DSP课程设计报告—刘雅琪

一、 课程设计的目的和要求1.1课程设计目的：本课程是DSP技术类课程配套的课程设计，要求学生通过高级语言或汇编语言编程实现较复杂的功能。通过课程设计，使学生加深对DSP芯片TMS320C54x的结构、工作原理的理解，获得DSP应用技术的实际训练，掌握设计较复杂DSP系统的基本方法。 1.2课程设计要求1、认真查阅资料2、课程设计前认真预习3、遵守课程设计时间安排4、认真保质保量完成设计要求5、认真书写报告二、系统功能介绍及总体设计方案21 功能介绍 随着信息技术和计算机技术的飞速发展,数字信号处理技术在众多领域得到广泛应用。数字滤波器由于其精度高、 稳定性好、 使用灵活等优点,广泛应用在各种数字信号处理领域。数字滤波器根据冲击响应函数的时域特性,可以分为 FIR(有限长冲激响应滤波器)和 IIR(无限长冲激响应滤波器) 。FIR 滤波器与 IIR 滤波器相比,具有严格的线性相位,幅度特性可任意等优点。而且, FIR 滤波器的单位抽样响应是有限长的,故一定是稳定的,他又可以用快速傅里叶变换( FFT)算法来实现过滤信号,可大大提高运算效率。本课程设计的是一个等波纹FIR低通滤波器，其具体参数为：采样频率=1000Hz，通带频率=150Hz截止频率=250Hz，通带衰减=0.5dB阻带衰减=80dB。22 总体设计方案： 先进行Matlab程序设计产生待滤波数据（借助设计工具FDATOOL产生设计系数），将其导入CCS，在CCS上进行仿真调试运行，得到了输入和输出的波形及其频谱。MATLAB编程产生待滤波数据观察输入输出波形CCSMATLAB滤波器设计工具FDATOOL设计系数 图1 总体设计框图三、主要设计内容和步骤3.1 FIR数字滤波器的原理分析3.1.1 FIR数字滤波器数字滤波器原理一般具有如下差分方程 (l)式中为输入序列，为输出序列，和为滤波器系数，N是滤波器阶数。当所有的均为零，则有 (2)(2)式是FIR滤波器的差分方程，其一般形式为 (3)对(3)式进行变换，整理后可得FIR滤波器的传递函数FIR的直接型结构： 图2 FIR的直接型结构 FIR滤波器最主要的特点是没有反馈回路，因此它是无条件稳定系统。它的单位冲激响应是一个有限长序列。如果是实数，且满足偶对称或奇对称的条件，即或，则滤波器具有线性相位特性。偶对称线性相位FIR滤波器（N为偶数）的差分方程表达式为：线性相位FIR滤波器是用得最多的FIR滤波器。 FIR滤波器不断地对输入样本延时后，再作乘法累加算法，将滤波结果输出，因此FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算。在数字滤波器中，FIR滤波器的最主要特点是没有反馈回路，故不存在不稳定的问题。同时可以在随意设置幅度特性的同时，保证精确无误的线性相位。稳定的线性相位特性是FIR滤波器的突出优点。 3.1.2 系数对称的FIR滤波器对于系数对称的FIR滤波器，由于其具有线性相位特性，因此应用很广，特别是对相位失真要求很高的场合，如调制解调器（MODEM）。一个N=8的FIR滤波器，若,就是对称FIR滤波器，其输出方程为：总共有8次乘法和7次加法。如果改写成：则变成4次乘法和7次加法。可见乘法运算的次数减少了一半。这是对称FIR的有一个优点。 对称FIR滤波器的C54x实现的要点（1） 在数据存储区中开辟两个循环缓冲区，New循环缓冲区中存放N/2=4个新数据；Old循环缓冲区中存放老数据。循环缓冲区的长度为N/2。 x(n-4) x(n-5)x(n-6)x(n-7)数据存储器 New循环缓冲区 Old循环缓冲区x(n) x(n-3) x(n-2) x(n-1)AR280h88h AR38Bh8Ah89h82h83h81h 程序存储器COEF系数表 高地址低地址 图3（2）设置循环缓冲区指针，AR2指向中最新的数据，AR3指向中最老的数据。（3）在程序存储器中设置系数表。（4）(累加器A的高位) (5)将累加器B清0，重复执行4次（i=0,1,2,） *系数 系数指针（PAR）加1 AR2和AR3减1（6）保存和输出结果（结果在BH中）（7）修正数据指针，让AR2和AR3分别指向New缓冲区中最新的数据和Old缓冲区中最老的数据。（8）用New缓冲区中最老的数据替代Old缓冲区中最老的数据。Old缓冲区指针减1。（9）输入一个新数据替代New缓冲区中最老的数据。重复执行第（4）（9）步3.1.3 关键指令在编程中要用到FIRS（系数对称有限冲激响应滤波器）指令，其操作如下：FIRS Xmem,Ymem,Pmad执行 PmadPAR 当(B)+(A(32-16)*(由PAR寻址Pmem)B（Xmem）+(Ymem）=2Fh来设置混合波的相应频率，以取得准确的滤波效果。（2）使用探针方法输入数据时,一般要求输入数据是16进制的小数表示,但如果输入10进制的也可以,但需在两次确认之后才可以输入。 （3）在图形窗口观察结果时,如果所观察的图形不明显,可以通过设置幅度值来改善效果。 （4）在程序中对输入的数据处理时，因注意在Matlab得到的小数要在CCS中得以应用必须符合小数运算的规则。当发生溢出时，则用其最大正数或者最大负数加载累加器。总之,滤波器设计是我们实际系统应用中重要的一方面,相比传统的R,L,C元件和运算放大器组成的块滤波器,更有发展的潜力。相信这次课程设计，对于我以后的学习和工作会带来很大的帮助！七、参考文献1程佩青.数字信号处理教程.北京：清华大学出版社，19952戴明帧.TMS320C54x DSP 结构原理以应用.北京.北京航空航天大学出版社，20073DSP原理及应用.北京.中国水利水电出版社，2004附录一：源程序清单（.asm文件） *系数对称的FIR滤波器设计* .title FIR.asm .mmregs .def _c_int00N .set 28 size .set N/2 ;FIR滤波器阶数x_new .usectx_new,N/2 ;自定义数据空间x_old .usectx_old,N/2 ;自定义数据空间KS .set 256 ;输入样本数据个数input .usectinput,KS output .usectoutput,KS .data .copy fdacoefs4.h ;FIR滤波器系数 .text_c_int00: SSBXFRCT ;设置FRCT（小数方式）位 STM #x_new,AR2 ;AR2指向New缓冲区第一个单元 STM #x_old+(size-1),AR3 ;AR3指向Old缓冲区最后一个单元 STM #-1,AR0 ;AR0=-1,双操作数减量 STM #output,AR5 STM #input,AR4STM #KS-1,BRC ;块重复计数GS次RPTBD LOOP-1STM #size,bk ;循环缓冲区块大小BK=sizeLD *AR4+,ASTL A,*AR2 ;输入样本值FIR: ADD *AR2+0%, *AR3+0%,A ;AH=x(n)+x(n-N+1) RPTZ B,#size-1 ;B=0,下条指令执行size次 FIRS *AR2+0%,*AR3+0%,COEF ;B=B+AH*h(0),AH=x(n-1)+x(n-N+2) ;执行该指令size次 STHB,*AR5+ ;保存滤波输出数据到AR5所指向单元 MAR *+AR2(2)% ;修正AR2,指向New缓冲区最老的数据 MAR *AR3+% ;修正AR3,指向Old缓冲区最老的数据 MVDD *AR2,*AR3+0% ;用New缓冲区最老的数据替代Old缓冲区中最;老的数据LOOP:EEND B EEND ;循环等待 .end* 复位向量文件* .title FIR_V.asm .ref _c_int00 .sect VECTORS ;定义向量表，紧随其后的是名为VECTORS的复位向量reset: b _c_int00 .end附录二：链接命令文件（.cmd文件）MEMORYPAGE 0:ROM:org=0x0E00,len=0x1000VEC:org=0xff80,len=0x0080PAGE 1:SPRAM:org=0x0060,len=0x0020DARAM:org=0x0080,len=0x2000SECTIONS.text :ROMPAGE 0.data :ROMPAGE 0VECTORS :VECPAGE 0.bss :SPRAM PAGE 1x_new : DARAM PAGE 1 x_old : DARAM PAGE 1output :DARAM PAGE 1input :DARAM PAGE 1附录三：滤波器系数表（.h文件） COEF .word 15, -3, -158, -448, -583, -172, 663, 1008, 2 .word -1764, -2046,1075, 6744, 11298, 11298, 6744, 1075, -2046 .word -1764, 2, 1008, 663, -172, -583, -448, -158, -3 .word 15附录四：Matlab程序（.m文件）f11=50; %/Hzf12=350; %/Hzfs=1000; %/采样HzN=256 ; %数据个数T=1/fs; %采样周期n=0:N;x11=sin(2*pi*f11*n*T);x12=0.7*sin(2*pi*f12*n*T);x_base=(x11+x12);%待滤波信号波形figure(1)plot(x_base)%待滤