DSP課程設計--基于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設計.doc

課 程 設 計 報 告課程設計名稱： DSP原理與應用 系 ： 學生姓名： 班 級： 通信 學 號： 成 績： 指導教師： 開課時間： 學年 學期基于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設計一、實踐的目的和要求 1、實踐的目的 （1）了解TMS320055x DSP匯編語言的特點，掌握TMS320C55x DSP常用的開發(fā)工具，掌握集成開發(fā)環(huán)境CCS的使用及利用CCS進行程序開發(fā)的一般過程。（2）熟悉FIR濾波器工作原理及編程。 （3）掌握匯編語言程序的編寫方法，匯編器和鏈接器的用法，利用匯編指令實現(xiàn)高速數(shù)字信號處理器。（4）學習使用CCS圖形觀察窗口觀察和分析語音波形及其頻譜。通過該課程的學習為今后從事使用DSP技術(shù)在通訊、控制等相關(guān)領(lǐng)域的應用、研究和開發(fā)打下良好的基礎，為進入社會增加一種工作技能。 2、實踐的要求設計要求：已知信號的采樣頻率為8000hz，設計一個29階的低通濾波器，濾波器的通帶截止頻率為2800hz，阻帶截止頻率為3100hz。（1）學生首先自己參照指導書完FIR算法實驗，認真閱讀實驗中的源程序，深刻理解FIR濾波的原理及具體實現(xiàn)方法，包括含噪信號的生成，濾波后信號的輸出重點理解FIR濾波器的實現(xiàn)（循環(huán)尋址的實現(xiàn)）。（2）在理解原理的基礎上，設計自己的濾波器。設計一定參數(shù)的濾波器用MATLAB設計濾波器，使用fir2函數(shù)設計濾波器，注意，在函數(shù)中，其截止頻率均用歸一化頻率表示。得到濾波器的系數(shù)后，按照循環(huán)尋址的原理，參照給出的實驗程序，編寫具體的濾波器實現(xiàn)程序。調(diào)試程序，測試平臺的性能。觀察相應得含噪信號波形及去噪后的信號波形，濾波器的波形。經(jīng)反復調(diào)試，使濾波器達到預計的結(jié)果。二、實踐原理：1、DSP芯片 數(shù)字濾波是語音處理、圖像處理、模式識別、頻譜分析等應用中的基本處理算法。用DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點外，還具有靈活性好等特點。如圖2-1為c5509引腳圖。 2-1 VC5509引腳圖2、設計：過渡帶寬度=阻帶邊緣頻寬-通帶邊緣頻率采樣頻率：f1=通帶邊緣頻率+（過渡帶寬度）/2理想低通濾波器脈沖響應：h1n=sin(n1)/n/根據(jù)要求，選擇布萊克曼窗，窗函數(shù)長度為：N=5.98fs/過渡帶寬度選擇N=30wn=0.42+0.5cos(2n/30)+0.8cos(4n/24)濾波器脈沖響應為：hn=h1nwn|n|12根據(jù)上面計算，各式算出hn,然后將脈沖響應值移位為因果序列。完成的濾波器的差分方程為：yn=-0.001xn-2-0.002xn-3-0.002xn-4+0.01xn-5-0.009xn-6-0.018xn-7-0.049xn-8-0.02xn-9+0.11xn-10+0.28xn-11+0.64xn-12+0.28xn-13-0.11xn-14-0.02xn-15+0.049xn-16-0.018xn-17-0.009xn-18+0.01n-19-0.002xn-20-0.002xn-21+0.001xn-223、 程序流程圖初始化工作變量調(diào)用波形發(fā)生子程序產(chǎn)生混疊的波形（高頻+低頻）調(diào)用FIR濾波子程序計算當前輸出開始結(jié)束波形發(fā)生FIR濾波返回波形值返回計算結(jié)果計算步長用標準C的sin函數(shù)和cos函數(shù)計算當前波形值用濾波器系數(shù)乘以保存的N-1個輸入值和當前輸入值并求和開始初始化語音緩沖區(qū)和工總變量讀取語音數(shù)據(jù)等待McBSP通道0傳送結(jié)束保存于左聲道緩沖區(qū)調(diào)用fir2計算FIR濾波輸出濾波結(jié)果保存于右聲道緩沖區(qū)原聲音送左聲道，濾波結(jié)束結(jié)果送右聲道，輸出到McBSP0三、實踐步驟1、設計一定參數(shù)的濾波器 編寫濾波器程序，首先要算出各個所需要的系數(shù)，然后編譯程序，完成濾波的功能。用MATLAB設計濾波器，使用fir2函數(shù)設計濾波器，注意，在函數(shù)中，其截止頻率均用歸一化頻率表示。已知信號的采樣頻率為8000hz，設計一個29階的低通濾波器，濾波器的通帶截止頻率為2800hz，阻帶截止頻率為3100hz。在函數(shù)中，其截止頻率均用歸一化頻率表示。歸一化頻率的計算方法：f=實際頻率/(采樣頻率/2)，則將截止頻率歸一化后的截止頻率值為0.7、0.775。 程序代碼： f=0 0.7 0.775 1;m=1 1 0 0;b=fir2(28,f,m)結(jié)果： b= 0.0010 -0.0015 0.0011 0.0013 -0.0059 0.0092 -0.0047 -0.01070.0306 -0.0372 0.0101 0.0578 -0.1501 0.2307 0.7373 0.2307-0.1501 0.0578 0.0101 -0.0372 0.0306 -0.0107 -0.0047 0.0092-0.0059 0.0013 0.0011 -0.0015 0.00102濾波器的設計程序include myapp.h#include ICETEK-VC5509-EDU.h#include scancode.h#include #define FIRNUMBER 29#define SIGNAL1F 2800#define SIGNAL2F 3100#define SAMPLEF 8000#define PI 3.1415926float InputWave();float FIR();float fHnFIRNUMBER= b= 0.0010 -0.0015 0.0011 0.0013 -0.0059 0.0092 -0.0047 -0.01070.0306 -0.0372 0.0101 0.0578 -0.1501 0.2307 0.7373 0.2307-0.1501 0.0578 0.0101 -0.0372 0.0306 -0.0107 -0.0047 0.0092-0.0059 0.0013 0.0011 -0.0015 0.0010 ;float fXnFIRNUMBER= 0.0 ;float fInput,fOutput;float fSignal1,fSignal2;float fStepSignal1,fStepSignal2;float f2PI;int i;float fIn256,fOut256;int nIn,nOut;main()nIn=0; nOut=0;f2PI=2*PI;fSignal1=0.0;fSignal2=PI*0.1;fStepSignal1=2*PI/30;fStepSignal2=2*PI*1.4;while ( 1 )fInput=InputWave();fInnIn=fInput;nIn+; nIn%=256;fOutput=FIR();fOutnOut=fOutput;nOut+;/* break point */if ( nOut=256 )nOut=0;float InputWave()for ( i=FIRNUMBER-1;i0;i- )fXni=fXni-1;fXn0=sin(double)fSignal1)+cos(double)fSignal2)/6.0;fSignal1+=fStepSignal1; if ( fSignal1=f2PI )fSignal1-=f2PI;fSignal2+=fStepSignal2;if ( fSignal2=f2PI )fSignal2-=f2PI;return(fXn0);float FIR()float fSum;fSum=0;for ( i=0;i spcr1, 0); Write(pMCBSP0 - spcr2, 0); / Config frame parameters (32 bit, single phase, no delay) Write(pMCBSP0 - xcr1, XWDLEN1_32); Write(pMCBSP0 - xcr2, XPHASE_SINGLE | XDATDLY_0); Write(pMCBSP0 - rcr1, RWDLEN1_32); Write(pMCBSP0 - rcr2, RPHASE_SINGLE | RDATDLY_0); / Disable int frame generation and enable slave w/ext frame signals on FSX / Frame sync is active high, data clocked on rising edge of clkx Write(pMCBSP0 - pcr, PCR_CLKXP); / Bring transmitter and receiver out of reset SetMask(pMCBSP0 - spcr2, SPCR2_XRST); SetMask(pMCBSP0 - spcr1, SPCR1_RRST); void AIC23_Init() I2C_Init(); / Reset the AIC23 and turn on all power AIC23_Write(AIC23_RESET_REG, 0); AIC23_Write(AIC23_POWER_DOWN_CTL, 0); AIC23_Write(AIC23_ANALOG_AUDIO_CTL, ANAPCTL_DAC | ANAPCTL_INSEL);/ 使用麥克風音源 AIC23_Write(AIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL, 0); / Turn on volume for line inputs AIC23_Write(AIC23_LT_LINE_CTL,0x000); AIC23_Write(AIC23_RT_LINE_CTL,0x000); / Configure the AIC23 for master mode, 44.1KHz stereo, 16 bit samples / Use 12MHz USB clock AIC23_Write(AIC23_DIGITAL_IF_FORMAT, DIGIF_FMT_MS | DIGIF_FMT_IWL_16 | DIGIF_FMT_FOR_DSP); AIC23_Write(AIC23_SAMPLE_RATE_CTL, SRC_SR_44 | SRC_BOSR | SRC_MO); / Turn on headphone volume and digital interface AIC23_Write(AIC23_LT_HP_CTL, 0x07f); / 0x79 for speakers AIC23_Write(AIC23_RT_HP_CTL, 0x07f); AIC23_Write(AIC23_DIG_IF_ACTIVATE, DIGIFACT_ACT); / Set McBSP0 to be transmit slave McBSP0_InitSlave();void AIC23_Disable() PC55XX_MCSP pMCBSP0 = (PC55XX_MCSP)C55XX_MSP0_ADDR; I2C_Disable(); / Put the MCBSP in reset Write(pMCBSP0 - spcr1, 0); Write(pMCBSP0 - spcr2, 0);#define AUTIODATALEFT 0x0d000#define AUTIODATARIGHT 0x17000int *pAudioLeft,*pAudioRight;int www=0; void AIC23_Mixer() PC55XX_MCSP pMCBSP0 = (PC55XX_MCSP)C55XX_MSP0_ADDR; int left, right; int *pl,*pr,nAudioCount; int i; pAudioLeft=pl=(int *)AUTIODATALEFT;pAudioRight=pr=(int *)AUTIODATARIGHT;nAudioCount=0; for ( i=0;iNX;i+) xi=0; for ( i=0;i spcr2, SPCR2_XRDY);/ 等待數(shù)據(jù)傳輸完成 (*pl)=left = Read(pMCBSP0 - ddr1);/ 讀入左聲道數(shù)據(jù) right = Read(pMCBSP0 - ddr2);/ 讀入右聲道數(shù)據(jù) xNX-1=left/16;/ 防止濾波時數(shù)據(jù)溢出 fir2(x, h, r, db, NX, NH);/ 調(diào)用濾波程序計算當前輸出(*pr)=rNX-1;/ 數(shù)組r的最后一個單元為當前輸出 Write(pMCBSP0 - dxr1, left);/ 將原始數(shù)據(jù)送左聲道輸出 /Write(pMCBSP0 - dxr1, rNX-1);/ 將原始數(shù)據(jù)送左聲道輸出 Write(pMCBSP0 - dxr2, rNX-1);/ 將經(jīng)過濾波后的數(shù)據(jù)送右聲道輸出 nAudioCount+; pl+; pr+;/ 循環(huán)使用緩沖區(qū) if ( nAudioCount=1024 ) nAudioCount=0;/ break point pl=pAudioLeft; pr=pAudioRight; for ( i=0;iNX-1;i+ )/ 重新調(diào)整輸入序列(供fir2使用) xi=xi+1; 實驗結(jié)果四、心得體會這次課程設計實現(xiàn)了一個簡單的FIR濾波器的設計。通過這一個星期的課程設計，我學到了很多的東西,不僅鞏固了我以前所學過的知識, 還讓我學到很多在書本上所沒有學到過的知識。 同時通過這次課程設計，我了解了FIR濾波器的原理，熟練掌握了MATLAB的操作，不僅是我學到了知識，更鍛煉了我的動手能力。也進一步認識了CCStudio軟件的使用，了解了各種