从而应用DSP产生信号的滤波效果，这样就实现了FIR的低通滤波效果。实验内容：1.基本思想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。利用CCS的频谱分析工具对输入信号进行频谱分析；根据频谱成分确定滤波器参数，然后利用Matlab设计FIR滤波器，将参数提取出来，存放到DSP存储区中。调用DSPLIB中的FIR滤波函数，对信号进行滤波。滤波后的数据利用DMA方式送到D/A转换器转换为模拟信号。2.程序与数据主程序:/* * Copyright (C) 2003 Texas Instruments Incorporated * All Rights Reserved */*-main_dmafir.c- * This is a DMA application example for Codec AIC23B analog input/output, * The example places the MCBSP in DMA transmit data mode and * syncs MCBSP receive with DMA channel 4 and MCBSP transmit * with DMA channel 5. * The example uses predefined CSL macros and symbolic * constants to create the initialization values needed for * the MCBSP and DMA control registers to effect the transfer * Created by hailingao , BJTU , 2012/06/25 */#include #include #include #include #include #include #include data.h/-Global data definition-/* Constants for the buffered ping-pong transfer */#define BUFFSIZE 256#define PING 0#define PONG 1/* * Data buffer declarations - the program uses four logical buffers of size * BUFFSIZE, one ping and one pong buffer on both receive and transmit sides. */#pragma DATA_SECTION (gBufferXmtPing, buffer_sect);Int16 gBufferXmtPingBUFFSIZE; / Transmit PING buffer#pragma DATA_SECTION (gBufferXmtPong, buffer_sect);Int16 gBufferXmtPongBUFFSIZE; / Transmit PONG buffer#pragma DATA_SECTION (gBufferRcvPing, buffer_sect);Int16 gBufferRcvPingBUFFSIZE; / Receive PING buffer#pragma DATA_SECTION (gBufferRcvPong, buffer_sect);Int16 gBufferRcvPongBUFFSIZE; / Receive PONG buffer#pragma DATA_SECTION (inp, .data_in1);DATA inpNX; #pragma DATA_SECTION (inp1, .data_in2);DATA inp1NX; #pragma DATA_SECTION (outbuf1, .data_in3);DATA outbuf1NX;/#pragma DATA_SECTION(out,.data_out);/DATA outNX; /*-*/ Config McBSP: Use McBSP to send and receive the data between DSP and AIC23B/*-*/MCBSP_Config Mcbsp1Config = MCBSP_SPCR1_RMK( MCBSP_SPCR1_DLB_OFF, / DLB = 0 MCBSP_SPCR1_RJUST_LZF, / RJUST = 0,right justify the data and zero fill the MSBs MCBSP_SPCR1_CLKSTP_DISABLE, / CLKSTP = 0 MCBSP_SPCR1_DXENA_ON, / DXENA = 1,DX delay enabler on 0, / Reserved = 0 MCBSP_SPCR1_RINTM_RRDY, / RINTM = 0 MCBSP_SPCR1_RSYNCERR_NO, / RSYNCER = 0 / MCBSP_SPCR1_RFULL_NO, / RFULL = 0 / MCBSP_SPCR1_RRDY_NO, / RRDY = 0 MCBSP_SPCR1_RRST_DISABLE / RRST = 0; Disable receiver ), MCBSP_SPCR2_RMK( MCBSP_SPCR2_FREE_NO, / FREE = 0 MCBSP_SPCR2_SOFT_NO, / SOFT = 0 MCBSP_SPCR2_FRST_FSG, / FRST = 1 ; Enable the frame-sync logic MCBSP_SPCR2_GRST_CLKG, / GRST = 1 ; The sample rate generator is take out of its reset state MCBSP_SPCR2_XINTM_XRDY, / XINTM = 0 MCBSP_SPCR2_XSYNCERR_NO, / XSYNCER =0 / MCBSP_SPCR2_XEMPTY_NO, / XEMPTY = 0 / MCBSP_SPCR2_XRDY_NO, / XRDY = 0 MCBSP_SPCR2_XRST_DISABLE / XRST = 0 Disable transimitter ), / 单数据相，接受数据长度为16位,每相2个数据 MCBSP_RCR1_RMK( MCBSP_RCR1_RFRLEN1_OF(1), / RFRLEN1 = 1 MCBSP_RCR1_RWDLEN1_16BIT / RWDLEN1 = 2 ), MCBSP_RCR2_RMK( MCBSP_RCR2_RPHASE_SINGLE, / RPHASE = 0 MCBSP_RCR2_RFRLEN2_OF(0), / RFRLEN2 = 0 MCBSP_RCR2_RWDLEN2_8BIT, / RWDLEN2 = 0 MCBSP_RCR2_RCOMPAND_MSB, / RCOMPAND = 0 No companding,any size data, MSB received first MCBSP_RCR2_RFIG_YES, / RFIG = 1 Frame-sync ignore MCBSP_RCR2_RDATDLY_1BIT / RDATDLY = 1 1-bit data delay ), MCBSP_XCR1_RMK( MCBSP_XCR1_XFRLEN1_OF(1), / XFRLEN1 = 1 MCBSP_XCR1_XWDLEN1_16BIT / XWDLEN1 = 2 ), MCBSP_XCR2_RMK( MCBSP_XCR2_XPHASE_SINGLE, / XPHASE = 0 MCBSP_XCR2_XFRLEN2_OF(0), / XFRLEN2 = 0 MCBSP_XCR2_XWDLEN2_8BIT, / XWDLEN2 = 0 MCBSP_XCR2_XCOMPAND_MSB, / XCOMPAND = 0 MCBSP_XCR2_XFIG_YES, / XFIG = 1 Unexpected Frame-sync ignore MCBSP_XCR2_XDATDLY_1BIT / XDATDLY = 1 1-bit data delay ), MCBSP_SRGR1_DEFAULT, MCBSP_SRGR2_DEFAULT, MCBSP_MCR1_DEFAULT, MCBSP_MCR2_DEFAULT, MCBSP_PCR_RMK( / MCBSP_PCR_IDLEEN_RESET, / IDLEEN = 0 MCBSP_PCR_XIOEN_SP, / XIOEN = 0 MCBSP_PCR_RIOEN_SP, / RIOEN = 0 MCBSP_PCR_FSXM_EXTERNAL, / FSXM = 0 Tranmit frame-syn is provided by AIC23B MCBSP_PCR_FSRM_EXTERNAL, / FSRM = 0 Receive frame-syn is provided by AIC23B MCBSP_PCR_CLKXM_INPUT, / CLKR is input MCBSP_PCR_CLKRM_INPUT, / CLKX is input MCBSP_PCR_SCLKME_NO, / SCLKME=0 CLKG is taken from the McBSP internal input clock / MCBSP_PCR_CLKSSTAT_0, / The signal on the CLKS pin is low MCBSP_PCR_DXSTAT_0, / Drive the signal on the DX pin low / MCBSP_PCR_DRSTAT_0, / The signal on the DR pin is low MCBSP_PCR_FSXP_ACTIVEHIGH, / FSXP = 1 Because a falling edge on LRCIN or LRCOUT starts data transfer MCBSP_PCR_FSRP_ACTIVELOW, / FSRP = 1 MCBSP_PCR_CLKXP_FALLING, / CLKXP = 1 The falling edge of BCLK starts data transfer MCBSP_PCR_CLKRP_RISING / CLKRP = 1 ), MCBSP_RCERA_DEFAULT, MCBSP_RCERB_DEFAULT, MCBSP_RCERC_DEFAULT, MCBSP_RCERD_DEFAULT, MCBSP_RCERE_DEFAULT, MCBSP_RCERF_DEFAULT, MCBSP_RCERG_DEFAULT, MCBSP_RCERH_DEFAULT, MCBSP_XCERA_DEFAULT, MCBSP_XCERB_DEFAULT, MCBSP_XCERC_DEFAULT, MCBSP_XCERD_DEFAULT, MCBSP_XCERE_DEFAULT, MCBSP_XCERF_DEFAULT, MCBSP_XCERG_DEFAULT, MCBSP_XCERH_DEFAULT ; DMA_Config dmaRcvConfig = /接收通道的主要参数配置 DMA_DMACSDP_RMK( DMA_DMACSDP_DSTBEN_NOBURST, DMA_DMACSDP_DSTPACK_OFF, DMA_DMACSDP_DST_DARAMPORT1, DMA_DMACSDP_SRCBEN_NOBURST, DMA_DMACSDP_SRCPACK_OFF, DMA_DMACSDP_SRC_PERIPH, DMA_DMACSDP_DATATYPE_16BIT ), /* DMACSDP */ DMA_DMACCR_RMK( DMA_DMACCR_DSTAMODE_POSTINC, DMA_DMACCR_SRCAMODE_CONST, DMA_DMACCR_ENDPROG_OFF,/* ENDPROG OFF */ DMA_DMACCR_WP_DEFAULT, DMA_DMACCR_REPEAT_OFF, DMA_DMACCR_AUTOINIT_ON,/* AUTOINIT ON */ DMA_DMACCR_EN_STOP, DMA_DMACCR_PRIO_LOW, DMA_DMACCR_FS_DISABLE, DMA_DMACCR_SYNC_REVT1 ), /* DMACCR */ DMA_DMACICR_RMK( DMA_DMACICR_AERRIE_ON, DMA_DMACICR_BLOCKIE_OFF, DMA_DMACICR_LASTIE_OFF, DMA_DMACICR_FRAMEIE_ON, DMA_DMACICR_FIRSTHALFIE_OFF, DMA_DMACICR_DROPIE_OFF, DMA_DMACICR_TIMEOUTIE_OFF ), /* DMACICR */ (DMA_AdrPtr)(MCBSP_ADDR(DRR11), /* DMACSSAL */ 0, /* DMACSSAU */NULL, /* DMACDSAL, to be loaded by submit */ 0, /* DMACDSAU */ BUFFSIZE, /* DMACEN */ 1, /* DMACFN */ 0, /* DMACFI */ 0 /* DMACEI */;DMA_Config dmaXmtConfig = /发送通道的主要参数配置 DMA_DMACSDP_RMK( DMA_DMACSDP_DSTBEN_NOBURST, DMA_DMACSDP_DSTPACK_OFF, DMA_DMACSDP_DST_PERIPH, DMA_DMACSDP_SRCBEN_NOBURST, DMA_DMACSDP_SRCPACK_OFF, DMA_DMACSDP_SRC_DARAMPORT0, DMA_DMACSDP_DATATYPE_16BIT ), /* DMACSDP */ DMA_DMACCR_RMK( DMA_DMACCR_DSTAMODE_CONST, DMA_DMACCR_SRCAMODE_POSTINC, DMA_DMACCR_ENDPROG_ON, DMA_DMACCR_WP_DEFAULT, DMA_DMACCR_REPEAT_OFF, DMA_DMACCR_AUTOINIT_OFF, DMA_DMACCR_EN_STOP, DMA_DMACCR_PRIO_LOW, DMA_DMACCR_FS_DISABLE, DMA_DMACCR_SYNC_XEVT1 ), /* DMACCR */ DMA_DMACICR_RMK( DMA_DMACICR_AERRIE_ON, DMA_DMACICR_BLOCKIE_OFF, DMA_DMACICR_LASTIE_OFF, DMA_DMACICR_FRAMEIE_ON, DMA_DMACICR_FIRSTHALFIE_OFF, DMA_DMACICR_DROPIE_OFF, DMA_DMACICR_TIMEOUTIE_OFF ), /* DMACICR */NULL, /* DMACDSAL, to be loaded by submit */ 0, /* DMACSSAU */ (DMA_AdrPtr)(MCBSP_ADDR(DXR11), /* DMACDSAL */ 0, /* DMACDSAU */ BUFFSIZE, /* DMACEN */ 1, /* DMACFN */ 0, /* DMACFI */ 0 /* DMACEI */;/* Define a DMA_Handle object to be used with DMA_open function */DMA_Handle hDmaRcv, hDmaXmt;/* Define a MCBSP_Handle object to be used with MCBSP_open function */MCBSP_Handle hMcbsp;volatile Uint16 transferComplete = FALSE;Uint16 err = 0;Uint16 old_intm;Uint16 xmtEventId, rcvEventId;/-Function prototypes-/* Reference the start of the interrupt vector table */* This symbol is defined in file vectors.s55 */extern void VECSTART(void);/* Protoype for interrupt functions */interrupt void dmaXmtIsr(void);interrupt void dmaRcvIsr(void);void taskFxn(void);/* * copyData() - Copy one buffer with length elements to another. */void copyData(Int16 *inbuf, Int16 *outbuf, Int16 length) Int16 i = 0; for (i = 0; i length; i+) /outbufi=inbufiinp1i = inbufi;for (i = 0; i length/2; i+) inpi = inp12*i+SINE_TABLEi; /取出输入信号的左声道并加噪/inp2*i+1 = inp12*i+1+SINE_TABLEi;fir(inp, h, outbuf1, dbptr, NX, NH); /将加噪后的左声道信号滤波for (i = 0; i length/2; i+) outbuf2*i =inpi; outbuf2*i+1 =outbuf1i; /将左右信号合并输出 /* - Threads - */* * processBuffer() - Process audio data once it has been received. */void processBuffer(void) Uint32 addr; static Int16 pingPong = PING;while(DMA_FGETH (hDmaRcv, DMACCR, ENDPROG) ; / Determine which ping-pong state were in if (pingPong = PING) / Configure the receive channel for pong input data addr = (Uint32)gBufferRcvPong) 16) & 0xffff);/ Set new state to PONG pingPong = PONG; else / Configure the receive channel for ping input data addr = (Uint32)gBufferRcvPing) 16) & 0xffff); / Set new state to PING pingPong = PING; DMA_FSETH (hDmaRcv, DMACCR, ENDPROG, 1);/DMA_FSETH (hDmaXmt, DMACCR, ENDPROG, 1); if (pingPong = PONG) /Insert your application program here copyData(gBufferRcvPing, gBufferXmtPing, BUFFSIZE); / Configure the transmit channel for ping output data addr = (Uint32)gBufferXmtPing) 16) & 0xffff); else /Insert your application program here copyData(gBufferRcvPong, gBufferXmtPong, BUFFSIZE); / Configure the transmit channel for pong output data addr = (Uint32)gBufferXmtPong) 16) & 0xffff); / Start the DMA/ DMA_start(hDmaRcv);/ DMA_start(hDmaXmt);/-main routine-void main(void) Uint16 i; /* Initialize CSL library - This is REQUIRED ! */ CSL_init();/ The main frequency of system is 240MHz/ 该频率是为了设置IIC模块的需要设置的,为了使用I2C_setup函数 PLL_setFreq(1, 0xC, 0, 1, 3, 3, 0); /EMIF初始化 Emif_Config(); / Open McBSP port 1 and get a McBSP type handlehMcbsp = MCBSP_open(MCBSP_PORT1,MCBSP_OPEN_RESET);/ Config McBSPport 1 by use previously defined structure MCBSP_config(hMcbsp, &Mcbsp1Config); /I2C初始化I2C_cofig(); /CODEC寄存器初始化inti_AIC(); /* Set IVPH/IVPD to start of interrupt vector table */ IRQ_setVecs(Uint32)(&VECSTART); for (i = 0; i = BUFFSIZE - 1; i+) gBufferXmtPingi = 0; gBufferXmtPongi = 0; for (i=0; i 15) & 0xFFFFu; srcAddrLo = (Uint16)(Uint32)(MCBSP_ADDR(DRR11) 15) & 0xFFFFu; dstAddrLo = (Uint16)(Uint32)(&gBufferRcvPing) 15) & 0xFFFFu; srcAddrLo = (Uint16)(Uint32)(&gBufferXmtPing) 15) & 0xFFFFu; dstAddrLo = (Uint16)(Uint32)(MCBSP_ADDR(DXR11) 1) & 0xFFFFu; dmaXmtConfig.dmacssal = (DMA_AdrPtr)srcAddrLo; dmaXmtConfig.dmacssau = srcAddrHi; dmaXmtConfig.dmacdsal = (DMA_AdrPtr)dstAddrLo; dmaXmtConfig.dmacdsau = dstAddrHi; /* Open MCBSP Port 1 and set registers to their power on defaults */ hMcbsp = MCBSP_open(MCBSP_PORT1, MCBSP_OPEN_RESET); /* Open DMA channels 4 & 5 and set regs to power on defaults */ hDmaRcv = DMA_open(DMA_CHA4,DMA_OPEN_RESET); hDmaXmt = DMA_open(DMA_CHA5,DMA_OPEN_RESET); /* Get interrupt event associated with DMA receive and transmit */ xmtEventId = DMA_getEventId(hDmaXmt); rcvEventId = DMA_getEventId(hDmaRcv); /* Temporarily disable interrupts and clear any pending */ /* interrupts for MCBSP transmit */ old_intm = IRQ_globalDisable(); /* Clear any pending interrupts for DMA channels */ IRQ_clear(xmtEventId); IRQ_clear(rcvEventId); /* Enable DMA interrupt in IER register */ IRQ_enable(xmtEventId); IRQ_enable(rcvEventId); /* Place DMA interrupt service addresses at associate vector */ IRQ_plug(xmtEventId,&dmaXmtIsr); IRQ_plug(rcvEventId,&dmaRcvIsr); /* Write values from configuration structure to MCBSP