《dsp》課程設(shè)計(jì)-iir算法的軟硬件實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　《DSP》課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目： IIR算法的軟硬件實(shí)現(xiàn) </p><p>　　學(xué)生姓名： XXXXXXXX </p><p>　　學(xué) 號(hào)： XXXXXXXXX </p><p>　　專 業(yè)：

2、 XXXXXXXX </p><p>　　院（系）： XXXXXXXX </p><p>　　IIR算法的軟硬件實(shí)現(xiàn)</p><p>　　摘要：本課題通過(guò)軟件設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器，并對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真：應(yīng)用DSP集成開發(fā)環(huán)境—CCS調(diào)試程序，用TMS320F2812實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字濾波。具體工作包括：對(duì)IIR數(shù)字濾波器的基本

3、理論進(jìn)行分析和探討。應(yīng)用DSP集成開發(fā)環(huán)境調(diào)試程序，用TMS320F2812來(lái)實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字濾波。通過(guò)硬件液晶顯示模塊驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字濾波器；DSP；TMS320F2812；無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器（IIR）。</p><p>　　引言：21世紀(jì)是數(shù)字化的時(shí)代，隨著信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)逐漸發(fā)展成為一門主流技術(shù)。相對(duì)于模擬濾

4、波器，數(shù)字濾波器沒(méi)有漂移，能夠處理低頻信號(hào)，頻率特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以達(dá)到很高，容易集成等。這些優(yōu)勢(shì)決定數(shù)字濾波器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中最重要的組成部分之一，被廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音圖像處理、數(shù)字通信、譜分析、模式識(shí)別、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　1．無(wú)限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的基礎(chǔ)

5、理論。</p><p>　　2．模擬濾波器原理（巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器）。</p><p>　　3．?dāng)?shù)字濾波器系數(shù)的確定方法。</p><p>　　4．根據(jù)要求設(shè)計(jì)低通IIR濾波器</p><p>　　要求：低通巴特沃斯濾波器在其通帶邊緣1kHz處的增益為-3dB，12kHz處的阻帶衰減為30dB，采樣頻率2

6、5kHz。設(shè)計(jì)：</p><p>　　-確定待求通帶邊緣頻率fp1Hz、待求阻帶邊緣頻率fs1Hz和待求阻帶衰減-20logδsdB。</p><p>　　模擬邊緣頻率為：fp1=1000Hz，fs1=12000Hz 阻帶邊緣衰減為：-20logδs=30dB</p><p>　　-用Ω=2πf/fs把由Hz表示的待求邊緣頻率轉(zhuǎn)換成弧度表示的數(shù)字頻率，得到Ωp1和

7、Ωs1。</p><p>　　Ωp1=2πfp1/fs=2π1000/25000=0.08π弧度</p><p>　　Ωs1=2πfs1/fs=2π12000/25000=0.96π弧度</p><p>　　-計(jì)算預(yù)扭曲模擬頻率以避免雙線性變換帶來(lái)的失真。</p><p>　　由w=2fs tan(Ω/2)求得wp1和ws1，單位為弧度/秒。

8、</p><p>　　wp1=2fs tan(Ωp1/2)=6316.5弧度/秒</p><p>　　ws1=2fs tan(Ωs1/2)=794727.2弧度/秒</p><p>　　-由已給定的阻帶衰減-20logδs確定阻帶邊緣增益δs。</p><p>　　因?yàn)?20logδs=30，所以logδs=-30/20，δs=0.03162

9、</p><p>　　-計(jì)算所需濾波器的階數(shù)：</p><p>　　因此，一階巴特沃斯濾波器就足以滿足要求。</p><p>　　-一階模擬巴特沃斯濾波器的傳輸函數(shù)為：</p><p>　　H(s)=wp1/(s+wp1)=6316.5/(s+6316.5)</p><p>　　由雙線性變換定義s=2fs(z-1)/(

10、z+1)得到數(shù)字濾波器的傳輸函數(shù)為：</p><p>　　因此，差分方程為：y[n]=0.3307y[n-1]+0.3346x[n]+0.3346x[n-1]</p><p><b>　　硬件框圖</b></p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p><b>　　調(diào)試過(guò)程

11、與步驟：</b></p><p><b>　　軟件實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　1．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備</b></p><p>　　-設(shè)置軟件仿真模式。</p><p><b>　　-啟動(dòng)CCS</b></p><p>　　2．打開工程，瀏

12、覽程序，工程目錄為D:\dsp\t6\iir\iir.pjt</p><p><b>　　3．編譯并下載程序</b></p><p>　　4．打開觀察窗口：*選擇菜單View->Graph->Time/Frequency…，進(jìn)行如下設(shè)置：</p><p>　　*選擇菜單View->Graph->Time/Frequenc

13、y…，進(jìn)行如下設(shè)置：</p><p>　　5．清除顯示：在以上打開的窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇彈出式菜單中“Clear Display”功能。</p><p>　　6．設(shè)置斷點(diǎn)：在程序iir.c中有注釋“/* 請(qǐng)?jiān)诖司渖显O(shè)置軟件斷點(diǎn) */”的語(yǔ)句上</p><p><b>　　置軟件斷點(diǎn)。</b></p><p><

14、b>　　7.運(yùn)行并觀察結(jié)果</b></p><p>　　⑴選擇“Debug”菜單的“RUN”項(xiàng)，或按F5鍵運(yùn)行程序。</p><p>　?、朴^察“IIR”窗口中時(shí)域圖形；觀察濾波效果。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　輸入波形為一個(gè)低頻率的正弦波與一個(gè)高頻的余弦波疊加而

15、成。如圖：</p><p>　　通過(guò)觀察頻域和時(shí)域圖，得知：輸入波形中的低頻波形通過(guò)了濾波器，而高頻部分則被衰減。</p><p>　　附IIR算法相對(duì)應(yīng)C語(yǔ)言編程及匯編程序</p><p>　　/*===========================================</p><p>　　==================

16、===========================*/</p><p>　　#include "DSP281x_Device.h" // DSP281x Headerfile Include File</p><p>　　#include "DSP281x_Examples.h" // DSP281x Examples Include

17、 File</p><p>　　#include "f2812a.h"</p><p>　　#include"math.h"</p><p>　　#define IIRNUMBER 2</p><p>　　#define SIGNAL1F 1000</p><p>　　#defi

18、ne SIGNAL2F 4500</p><p>　　#define SAMPLEF 10000</p><p>　　#define PI 3.1415926</p><p>　　float InputWave();</p><p>　　float IIR();</p><p>　　float fBn[IIRNUMB

19、ER]={ 0.0,0.7757 };</p><p>　　float fAn[IIRNUMBER]={ 0.1122,0.1122 };</p><p>　　float fXn[IIRNUMBER]={ 0.0 };</p><p>　　float fYn[IIRNUMBER]={ 0.0 };</p><p>　　float fInput

20、,fOutput;</p><p>　　float fSignal1,fSignal2;</p><p>　　float fStepSignal1,fStepSignal2;</p><p>　　float f2PI;</p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　floa

21、t fIn[256],fOut[256];</p><p>　　int nIn,nOut;</p><p>　　main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　nIn=0; nOut=0;</p><p>　　f2PI=2*PI;</p><p

22、>　　fSignal1=0.0;</p><p>　　fSignal2=PI*0.1;</p><p>　　//fStepSignal1=2*PI/30;</p><p>　　//fStepSignal2=2*PI*1.4;</p><p>　　fStepSignal1=2*PI/50;</p><p>　　

23、fStepSignal2=2*PI/2.5;</p><p>　　while ( 1 )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　fInput=InputWave();</p><p>　　fIn[nIn]=fInput;</p><p>　　nIn++; nIn%=256;&

24、lt;/p><p>　　fOutput=IIR();</p><p>　　fOut[nOut]=fOutput;</p><p><b>　　nOut++;</b></p><p>　　if ( nOut>=256 )</p><p><b>　　{</b></p&g

25、t;<p>　　nOut=0;/* 請(qǐng)?jiān)诖司渖显O(shè)置軟件斷點(diǎn) */</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　float InputWave()</p&g

26、t;<p><b>　　{</b></p><p>　　for ( i=IIRNUMBER-1;i>0;i-- )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　fXn[i]=fXn[i-1];</p><p>　　fYn[i]=fYn[i-1];</p>

27、;<p><b>　　}</b></p><p>　　fXn[0]=sin(fSignal1)+cos(fSignal2)/6.0;</p><p>　　fYn[0]=0.0;</p><p>　　fSignal1+=fStepSignal1; </p><p>　　if ( fSignal1>=f2

28、PI )fSignal1-=f2PI;</p><p>　　fSignal2+=fStepSignal2;</p><p>　　if ( fSignal2>=f2PI )fSignal2-=f2PI;</p><p>　　return(fXn[0]);</p><p><b>　　}</b></p>

29、<p>　　float IIR()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　float fSum;</p><p><b>　　fSum=0.0;</b></p><p>　　for ( i=0;i<IIRNUMBER;i++ )</p><

30、;p><b>　　{</b></p><p>　　fSum+=(fXn[i]*fAn[i]);</p><p>　　fSum+=(fYn[i]*fBn[i]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(fSum);</p><p>&l

31、t;b>　　}</b></p><p>　　/*========================================*/</p><p><b>　　IIR:</b></p><p>　　ADDB SP,#4</p><p>　　MOVB AH,#0</p><

32、;p>　　MOVB AL,#0</p><p>　　MOVL *-SP[4],ACC</p><p>　　MOVW DP,#0xFE00</p><p>　　MOV @0,#0</p><p>　　MOV AL,@0</p><p>　　CMPB AL,#2</p&g

33、t;<p>　　SB L7,GEQ</p><p><b>　　L6:</b></p><p>　　SETC SXM</p><p>　　MOVL XAR4,#0x3F8016</p><p>　　MOV ACC,@0 << 1</p><p&g

34、t;　　ADDL @XAR4,ACC</p><p>　　MOVL ACC,*+XAR4[0]</p><p>　　MOVL *-SP[2],ACC</p><p>　　MOVL XAR4,#0x3F8012</p><p>　　MOV ACC,@0 << 1</p><p>

35、;　　ADDL @XAR4,ACC</p><p>　　MOVL ACC,*+XAR4[0]</p><p>　　LCR FS$$MPY</p><p>　　MOVL *-SP[2],ACC</p><p>　　MOVL ACC,*-SP[4]</p><p>　　LCR FS$

36、$ADD</p><p>　　MOVL *-SP[4],ACC</p><p>　　SETC SXM</p><p>　　MOVW DP,#0xFE00</p><p>　　MOV ACC,@0 << 1</p><p>　　MOVL XAR4,#0x3F801E</p

37、><p>　　ADDL @XAR4,ACC</p><p>　　MOVL ACC,*+XAR4[0]</p><p>　　MOVL XAR4,#0x3F801A</p><p>　　MOVL *-SP[2],ACC</p><p>　　MOV ACC,@0 << 1</p&

38、gt;<p>　　ADDL @XAR4,ACC</p><p>　　MOVL ACC,*+XAR4[0]</p><p>　　LCR FS$$MPY</p><p>　　MOVL *-SP[2],ACC</p><p>　　MOVL ACC,*-SP[4]</p><p>

39、　　LCR FS$$ADD</p><p>　　MOVL *-SP[4],ACC</p><p>　　MOVW DP,#0xFE00</p><p>　　INC @0</p><p>　　MOV AL,@0</p><p>　　CMPB AL,#2</p><

40、;p>　　SB L6,LT</p><p><b>　　L7:</b></p><p>　　MOVL ACC,*-SP[4]</p><p>　　SUBB SP,#4</p><p><b>　　LRETR </b></p><p>　　/*==

41、====================================</p><p>　　=======================================*/</p><p>　　二、IIR算法硬件實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　1．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備</b></p><p><b>　?、胚B接實(shí)驗(yàn)設(shè)

42、備。</b></p><p>　　⑵準(zhǔn)備信號(hào)源進(jìn)行AD輸入。</p><p>　?、偃〕?根實(shí)驗(yàn)箱附帶的信號(hào)線(如右圖，兩端均為單聲道語(yǔ)音插頭)。</p><p>　?、谟?根信號(hào)線連接實(shí)驗(yàn)箱左側(cè)信號(hào)源的波形輸出A端口和“A/D輸入”模塊的“ADCIN0”插座注意插頭要插牢、到底。這樣，信號(hào)源波形輸出A的輸出波形即可送到ICETEK-F2812A板的AD

43、輸入通道0。</p><p>　　③用1根信號(hào)線連接實(shí)驗(yàn)箱左側(cè)信號(hào)源的波形輸出B端口和“A/D輸入”模塊的“ADCIN1”插座注意插頭要插牢、到底。這樣，信號(hào)源波形輸出B的輸出波形即可送到ICETEK-F2812A板的AD輸入通道1。</p><p><b>　　④設(shè)置波形輸出A：</b></p><p>　　-向內(nèi)側(cè)按波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)

44、有正弦波的指示燈點(diǎn)亮。</p><p>　　-上下調(diào)節(jié)波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)有100-1KHz的指示燈點(diǎn)亮。</p><p>　　-調(diào)節(jié)幅值調(diào)整旋鈕，將波形輸出A的幅值調(diào)到適當(dāng)位置。</p><p><b>　?、菰O(shè)置波形輸出B：</b></p><p>　　-向內(nèi)側(cè)按波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)有正弦波的指示燈點(diǎn)亮。&l

45、t;/p><p>　　-上下調(diào)節(jié)波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)有1K-10KHz的指示燈點(diǎn)亮。</p><p>　　-調(diào)節(jié)幅值調(diào)整旋鈕，將波形輸出B的幅值調(diào)到適當(dāng)位置。</p><p>　　注意：由于模數(shù)輸入信號(hào)未經(jīng)任何轉(zhuǎn)換就進(jìn)入DSP，所以必須保證輸入的模擬信號(hào)的幅度在0-3V之間。必須用示波器檢測(cè)信號(hào)范圍，保證最小值0V最大值3 V，否則容易損壞DSP芯片的模數(shù)采集模塊。

46、</p><p>　　2．設(shè)置Code Composer Studio 2.21在硬件仿真(Emulator)方式下運(yùn)行</p><p>　　3．啟動(dòng)Code Composer Studio 2.21</p><p>　　選擇菜單Debug->Reset CPU。</p><p><b>　　4．打開工程文件</b>

47、;</p><p>　　工程目錄： D:\dsp\t7\mixerfir\mixerfir.pjt</p><p>　　5．編譯、下載程序，選擇菜單Debug->Go Main，使程序運(yùn)行到main函數(shù)入口位置。</p><p><b>　　6．觀察窗口</b></p><p>　　-打開源程序IIR.c，查看源代

48、碼。 </p><p>　　7．運(yùn)行程序觀察結(jié)果</p><p>　　按CTR控制板的K6鍵，實(shí)現(xiàn)濾波顯示，K7鍵實(shí)現(xiàn)混頻顯示，按K8實(shí)現(xiàn)鍵A、B兩信號(hào)源分屏顯示。</p><p>　　8．觀察動(dòng)態(tài)效果，調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出，觀察濾波器輸出</p><p>　　改變信號(hào)源輸入的波形、頻率參數(shù)，觀察動(dòng)態(tài)效果。</p><p>

49、<b>　　9．退出CCS</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　按CTR控制板的K6鍵，實(shí)現(xiàn)濾波顯示，K7鍵實(shí)現(xiàn)混頻顯示，按K8實(shí)現(xiàn)鍵A、B兩信號(hào)源分屏顯示。本實(shí)驗(yàn)是低通濾波，按K6鍵后將信號(hào)源B的波形濾掉</p><p><b>　　結(jié)果分析</b></p

50、><p>　　通過(guò)無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器（IIR）算法的硬件實(shí)現(xiàn)與軟件實(shí)現(xiàn)IIR算法相對(duì)比，所設(shè)計(jì)的IIR濾波器收到較好的效果，完成了設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　心得體會(huì)：</b></p><p>　　我在老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的指導(dǎo)下，順利地完成了關(guān)于DSP芯片TMS320F2812的八個(gè)實(shí)驗(yàn)，并從中收獲很多。王忠勇老師曾給我們講DSPs芯片及DS

51、P系統(tǒng)與信息類專業(yè)的一些課程有許多聯(lián)系，以及DSP本身的許多特點(diǎn)。但是并不能理解老師所講的內(nèi)容，感覺(jué)很抽象，不知道從何處入手，但隨著課程學(xué)習(xí)逐漸接近尾聲，與此同時(shí)開始的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，自己才逐漸深入全面的了解DSP，理論水平得到了一定程度的提高，但同時(shí)也處在一些問(wèn)題。</p><p>　　DSP設(shè)計(jì)涉及到多門課程的相關(guān)知識(shí)，這需要我們?cè)谡n程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，經(jīng)?；仡櫼恍┗A(chǔ)理論知識(shí)，經(jīng)過(guò)認(rèn)真思考與分析，達(dá)到解決問(wèn)題的目的。

52、在這個(gè)過(guò)程中，我不僅復(fù)習(xí)了以前的一些知識(shí)，并且通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有了更深層次的認(rèn)識(shí)。從課前復(fù)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、原理到課題論文的完成，我收獲了很多，學(xué)到了很多，受益匪淺。在這個(gè)過(guò)程中，我復(fù)習(xí)了數(shù)字濾波器的原理和設(shè)計(jì)方法，對(duì)DSP編程有了更深的認(rèn)識(shí)和掌握了一定的編程能力。 </p><p>　　團(tuán)結(jié)是成功的基石。在這幾次的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神得以充分的體現(xiàn)。當(dāng)遇到困難的時(shí)候，同學(xué)與同學(xué)之間，同學(xué)與