dsp課程設(shè)計(jì)--基于dsp開(kāi)發(fā)板的語(yǔ)言信號(hào)濾波處理

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及其應(yīng)用，目前正以驚人的速度向前發(fā)展著。隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和數(shù)字部件的成本下降、體積縮小及運(yùn)算速度提高，數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用日益廣泛。目前已制成多種專(zhuān)用數(shù)字濾波器，取樣率可高達(dá)兆赫。高速專(zhuān)用快速傅里葉變換處理機(jī)已有商品出售。簡(jiǎn)單的數(shù)字濾波器已制成集成電路片。目前幾乎所有的語(yǔ)音帶寬壓縮系統(tǒng)都傾于全數(shù)字化，因?yàn)?/p>

2、目前它是最實(shí)際可行的方法。除了專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理硬件有所發(fā)展之外，還出現(xiàn)了可編程序的數(shù)字信號(hào)處理專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)的構(gòu)造特別適于解決數(shù)字信號(hào)處理問(wèn)題。它目前應(yīng)用于實(shí)時(shí)信號(hào)處理以及設(shè)計(jì)、模擬專(zhuān)用數(shù)字硬件。</p><p>　　在計(jì)算量相等的情況下IIR 數(shù)字濾波器比FIR濾波器的幅頻特性?xún)?yōu)越，頻率選擇性也好，但是它有著致命的缺點(diǎn)相位特性不好控制，它的相位特性 是的非線性函數(shù)。例如雙線性變換法產(chǎn)生的IIR 濾波器模

3、擬指標(biāo)的頻率與數(shù)字化指標(biāo)的頻率轉(zhuǎn)換關(guān)系是 ，這是使頻率產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性的原因，這種W與w的非線性關(guān)系，使數(shù)字濾波器與模擬濾波器在響應(yīng)與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系上發(fā)生了畸變，如果需要線性相位，就必須用全通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行復(fù)雜的相位校正但是，在對(duì)程序運(yùn)行周期數(shù)要求十分嚴(yán)格的DSP處理中加上一個(gè)全通均衡器是十分浪費(fèi)資源的，另外即使加上全通均衡器 對(duì)于因果的IIR 濾波器 仍將得不到線性的相位。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中如圖像處理數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中都越來(lái)越多的要求信

4、道具有線性的相位特性在這方面FIR濾波器具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，它可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí)保證精確嚴(yán)格的線性相位。</p><p>　　本文主要介紹了利用DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的設(shè)計(jì)，根據(jù)FIR濾波器設(shè)計(jì)的要求，本設(shè)計(jì)以CCS為開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案來(lái)完成設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)介紹了硬件電路和軟件設(shè)計(jì)的方法，硬件方面介紹了SEED-DEC2812開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)箱，軟件設(shè)計(jì)方面包括了程序各模塊的流程圖和源程序代碼，還詳細(xì)介

5、紹了CCS為開(kāi)發(fā)環(huán)境，并詳細(xì)介紹了仿真的步驟。</p><p>　　關(guān)鍵詞:MATLAB DSP FIR 數(shù)字濾波器</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)的目的要求和功能實(shí)現(xiàn)3</p><

6、p><b>　　1.1目的要求3</b></p><p><b>　　1.2功能實(shí)現(xiàn)3</b></p><p>　　2.系統(tǒng)參數(shù)和總體設(shè)計(jì)方案3</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)參數(shù)3</b></p><p>　　2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案流程圖4</p

7、><p>　　3. DSP及其開(kāi)發(fā)環(huán)境4</p><p>　　3.1 DSP系統(tǒng)的構(gòu)成4</p><p>　　3.2　DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)過(guò)程4</p><p>　　3.3 CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境5</p><p>　　4.數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理和方案對(duì)比5</p><p>　　4.1 IIR濾波

8、器5</p><p>　　4.2 FIR濾波器6</p><p>　　4.3 FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)6</p><p>　　4.4總體設(shè)計(jì)步驟9</p><p>　　4.5利用Matlab求出系數(shù)9</p><p>　　5.FIR濾波器的軟件設(shè)計(jì)及其調(diào)試9</p><p>　　5.1

9、根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)的設(shè)計(jì)參數(shù)確定濾波器的系數(shù)9</p><p>　　5.2 匯編源程序10</p><p>　　5.3 匯編源程序的連接命令文件11</p><p>　　6 .FIR濾波器的檢驗(yàn)11</p><p>　　6.1利用matlab導(dǎo)出“indata.dat”文件11</p><p>　　6.2 FIR濾

10、波器檢驗(yàn)的驗(yàn)證過(guò)程12</p><p>　　7.硬件部分簡(jiǎn)介16</p><p>　　8.遇到問(wèn)題和解決方法18</p><p><b>　　9.心得體會(huì)18</b></p><p>　　10.參考文獻(xiàn)19</p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)的目的要求和功能實(shí)現(xiàn)</p>&l

11、t;p><b>　　1.1目的要求</b></p><p>　　通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)DSP芯片TMS320C54x的結(jié)構(gòu)、工作原理的理解，獲得DSP應(yīng)用技術(shù)的實(shí)際訓(xùn)練，掌握設(shè)計(jì)較復(fù)雜DSP系統(tǒng)的基本方法。通過(guò)使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)具有完整功能的圖形處理程序或信息系統(tǒng)，使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，進(jìn)一步鞏固匯編語(yǔ)言講法規(guī)則。學(xué)會(huì)編制結(jié)構(gòu)清晰、風(fēng)格良好、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)膮R編語(yǔ)言程序，從而具備解決綜

12、合性實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p>　　通過(guò)使用Matlab設(shè)計(jì)相應(yīng)的FIR低通數(shù)字濾波器，得到濾波器H(z)的系數(shù)，然后根據(jù)這些系數(shù)，編寫(xiě)關(guān)于DSP的匯編程序。在CCS軟件上對(duì)已采集信號(hào)進(jìn)行處理，最后濾除高頻信號(hào)，輸出我們需要的低頻語(yǔ)音信號(hào)。效果本文采取比較濾波前后信號(hào)的頻譜圖。</p><p><b>　　1.2功能實(shí)現(xiàn)</b></p><p

13、>　　1.2.1設(shè)計(jì)濾波器。參數(shù)指標(biāo)：根據(jù)被處理對(duì)象設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)。</p><p>　　1.2.2用匯編語(yǔ)言在TMSc54xx編程實(shí)現(xiàn)符合要求的濾波器。</p><p>　　1.2.3通過(guò)開(kāi)發(fā)板上的語(yǔ)音采集模塊輸入待處理語(yǔ)音信號(hào)(簡(jiǎn)單介紹)。</p><p>　　1.2.4濾除語(yǔ)音信號(hào)中的高頻噪聲。</p><p>　　1.2.5

14、顯示濾波器的頻譜。</p><p>　　1.2.6通過(guò)開(kāi)發(fā)板上的語(yǔ)音模塊播放處理后的語(yǔ)音信號(hào)（簡(jiǎn)單介紹）。</p><p>　　2.系統(tǒng)參數(shù)和總體設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)參數(shù)</b></p><p>　　一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，總存在各種干擾。數(shù)字濾波器在語(yǔ)音信號(hào)處理、信號(hào)頻譜估計(jì)、信號(hào)去噪、無(wú)線通

15、信中的數(shù)字變頻以及圖像信號(hào)等各種信號(hào)處理中都有廣泛的應(yīng)用，數(shù)字濾波器也是使用最為廣泛的信號(hào)處理算法之一。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，使用MATLAB模擬產(chǎn)生合成信號(hào)，然后利用CCS進(jìn)行濾波。設(shè)定模擬信號(hào)的采樣頻率為8000Hz，。設(shè)計(jì)一個(gè)FIR低通濾波器，其參數(shù)為：</p><p>　　濾波器名稱(chēng)： FIR低通濾波器</p><p>　　采樣頻率

16、： Fs=8000Hz</p><p>　　通帶/阻帶截止頻率： 2000Hz～2500Hz</p><p>　　通帶最大衰減： 0.5dB</p><p>　　阻帶最少衰減： 50dB</p><p>　　濾波器級(jí)數(shù)： N=25</p><p>　　濾波器系

17、數(shù)： 由MATLAB根據(jù)前述參數(shù)求得。</p><p>　　2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案流程圖</p><p>　　3. DSP及其開(kāi)發(fā)環(huán)境</p><p>　　3.1 DSP系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　一個(gè)典型的 DSP 系統(tǒng)如圖2示。</p><p>　　圖2 典型的DSP系統(tǒng)</p>

18、<p>　　圖2是一個(gè)用DSP做信號(hào)處理的典型框圖。由于DSP是用來(lái)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的，所以首先必須將輸入的模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　3.2 DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)過(guò)程　</p><p>　　由于數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號(hào)處理理論為基礎(chǔ)，所以具有數(shù)字信號(hào)處理的全部?jī)?yōu)點(diǎn)：接口方便；編程方便；具有高速性；穩(wěn)定性好；精度高；可重復(fù)性好；集成方便等等，同時(shí)也存在一

19、定的缺點(diǎn) </p><p>　　一般來(lái)說(shuō)DSP的設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)流程，如圖3示。</p><p>　　圖3 DSP基本設(shè)計(jì)流程</p><p>　　3.3 CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境</p><p>　　CCS 全稱(chēng)是 Code Composer Studio 它提供了基本的代碼生成工具，具有一定的調(diào)試、分析能力，在CCS下的程序開(kāi)發(fā)過(guò)程如圖4示

20、。</p><p><b>　　圖4 程序開(kāi)發(fā)過(guò)程</b></p><p><b>　　CCS 包括：</b></p><p>　　1、CCS代碼生成工具</p><p>　　2、CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE</p><p>　　3、DSP/BIOS插件程序和API RTDX插件

21、，主機(jī)接口和API等。</p><p>　　4. 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理和方案對(duì)比</p><p>　　4.1 IIR濾波器</p><p>　　無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)系統(tǒng)IIR（Infinite Impulse Response）中，用有理分式表示的系統(tǒng)函數(shù)來(lái)逼近所需要的頻率響應(yīng)，即其單位沖激響應(yīng)h(n)是無(wú)限長(zhǎng)的。IIR濾波器由于吸收了模擬濾波器的結(jié)果，有大量的圖表可查，

22、可以方便、簡(jiǎn)單、有效地完成設(shè)計(jì)，效果很好，但是其相位特性不好控制，必須用全通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行復(fù)雜的相位較正，才能實(shí)現(xiàn)線性相位特性的要求。</p><p>　　4.2 FIR濾波器</p><p>　　有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)系統(tǒng)FIR（Finite Impulse Response）中，用一個(gè)有理多項(xiàng)式表示的系統(tǒng)函數(shù)去逼近所需要的頻率響應(yīng)，即其單位沖激響應(yīng)h(n)在有限個(gè)n值處不為零。FIR濾波器可在幅度特

23、性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí)，保證精確、嚴(yán)格的線性相位特性。這在要求相位線性信道的現(xiàn)代電子系統(tǒng)，如圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中，是具有很大吸引力的。而且，其單位沖激響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，不存在不穩(wěn)定的因素，并且可用因果系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4.3 FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　數(shù)字濾波是將輸入的信號(hào)序列，按規(guī)定的算法進(jìn)行處理，從而得到所期望的輸出序列。一個(gè)線性位移不變系統(tǒng)的輸

24、出序列y(n)和輸入x(n)之間的關(guān)系，應(yīng)滿足常系數(shù)線性差分方程，見(jiàn)公式4.1，</p><p><b>　　（4.3.1）</b></p><p>　　其中，x(n)為輸入序列，y(n)為輸出序列，為濾波器系數(shù)，N是濾波器的階數(shù)。若上式中所有的均為零，則有FIR濾波器的差分方程為：</p><p><b>　?。?.3.2）<

25、/b></p><p>　　對(duì)上式進(jìn)行Z變換得到FIR濾波器的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　（4.3.3）</b></p><p>　　由上式可以看出，H(z)是的N-1次多項(xiàng)式，它在z平面內(nèi)有N-1個(gè)零點(diǎn)，同時(shí)在原點(diǎn)處有N-1個(gè)重極點(diǎn)。N階濾波器通常采用N個(gè)延遲單元、N個(gè)加法器與N+1個(gè)乘法器，取圖5 中(a)、(b)兩種結(jié)

26、構(gòu)。</p><p>　　圖5 FIR濾波器的一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　通常FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法主要有三種：窗函數(shù)法、頻率抽樣法和切比雪夫等波紋逼近法。其中窗函數(shù)法可以應(yīng)用比較現(xiàn)成的窗函數(shù)，因而設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合使用方便靈活。</p><p>　　4.3.1 窗函數(shù)法</p><p>　　窗函數(shù)法也稱(chēng)為傅立葉級(jí)數(shù)法。理想的

27、數(shù)字濾波器頻率特性 是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的， FIR的設(shè)計(jì)就是要尋找一個(gè)可以得到的頻率特性 = 來(lái)逼近 ，這相當(dāng)于用一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的單位脈沖響應(yīng) h(n)去逼近一個(gè)理想單位脈沖響應(yīng) 。 可由理想頻率特性 通過(guò)傅氏反變換得到</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，這樣得到的理想單位脈沖響應(yīng)序列 是個(gè)無(wú)限長(zhǎng)序列，因而是非因果的。設(shè)有一個(gè)截止頻率為 的理想線性相位低通，延時(shí)為τ，其頻率特性是：</p><p>&l

28、t;b>　　得到：</b></p><p>　　這是一個(gè)以ｎ＝τ為中心偶對(duì)稱(chēng)的無(wú)限長(zhǎng)非因果序列，要想用一個(gè)有限長(zhǎng)的因果序列去逼近它，最簡(jiǎn)單的方法是截取ｎ從0到N-1的一段來(lái)表示它，即 h(n)= ；其他N：h(n)=0。</p><p>　　同時(shí)，為了保證線性相位，還要滿足偶對(duì)稱(chēng)h(n)=h(N-1-n)。這就好像通過(guò)一個(gè)窗口觀看到的一段 ，因此h(n)就表示成和一

29、個(gè)窗口函數(shù)的乘積，這樣對(duì)h(n)的求解就變?yōu)閔(n)＝ * ，這里的就稱(chēng)為窗口函數(shù), 既然一個(gè)頻域上的標(biāo)準(zhǔn)的矩形窗口對(duì)應(yīng)于時(shí)域是一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)的序列, 那么在時(shí)域上截取一段勢(shì)必造成頻域的矩形窗口的失真。結(jié)果就是截取出的信號(hào)也相應(yīng)失真，為了補(bǔ)償這種失真，只有改變?cè)瓉?lái)窗口的形狀，修正經(jīng)過(guò)時(shí)域截取后的窗口失真。</p><p>　　窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法的基本步驟是：</p><p>　　(1) 把展成FS

30、，得；</p><p>　　(2) 對(duì)自然截短到所需的長(zhǎng)度，如2M+1；</p><p>　　(3) 將截短后的右移M個(gè)采樣間隔，得h(n)；</p><p>　　(4) 將h(n)乘以合適的窗口，即得所要濾波器的沖擊響應(yīng)，窗函數(shù)以n=M對(duì)稱(chēng)。利用所求得的單位抽樣響應(yīng)，即可用硬件構(gòu)成濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)H(z)，也可利用h(n)在計(jì)算機(jī)上用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波。</p&

31、gt;<p>　　4.3.2 頻率抽樣法　</p><p>　　窗函數(shù)法是從時(shí)域出發(fā)，用窗函數(shù)截取理想的得到h(n)，以此有限長(zhǎng)的h(n)近似，這樣得到的頻率響應(yīng)逼近于理想的頻響。頻率抽樣法是從頻率出發(fā)， 將給定的理想頻響加以等間隔抽樣。</p><p>　　然后以此作為FIR濾波器的頻率響應(yīng)抽樣值H(k)，再根據(jù)DFT（離散付氏變換）定義由頻域這N個(gè)抽樣值來(lái)唯一確定一個(gè)有限

32、長(zhǎng)序列h(n)，同樣也可以算出FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)及頻率響應(yīng)，可以推出頻率響應(yīng)是頻率抽樣值H(k)與線性相位因子及如下內(nèi)插函數(shù)S(ω, k) 的線性組合。　</p><p>　　所以，在各頻率取樣點(diǎn)上，實(shí)際濾波器的頻響是嚴(yán)格地和所要求的濾波器的頻響一致的，逼近誤差為零，但在抽樣點(diǎn)之間的頻響是各取樣點(diǎn)的內(nèi)插函數(shù)的延伸疊加而成，有一定的逼近誤差，誤差大小取決于頻率響應(yīng)曲線的圓滑程度和抽樣點(diǎn)的密度 為了減少誤

33、差 就要增加抽樣點(diǎn)數(shù)目即增大采樣頻率，抽樣點(diǎn)之間的理想頻率特性變化越陡，則逼近誤差越大，在理想頻率特性的不連續(xù)點(diǎn)附近會(huì)產(chǎn)生肩峰和紋波。頻率抽樣法的優(yōu)點(diǎn)是可以直接在頻域設(shè)計(jì)，適于利用最優(yōu)化方法，而且這種方法特別適用于窄帶選頻濾波器， 但頻率抽樣法的抽樣頻率只能是2π/ N 的整數(shù)倍或2π/ N 的整數(shù)倍加上π/ N不能保證截止頻率ωc的準(zhǔn)確取值，要實(shí)現(xiàn)精確的ωc就必須取N大，相應(yīng)的計(jì)算量也大。此外，它的阻帶最大衰減一般，也只有30-50d

34、B左右，很難滿足頻域特性要求較高的場(chǎng)合。 　</p><p>　　4.3.3 Chebyshev逼近法</p><p>　　窗函數(shù)法和頻率采樣法設(shè)計(jì)出的濾波器的頻率特性都是在不同意義上對(duì)所給理想頻率特性的逼近。由數(shù)值逼近理論可知，對(duì)某個(gè)函數(shù)f(x)的逼近一般有以下三種方法：</p><p>　　插值法(Interpolating Way)</p>&l

35、t;p>　　最小平方逼近法(Least Square Approaching Way)</p><p>　　一致逼近法(Consistent Approaching Way)</p><p>　　切比雪夫最佳一致逼近的基本思想是，對(duì)于給定區(qū)間[a，b]上的連續(xù)函數(shù)，在所有n次多項(xiàng)式的集合中，尋找一個(gè)多項(xiàng)式 p (x)，使它在[a，b]上對(duì)的偏差和其它一切屬于的多項(xiàng)式 p(x)對(duì)f(x

36、)的偏差相比是最小的，即</p><p>　　切比雪夫逼近理論，這樣的多項(xiàng)式是存在的，且是唯一的，并指出了構(gòu)造這種最佳一致逼近多項(xiàng)式的方法，就是有名的“交錯(cuò)點(diǎn)組定理”。</p><p>　　切比雪夫逼近理論解決了p(x)的存在性、唯一性和如何構(gòu)造等問(wèn)題。J.H.McClellan、T.W.Parks、L.R.Rabiner 等人應(yīng)用切比雪夫逼近理論提出了一種設(shè)計(jì)FIR濾波器的計(jì)算機(jī)輔助算法

37、。這種算法由于是在一致意義上對(duì)作最佳逼近，因而獲得了較好的通帶和阻帶性能，并能準(zhǔn)確地指定通帶和阻帶的邊緣。但它的效率依賴(lài)于初始極值頻率點(diǎn)的估計(jì)，且通帶和阻帶內(nèi)波紋數(shù)較多，這是Chebyshev方法的兩個(gè)主要缺點(diǎn)。</p><p><b>　　4.4總體設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　利用MATLAB來(lái)確定FIR濾波器的參數(shù)；</p><p&g

38、t;　　啟動(dòng)CCS，在CCS中建立一個(gè)C源文件和一個(gè)命令文件，并將這兩個(gè)文件添加到工程再編譯并裝載程序；</p><p>　　3、設(shè)置波形時(shí)域觀察窗口，得到濾波前后的波形變化圖；</p><p>　　4、設(shè)置頻域觀察窗口，得到濾波前后的頻譜變化圖。</p><p>　　4.5利用Matlab求出系數(shù)</p><p>　　在matlab的Com

39、mand Window輸入以下語(yǔ)句：</p><p>　　c=fir1(25,0.5)</p><p>　　按回車(chē)鍵后即可出現(xiàn)系數(shù)</p><p>　　5.FIR濾波器的軟件設(shè)計(jì)及其調(diào)試</p><p>　　5.1根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)的設(shè)計(jì)參數(shù)確定濾波器的系數(shù)</p><p>　　利用MATLAB求得的系數(shù)為</p>

40、;<p><b>　　c =</b></p><p>　　Columns 1 through 9 </p><p>　　0.0014 -0.0018 -0.0029 0.0048 0.0078 -0.0119 -0.0177 0.0256 0.0368</p><p>　　Columns 1

41、0 through 18 </p><p>　　-0.0536 -0.0821 0.1452 0.4484 0.4484 0.1452 -0.0821 -0.0536 0.0368</p><p>　　Columns 19 through 26 </p><p>　　0.0256 -0.0177 -0.0119

42、 0.0078 0.0048 -0.0029 -0.0018 0.00144</p><p><b>　　5.2 匯編源程序</b></p><p>　　采用循環(huán)緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的源程序如下：</p><p>　　.title "FIR.ASM"</p><p><

43、b>　　.mmregs</b></p><p>　　.def start</p><p>　　.bss yn,1</p><p>　　xn .usect "xn",25</p><p>　　hn .usect "hn",25</p><p

44、>　　indata .usect "indata",1024</p><p>　　outdata .usect "outdata",1024</p><p><b>　　.data</b></p><p>　　fir_coff: </p><p>　　.word 1

45、4*32768/10000,-18*32768/10000</p><p>　　.word -29*32768/10000,48*32768/10000</p><p>　　.word 78*32768/10000,-119*32768/10000</p><p>　　.word -177*32768/10000,256*32768/10000</p&g

46、t;<p>　　.word 368*32768/10000,-536*32768/10000</p><p>　　.word -821*32768/10000,1452*32768/10000</p><p>　　.word 4484*32768/10000,4484*32768/10000</p><p>　　.word 1452*32768

47、/10000,-821*32768/10000</p><p>　　.word -536*32768/10000,368*32768/10000</p><p>　　.word 256*32768/10000,-177*32768/10000</p><p>　　.word -119*32768/10000,78*32768/10000</p>

48、<p>　　.word 48*32768/10000,-29*32768/10000</p><p>　　.word -18*32768/10000,14*32768/10000</p><p><b>　　.text</b></p><p><b>　　start: </b></p>&l

49、t;p>　　ssbx frct ;使用小數(shù)運(yùn)算 </p><p>　　stm #hn,ar1 ;系數(shù)首地址 </p><p>　　rpt #39 ;將系數(shù)移入循</p><p>　　mvpd fir_coff,*ar1+ ;環(huán)緩沖區(qū) </p><

50、p>　　stm #-1,ar0</p><p>　　stm #outdata,ar5</p><p>　　stm #indata,ar4</p><p>　　stm #xn+39,ar2</p><p>　　rpt #39 ;將輸入數(shù)據(jù)移入 </p><p>　　mvd

51、d *ar4+,*ar2+0% ;循環(huán)緩沖區(qū)</p><p>　　stm #xn+39,ar2 ;指向第一個(gè)輸入</p><p>　　stm #hn+39,ar3</p><p>　　stm #40,bk ;緩沖區(qū)大小40</p><p>　　stm #1024,brc ;塊重復(fù)1024次</

52、p><p>　　stm #-1,ar0</p><p>　　rptb loop-1 ;塊程序重復(fù)大小</p><p>　　rptz a,#39 ;計(jì)算一個(gè)輸出</p><p>　　mac *ar2+0%,*ar3+0%,a</p><p>　　sth a,*(yn)

53、 ;保存輸出</p><p>　　mvkd *(yn),*ar5+</p><p>　　mvdd *ar4+,*ar2+0% ;讀進(jìn)一個(gè)輸入</p><p>　　loop: nop</p><p>　　b loop</p><p>　　.end </p>

54、<p>　　5.3 匯編源程序的連接命令文件</p><p>　　在TMS320VC5402DSP的硬件系統(tǒng)中，用戶(hù)可使用的程序存儲(chǔ)空間：片內(nèi)0080H~3FFFH,片外48000H~4FFFFH;用戶(hù)可使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)0080H~3FFFFH,片外4000H~7FFFH?；赥MS320VC5402的資源配置，F(xiàn)IR濾波器源程序的連接命令文件如下：</p><p>&l

55、t;b>　　MEMORY</b></p><p>　　{ PAGE 0:</p><p>　　PARAM: org=1000h len=1000h</p><p><b>　　PAGE 1:</b></p><p>　　SPRAM org=2060h len=0020h </

56、p><p>　　DARAM: org=2080h len=9f380h </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　SECTIONS</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　.text :

57、> PARAM PAGE 0</p><p>　　.data :> PARAM PAGE 0</p><p>　　.bss :> SPRAM PAGE 1</p><p>　　xn : align (64) {} > DARAM PAGE 1</p><p>　　h

58、n : align (64) {} > DARAM PAGE 1 </p><p>　　indata :> DARAM PAGE 1</p><p>　　outdata :> DARAM PAGE 1 </p><p><b>　　}</b></p><p>　　

59、6 .FIR濾波器的檢驗(yàn) </p><p>　　6.1 利用matlab導(dǎo)出“indata.dat”文件</p><p>　　在matlab中輸入下面的程序便可以導(dǎo)出“indata.dat”文件：</p><p>　　f12=1000; %/Hz </p><p>　　f13=16000; %/Hz </p><p

60、>　　fs=40000; %/采樣 Hz </p><p>　　N=1000; %數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)</p><p>　　T=1/fs; %采樣周期</p><p><b>　　n=0:N; </b></p><p>　　x12=0.7*sin(2*pi*f12*n*T); </p><

61、;p>　　x13=0.5*sin(2*pi*f13*n*T); </p><p>　　x_base=( x12+x13); </p><p><b>　　%待濾波信號(hào)波形</b></p><p>　　figure(1) </p><p>　　plot(x_base) </p><p><

62、;b>　　%待濾波信號(hào)頻譜</b></p><p>　　figure(2) </p><p>　　yff=abs(fft(x_base)) </p><p>　　df=n*(fs/N) </p><p>　　plot(df,yff) </p><p>　　xout=x_base/max(x_base)

63、;%歸一化</p><p>　　xto_ccs=round(32767*xout) </p><p>　　fid=fopen('input.dat','w');%打開(kāi)文件</p><p>　　fprintf(fid,'1651 1 0 0 0\n');%輸出文件頭</p><p>　　fprin

64、tf(fid,'%d\n',xto_ccs);%輸出</p><p>　　fclose(fid);</p><p>　　6.2 FIR濾波器檢驗(yàn)的驗(yàn)證過(guò)程</p><p>　　1）進(jìn)入CCS，編譯原文件，生成*.out文件</p><p>　　2）選擇File→Load Program→打開(kāi)D\lab\Debug\fir.o

65、ut</p><p>　　3) 選擇File→Data→Load，在彈出的對(duì)話框中選擇本實(shí)驗(yàn)文件夾下的indata.dat 文件并打開(kāi)，在彈出的對(duì)話框中輸入起始地址indata和長(zhǎng)度1024</p><p>　　4)輸入完后點(diǎn)擊OK，然后選擇Debug →Run </p><p>　　5)選擇View→Graph→Time/Frequency，通過(guò)設(shè)置Graph P

66、roperty Dialog可以查看輸入與輸出的時(shí)域與頻域波形,設(shè)置的參數(shù)和波形截圖如下所示：</p><p>　　濾波前的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域Graph Property Dialog設(shè)置及時(shí)域波形圖分別如圖6、7所示：</p><p>　　圖6 濾波前語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域Graph Property Dialog設(shè)置參數(shù)圖</p><p>　　圖7 濾波前語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波

67、形圖</p><p>　　濾波前的語(yǔ)音信號(hào)的頻域Graph Property Dialog設(shè)置及頻域波形圖分別如圖8、9所示：</p><p>　　圖8 濾波前語(yǔ)音信號(hào)的頻域Graph Property Dialog設(shè)置參數(shù)圖</p><p>　　圖9 濾波前語(yǔ)音信號(hào)的頻域波形圖</p><p>　　濾波后的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域Graph Pro

68、perty Dialog設(shè)置及時(shí)域波形圖分別如圖10、11所示：</p><p>　　圖10 濾波后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域Graph Property Dialog設(shè)置參數(shù)圖</p><p>　　圖11 濾波后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖</p><p>　　濾波后的語(yǔ)音信號(hào)的頻域Graph Property Dialog設(shè)置及頻域波形圖分別如圖12、13所示：</p>

69、;<p>　　圖 12 濾波后語(yǔ)音信號(hào)的頻域Graph Property Dialog設(shè)置參數(shù)圖</p><p>　　圖13 濾波后語(yǔ)音信號(hào)的頻域波形圖</p><p>　　結(jié)論：比較濾波前和濾波后的語(yǔ)音信號(hào)的頻域的波形圖可以明顯看到高頻的噪聲已經(jīng)被濾除掉了，證明本組設(shè)計(jì)的數(shù)字FIR濾波器是合理的，它能對(duì)所采集的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行高效濾波，得到穩(wěn)定的語(yǔ)音信號(hào)，濾波效果良好。<

70、/p><p><b>　　7.硬件部分簡(jiǎn)介</b></p><p>　　DSP 的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個(gè)方面。其中硬件包括一套DSK開(kāi)發(fā)板和仿真器。 DSP的開(kāi)發(fā)主要是圍繞著這兩方面進(jìn)行的。</p><p><b>　　7.1 DSK簡(jiǎn)介</b></p><p>　　DSK 的全稱(chēng)是DSP Star

71、ter Kit，即DSP初學(xué)者套件。DSK為用戶(hù)提供了一個(gè)開(kāi)發(fā) DSP 的方便的平臺(tái)。由于DSK板上提供了基本的硬件支持，結(jié)合適當(dāng)?shù)能浖_(kāi)發(fā)工具，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)工作，縮短了開(kāi)發(fā)周期，在 DSK 板上主要包括如下資源：</p><p>　　100 MHz VC5402 DSP芯片</p><p>　　64K字外部擴(kuò)展的SRAM 64K*16</p><p>　　256K字

72、的FLASH存儲(chǔ)器256K*16</p><p><b>　　7.2 仿真器</b></p><p>　　仿真器JTAG測(cè)試總線控制器SN74ACT8990 JTAG TBC 及與主機(jī)相連接的并行接口模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 TI TLC320AD50 A/D converter兩個(gè)</p><p><b>　　電話接口(DAA)</b&g

73、t;</p><p><b>　　麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器接口</b></p><p><b>　　并行口</b></p><p><b>　　RS-232串行口</b></p><p><b>　　擴(kuò)展子板接口</b></p><p>　　

74、LED*4 其中三個(gè)可供程序運(yùn)行時(shí)點(diǎn)亮提示 　</p><p>　　DSK板上提供的豐富的硬件資源，使得開(kāi)發(fā)過(guò)程中硬件方面可以節(jié)省大量的工作。DSK板上提供了一個(gè)八位跳線開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)它申請(qǐng)外部中斷，實(shí)現(xiàn)不同的功能。另外，板上還提供了諸如14 針的外部 JTAG 接頭，10針的CPLD的JTAG接頭，25針的符合IEEE-1284的為JTAG/HPI接入提供的并口等外部接口，通過(guò)JTAG接頭可以與計(jì)算機(jī)內(nèi)運(yùn)行的C

75、CS Code Composer Studio進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換RTDX提高編程調(diào)試的效率 通過(guò)JTAG接頭與主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的過(guò)程可見(jiàn)圖14示。</p><p>　　圖14 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的過(guò)程</p><p>　　JTAG接口符合IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)邊界掃描邏輯測(cè)試技術(shù)規(guī)范，這一技術(shù)規(guī)范是80 年代由聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組JTAG Joint Test Action Group開(kāi)發(fā)的，

76、這個(gè)邊界掃描測(cè)試BST結(jié)構(gòu)提供了有效的測(cè)試，引線間隔致密的電路板上零部件的能力，通過(guò) BST 結(jié)構(gòu)測(cè)試引腳連結(jié)而不必使用物理測(cè)試探針，可以在器件正常工作時(shí)，獲功能數(shù)據(jù)。器件的邊界掃描單元能夠迫使邏輯追蹤引腳信號(hào)或是從引腳或器件核心邏輯信號(hào)中捕獲數(shù)據(jù)，強(qiáng)行加入的測(cè)試數(shù)據(jù)串行移入邊界掃描單元 捕獲的數(shù)據(jù)串行移出并在器件外部同預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行比較。通過(guò)擴(kuò)展可以將多個(gè)器件連成菊花鏈，一次進(jìn)行統(tǒng)一的輸入與讀出操作。</p><p

77、>　　TI 提供的增強(qiáng)型JTAG連接，是一種可與任意DSP系統(tǒng)相連的低侵?jǐn)_式的連接，使得CCS 能夠控制程序的執(zhí)行，實(shí)時(shí)監(jiān)視程序運(yùn)行。通過(guò)主機(jī)和DSP APIs提供主機(jī)和DSP之間的雙向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)交換，能夠使開(kāi)發(fā)者實(shí)時(shí)連續(xù)的觀察到DSP應(yīng)用的實(shí)際工作方式，仿真接口提供主機(jī)一側(cè)的JTAG連接，如TI XSD510。</p><p>　　8.遇到問(wèn)題和解決方法</p><p>　　在調(diào)試過(guò)

78、程中曾遇到許多的問(wèn)題，具體總結(jié)如下：</p><p>　?。?）采集的語(yǔ)音信號(hào)中高頻噪音不很明顯，使得最后不能較好的觀察到濾波器的性能。</p><p>　　解決的方法是:利用matlab產(chǎn)生一個(gè)6khz的高頻信號(hào)與原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)相加，這時(shí)可以明顯的聽(tīng)到語(yǔ)音信號(hào)中同時(shí)伴隨著刺耳的高頻噪音。</p><p>　?。?）在選擇濾波器的參數(shù)時(shí),對(duì)具體的音頻信息沒(méi)有整體的了

79、解，使得最后FIR濾波器不能達(dá)到很好的濾波效果。解決的方法是，首先對(duì)音頻信息進(jìn)行采集，加上高頻噪聲后，再整體的觀察語(yǔ)音信號(hào)的波形、頻譜，對(duì)高頻段進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)滿足要求的濾波器。</p><p>　?。?）在ccs調(diào)試過(guò)程中，導(dǎo)入indata.dat文件沒(méi)有完全體現(xiàn)在波形圖和頻譜圖上。解決的方法是,經(jīng)過(guò)仔細(xì)的推敲，原因是導(dǎo)入時(shí)沒(méi)有正確的設(shè)定數(shù)據(jù)的起始地址，再重新設(shè)定地址為0x00E5和長(zhǎng)度為256后，正確的顯示出了

80、對(duì)應(yīng)的波形圖和頻譜圖。</p><p>　?。?）在編寫(xiě)ccs程序時(shí)，沒(méi)有正確的設(shè)定緩沖區(qū)長(zhǎng)度，引起了對(duì)濾波器性能的誤判斷。解決方法是，重新設(shè)定緩沖區(qū)的長(zhǎng)度為40。</p><p><b>　　9.心得體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我了解了數(shù)字濾波是信號(hào)處理技術(shù)中的重要部分，研究了數(shù)字濾波器的基本理論知識(shí)以及它實(shí)現(xiàn)方法。

81、學(xué)習(xí)了數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)理論，掌握了各種數(shù)字濾波器的原理和特性。并且復(fù)習(xí)了MATLAB的相關(guān)知識(shí)，并且利用MATLAB與CCS設(shè)計(jì)了低通濾波器以及高通濾波器，還研究了如何在定點(diǎn)DSP中實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的算法，學(xué)到了16位定點(diǎn)DSP芯片TMS320C5402的硬件、軟件結(jié)構(gòu)和特性，掌握了CCS環(huán)境下的程序開(kāi)發(fā)方法、調(diào)試工具的使用及優(yōu)化級(jí)別的選擇等。研究了MATLAB環(huán)境下FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，利用MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)FIR濾波

82、器設(shè)計(jì)。利用DSP來(lái)快速設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的方法，尋找系數(shù)的快速傳遞，MATLAB中調(diào)試仿真DSP程序。</p><p>　　DSP作為一門(mén)新興學(xué)科，越來(lái)越引起人們的關(guān)注，目前已廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理是(DSP)利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以

83、得到符合們需要的信號(hào)形式。數(shù)字信號(hào)處理(DSP)是圍繞著數(shù)字信號(hào)處理的理論、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用等幾個(gè)方面發(fā)展起來(lái)的。數(shù)字信號(hào)處理在理論上的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的發(fā)展。反過(guò)來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用又促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理理論的提高。而數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)則是理論和應(yīng)用之間的橋梁。數(shù)字信號(hào)處理DSP是以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)的，它所涉及的范圍極其廣泛。所以在今后的工作和學(xué)習(xí)生活中，綜合運(yùn)用模擬電子、數(shù)字電子和DSP基本原理等課程中所學(xué)的理論知識(shí)去獨(dú)立完成

84、一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。不僅要完善以上的MATLAB設(shè)計(jì)方法，</p><p>　　更要學(xué)會(huì)利用多種途徑設(shè)計(jì)各種DSP最小系統(tǒng)，熟練C語(yǔ)言編程。</p><p><b>　　10.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]戴明楨等編著.TMS320C54X DSP 結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用. 北京：航空航天大學(xué)出版社，第2版，2007；</p>

85、<p>　　[2]彭啟琮編著.DSP技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2002；</p><p>　　[3]胡廣書(shū)編著.數(shù)字信號(hào)處理理論、算法與實(shí)現(xiàn).北京：清華大學(xué)出版社，2005；</p><p>　　[4]北京合眾達(dá)電子技術(shù)有限公司編著.SEED-DTK系列實(shí)驗(yàn)手冊(cè).北京合眾達(dá)電子技術(shù)有限公司出版，2007。</p><p>　　[5] 李真芳，

86、蘇濤等.DSP程序開(kāi)發(fā)一MATLAB調(diào)試及直接目標(biāo)代碼生成「M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003.87--163.</p><p>　　[6] 樓順天，李博函.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)一信號(hào)處理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1998.81--88.</p><p>　　[7]王秀芳，關(guān)凌濤.基于MatLab與DSP的濾波器的快速設(shè)計(jì)方法[期刊文章].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，20