dsp課程設(shè)計(jì)報(bào)告--基于tms320f2812 dsp處理器的fir濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　DSP原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：基于TMS320F2812 DSP處理器的FIR濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　學(xué) 號(hào)： 0 9 13................. </p><p>　　姓 名: ................ <

2、/p><p>　　專 業(yè): 電 子 信 息 工 程 </p><p>　　設(shè)計(jì)日期： 2012年6月13日 </p><p>　　指導(dǎo)老師： ........... ................ </p><p><b>　　目 錄</b></p&g

3、t;<p><b>　　一、引言</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)目的</b></p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　四、總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1利用Matlab軟件的F

4、DATool工具設(shè)計(jì)FIR濾波器</p><p>　　4.1.1有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器的基礎(chǔ)理論</p><p>　　4.1.2 利用Matlab軟件的FDATool設(shè)計(jì)FIR濾波器</p><p>　　4.1.3提取濾波器參數(shù)</p><p>　　4.2 CCS環(huán)境下FIR濾波器的設(shè)計(jì)及軟件仿真</p><p>　　

5、4.2.1 程序流程圖</p><p>　　4.2.2 在CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下新建FIR濾波器工程</p><p>　　4.2.3觀察濾波前后的信號(hào)的時(shí)域波形及FFT Magnitude波形</p><p>　　4.2.4 程序清單</p><p>　　4.3 對(duì)實(shí)時(shí)采樣信號(hào)進(jìn)行濾波的FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)</p><p>

6、;　　4.3.1 程序清單</p><p>　　4.3.2 測(cè)試效果</p><p>　　4.3.3 SCI串行數(shù)據(jù)傳輸</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　基于TMS320F2812 DSP處理

7、器的FIR濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理（DSP）包括兩重含義：數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（Digital Signal Processing ）和數(shù)字信號(hào)處理器（ Digital Signal Processor ）。在數(shù)字信號(hào)處理的基本方法中，濾波是應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)字濾波器的理論與相關(guān)設(shè)計(jì)也一直都

8、是人們研究的重點(diǎn)之一。數(shù)字濾波器根據(jù)其單位沖擊響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性可分為兩類：無(wú)限沖擊響應(yīng)（Infinite Impulse Response，IIR）濾波器和有限沖擊響應(yīng)（Finite Impulse Response，F(xiàn)IR）濾波器。與 IIR濾波器相比，F(xiàn)IR的實(shí)現(xiàn)是非遞歸的。</p><p>　　使用通用DSP芯片實(shí)現(xiàn)濾波方式較為簡(jiǎn)單，是一種實(shí)時(shí)的，快速的，特別適合于實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，借助

9、于通用數(shù)字計(jì)算機(jī)按濾波器的設(shè)計(jì)算法編出程序進(jìn)行數(shù)字濾波計(jì)算。由于它具有豐富的硬件資源，改進(jìn)哈弗結(jié)構(gòu)，高速數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)大的指令系統(tǒng)而在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1、掌握用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的原理及方法，掌握使用matlab編程的基本方法。</p><p>　　2、掌握T

10、MS320F2812 DSP處理器開(kāi)發(fā)的程序框架結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)TMS320F2812 DSP處理器程序編寫并能使其正常工作。實(shí)習(xí)驅(qū)動(dòng)ADC模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3、掌握使用TMS320F2812 DSP處理器實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)方法，并能夠?qū)崟r(shí)采集輸入信號(hào)并濾除高頻信號(hào)再通過(guò)SCI串口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)顯示。</p><p><b>　　三、

11、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、利用Matlab軟件的FDATool工具設(shè)計(jì)FIR濾波器，并提取濾波器參數(shù)；</p><p>　　2、在CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，利用第1步得到的濾波器參數(shù)，利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器程序，觀察輸入信號(hào)及濾波后得到的輸出信號(hào)的時(shí)域波形及FFT Magnitude波形；</p><p>　　3、利用TMS320F28

12、12的ADC片內(nèi)外設(shè)的外圍電路實(shí)時(shí)采集的混頻信號(hào)數(shù)據(jù)，使用1個(gè)51階的FIR低通濾波器，在CCS中設(shè)計(jì)FIR濾波器程序?qū)崿F(xiàn)濾波，觀察相關(guān)波形及濾波效果，通過(guò)SCI接口將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)上。</p><p><b>　　四、總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1利用Matlab軟件的FDATool工具設(shè)計(jì)FIR濾波器</p><p>　　4

13、.1.1有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器的基礎(chǔ)理論</p><p>　　濾波器就是在時(shí)間域或頻域內(nèi)，對(duì)已知激勵(lì)產(chǎn)生規(guī)定響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，使其能夠從信號(hào)中提取有用的信號(hào)，抑制并衰減不需要的信號(hào)。濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是對(duì)提出的要求給出相應(yīng)的性能指標(biāo)，再通過(guò)計(jì)算，使物理可實(shí)現(xiàn)的實(shí)際濾波器頻率響應(yīng)特性逼近給出的頻率響應(yīng)特性。FIR 數(shù)字濾波器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　?。?）<

14、/b></p><p>　　由此得到系統(tǒng)的差分方程：</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　若FIR 數(shù)字濾波器的單位沖激響應(yīng)序列為h(n)，它就是濾波器系數(shù)向量b(n)。傳統(tǒng)的濾波器分析與設(shè)計(jì)均使用繁瑣的公式計(jì)算，改變參數(shù)后需要重新運(yùn)算，從而在分析與設(shè)計(jì)濾波器尤其是高階濾波器時(shí)工作量特別大。這里應(yīng)用MATLAB

15、 設(shè)計(jì)FIR濾波器，根據(jù)給定的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)H(z)，使其逼近這一指標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算并確定濾波器的系數(shù)b(n)，再將所設(shè)計(jì)濾波器的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)曲線作為輸出，與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，對(duì)設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)完成之后將得到FIR濾波器的單位沖激響應(yīng)序列h(n)的各個(gè)參數(shù)值。</p><p>　　4.1.2 利用Matlab軟件的FDATool設(shè)計(jì)FIR濾波器</p><p>　　打開(kāi)Mat

16、lab軟件，首先在命令窗口鍵入FDAtool命令，啟動(dòng)濾波器設(shè)計(jì)分析器，調(diào)出FDAtool界面.</p><p>　　在Filter Type選項(xiàng)中選Lowpass，在Design Method中選擇FIR濾波器，接著在FIR中選擇Window (窗函數(shù)) 法。</p><p>　　然后在Filter Order 中選擇Specify Order (為指定階數(shù))，輸入數(shù)值為“24”；在Op

17、itions框中選中“Scale Passband”；在窗類型（Window:）下拉框選擇“Blackman”。</p><p>　　在Frenquency Specification選項(xiàng)中，將fs(為采樣頻率)、fact (為通帶截止頻率)中分別鍵入30000 Hz和9600 Hz。</p><p>　　點(diǎn)擊“Design Filter”按鈕，完成濾波器的設(shè)計(jì)。具體參數(shù)及設(shè)計(jì)成功后的結(jié)果

18、如圖所示。</p><p>　　設(shè)計(jì)完成后，可以通過(guò)菜單選項(xiàng)Analysis 來(lái)分析濾波器的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)特性。點(diǎn)擊Analysis 中的Magnitude Response和Phase Response 對(duì)幅頻和相頻響應(yīng)進(jìn)行分析。</p><p>　　4.1.3提取濾波器參數(shù)</p><p>　　在FDATool 中，選擇Targets -> Gener

19、ate C Header...， 如圖設(shè)置后，點(diǎn)擊Generate按鈕，選擇路徑，即可輸出前一步設(shè)計(jì)出的FIR濾波器的系數(shù)表。默認(rèn)的系數(shù)表文件為fdacoefs.h。</p><p>　　在Matlab中打開(kāi)得到的fdacoefs.h的文件，系數(shù)表如圖 </p><p>　　取系數(shù)表中的數(shù)據(jù)小數(shù)點(diǎn)后3位有效值，得到如下內(nèi)容：</p><p>　　cons

20、t float B[25]= { 0.0，0.0，0.001，-0.002，-0.002，0.01，-0.009，</p><p>　　-0.018，0.049，-0.02，-0.11，0.28，0.64，0.28，</p><p>　　-0.11，-0.02，0.049，-0.018，-0.009，0.01，</p><p>　　-0.002，-0.002，0.

21、001，0.0，0.0 }；</p><p>　　4.2 CCS環(huán)境下FIR濾波器的設(shè)計(jì)及軟件仿真</p><p>　　4.2.1 程序流程圖如下</p><p>　　4.2.2 在CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下新建FIR濾波器工程</p><p>　?。ǎ保┰O(shè)置軟件仿真模式，啟動(dòng)CCS。</p><p>　?。ǎ玻┙⒁粋€(gè)文

22、件夾，存放在D:\FIR，將D:\課程設(shè)計(jì)\FIR濾波器\Fir源程序文件夾下的工程全部復(fù)制到D:\FIR，在CCS中打開(kāi)D:\FIR\fir\fir.pjt工程，打開(kāi)fir.c文件，編譯生成fir.out文件，通過(guò)File->Load Program…裝載該文件。</p><p>　?。?）設(shè)置波形時(shí)域觀察窗口，選擇菜單View→Graph→Time/Frequency… ，如圖設(shè)置</p>

23、<p>　　輸入數(shù)據(jù)時(shí)域波形觀察</p><p><b>　　濾波后輸出波形觀察</b></p><p>　?。?）設(shè)置頻域觀察窗口，選擇菜單View→Graph→Time/Frequency… ，分別進(jìn)行如圖設(shè)置</p><p>　　輸入數(shù)據(jù)FFT分析圖形觀察</p><p>　　濾波后輸出數(shù)據(jù)的FFT圖形

24、觀察</p><p>　　4.2.3觀察濾波前后的信號(hào)的時(shí)域波形及FFT Magnitude波形</p><p>　?。?）設(shè)置斷點(diǎn)。在程序fir.c中，有注釋斷點(diǎn)的語(yǔ)句上設(shè)置軟件斷點(diǎn)。</p><p>　?。?）運(yùn)行并觀察結(jié)果。選擇Debug菜單的Run項(xiàng)，或按F5鍵運(yùn)行程序。觀察到的圖形如下圖所示。</p><p>　　4.2.4 程序清

25、單</p><p>　　#include"math.h"</p><p>　　#define FIRNUMBER 25</p><p>　　#define PI 3.1415926</p><p>　　float InputWave();</p><p>　　float FIR();</p&g

26、t;<p>　　float fHn[FIRNUMBER]={ 0.0,0.0,0.001,-0.002,-0.002,0.01,-0.009,</p><p>　　-0.018,0.049,-0.02,-0.11,0.28,0.64,0.28,</p><p>　　-0.11,-0.02,0.049,-0.018,-0.009,0.01,</p><p&g

27、t;　　-0.002,-0.002,0.001,0.0,0.0</p><p><b>　　};</b></p><p>　　float fXn[FIRNUMBER]={ 0.0 };</p><p>　　float fInput,fOutput;</p><p>　　float fSignal1,fSignal2;&l

28、t;/p><p>　　float fStepSignal1,fStepSignal2;</p><p>　　float f2PI;</p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　float fIn[256],fOut[256];</p><p>　　int nIn,nOut;&

29、lt;/p><p>　　main(void)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　nIn=0; nOut=0;</p><p>　　f2PI=2*PI;</p><p>　　fSignal1=0.0;</p><p>　　fSignal2=PI*0.1

30、;</p><p>　　fStepSignal1=2*PI/30;</p><p>　　fStepSignal2=2*PI*1.4;</p><p>　　while ( 1 )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　fInput=InputWave();</p>

31、<p>　　fIn[nIn]=fInput;</p><p>　　nIn++; nIn%=256;</p><p>　　fOutput=FIR();</p><p>　　fOut[nOut]=fOutput;</p><p><b>　　nOut++;</b></p><p>　　if

32、 ( nOut>=256 )</p><p><b>　　{</b></p><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><

33、b>　　} </b></p><p>　　float InputWave()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for ( i=FIRNUMBER-1;i>0;i-- )</p><p>　　fXn[i]=fXn[i-1];</p><p>　　

34、fXn[0]=sin(fSignal1)+cos(fSignal2)/6.0;</p><p>　　fSignal1+=fStepSignal1; </p><p>　　if ( fSignal1>=f2PI )fSignal1-=f2PI;</p><p>　　fSignal2+=fStepSignal2;</p><p>　　if

35、 ( fSignal2>=f2PI )fSignal2-=f2PI;</p><p>　　return(fXn[0]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　float FIR()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　f

36、loat fSum;</p><p><b>　　fSum=0;</b></p><p>　　for ( i=0;i<FIRNUMBER;i++ )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　fSum+=(fXn[i]*fHn[i]);</p><p>

37、;<b>　　}</b></p><p>　　return(fSum);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.3 對(duì)實(shí)時(shí)采樣信號(hào)進(jìn)行濾波的FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　4.3.1 程序清單</p><p>　　#include "

38、;DSP281x_Device.h" </p><p>　　#include "DSP281x_Examples.h" </p><p>　　#include <math.h></p><p>　　#define pi 3.1415927</p><p>　　int px[256];<

39、/p><p>　　int py[256];</p><p>　　double npass,h[51], x, y, xmid[51];</p><p><b>　　int m=50;</b></p><p>　　int n=256;</p><p>　　interrupt void adc_isr(v

40、oid);</p><p>　　Uint16 LoopCount;</p><p>　　Uint16 ConversionCount;</p><p>　　void firdes(int m, double npass)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　

41、　int t;</b></p><p>　　for (t=0; t<=m; t++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　h[t] = sin((t-m/2.0)*npass*pi)/(pi*(t-m/2.0));</p><p><b>　　}</b>&l

42、t;/p><p>　　if (t=m/2) h[t]=npass;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　int xm,ym;</p><p&g

43、t;　　double fs,fstop,r,rm;</p><p>　　int i,j,p,k;</p><p>　　InitSysCtrl();</p><p><b>　　EALLOW;</b></p><p>　　SysCtrlRegs.HISPCP.all = 0x3; // HSPCLK = SYSCLKOU

44、T/6</p><p><b>　　EDIS;</b></p><p><b>　　DINT;</b></p><p>　　InitPieCtrl();</p><p>　　IER = 0x0000;</p><p>　　IFR = 0x0000;</p>&l

45、t;p>　　InitPieVectTable(); </p><p><b>　　EALLOW; </b></p><p>　　PieVectTable.ADCINT = &adc_isr;</p><p><b>　　EDIS; </b></p><p>　　InitAdc(

46、); </p><p>　　PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx6 = 1;</p><p>　　IER |= M_INT1;</p><p>　　EINT; </p><p>　　ERTM; </p><p>　　LoopCount = 0;</p>

47、<p>　　ConversionCount = 0;</p><p>　　AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC = 1; </p><p>　　AdcRegs.ADCMAXCONV.all=0x0000; AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00=0x4; AdcRegs.ADCTRL2.bit.EVA_SOC_SE

48、Q1=1; AdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_ENA_SEQ1 = 1; </p><p>　　EvaRegs.T1CMPR=0x0380; </p><p>　　EvaRegs.T1PR=0x07FF; </p><p>　　EvaRegs.GPTCONA.bit.T1TOADC =

49、1; </p><p>　　EvaRegs.T1CON.all = 0x1042; </p><p>　　k=0; </p><p>　　fs = 250000;</p><p>　　fstop = 20000;</p><p>　　npass = fstop/fs;</p><

50、;p>　　for (i=0; i<=m; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　xmid[i]=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　for(;;)</b></p><p>

51、<b>　　{</b></p><p>　　firdes(m, npass);</p><p>　　for (i=0; i<=n-1; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　xm = px[i];</p><p>　　x = xm/1

52、023.0; </p><p>　　for (p=0; p<=m; p++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　xmid[m-p] = xmid[m-p-1];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　xmid

53、[0] = x;</p><p><b>　　r = 0;</b></p><p><b>　　rm= 0; </b></p><p>　　for (j=0; j<=m; j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　r

54、 = xmid[j] * h[j];</p><p>　　rm = rm + r;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　y = rm;</b></p><p>　　ym = (int)(1023.0 * y);</p><p>　　py[i]

55、= ym; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　k++; //加斷點(diǎn)，觀察波形</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　interru

56、pt void adc_isr(void)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　px[ConversionCount] = AdcRegs.ADCRESULT0 >>4;</p><p>　　if(ConversionCount == 256) </p><p><b>

57、　　{</b></p><p>　　ConversionCount = 0; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　else ConversionCount++;</p><p>　　AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1=1; AdcRegs.ADCS

58、T.bit.INT_SEQ1_CLR=1; PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1; </p><p><b>　　return;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.3.2 測(cè)試效果</p><p><b

59、>　　如圖所示</b></p><p>　　靠上的是濾波前時(shí)域波形，下面的是濾波后時(shí)域波形</p><p>　　分別為濾波前和濾波后的FFT分析圖形</p><p>　　4.3.3 SCI串行數(shù)據(jù)傳輸</p><p>　　1、pc機(jī)采用串口調(diào)試工具軟件，將PC機(jī)鍵盤的輸入發(fā)送給DSP，DSP收到PC機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，回送同一數(shù)

60、據(jù)給PC機(jī)。</p><p>　　2、實(shí)驗(yàn)板使用串口通信電纜，啟動(dòng)串口調(diào)試助手.exe，設(shè)置數(shù)據(jù)格式為1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)輸出，串口波特率為9600bit/s。</p><p>　　支持ASCII碼和十六進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的發(fā)送和接收。</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這次課程

61、設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)并且鞏固了以前所學(xué)的很多軟件和課程。DSP不同于以前的單片機(jī)，它采用了多組總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)行機(jī)制，從而極大地提高了運(yùn)算速度，也提供了非常靈活的指令系統(tǒng)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)dsp有了更深入的了解，我不僅對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)有了較深刻的理解，而且動(dòng)手能力、獨(dú)立解決問(wèn)題的能力有所提高。熟練地運(yùn)用Matlab工具設(shè)計(jì)濾波參數(shù)，很好的加深了我對(duì)課程的理解，方便我的思維。這次設(shè)計(jì)使我了解了MATLAB的使用方法，學(xué)會(huì)分析濾波

62、器的優(yōu)劣和性能，提高了分析和動(dòng)手能力。</p><p>　　我也非常感謝老師的悉心指導(dǎo)，對(duì)報(bào)告的書(shū)寫格式及內(nèi)容，老師多次幫助分析思路，開(kāi)拓視角。為以后的學(xué)習(xí)和就業(yè)奠定一定基礎(chǔ)。</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 趙成 DSP原理與應(yīng)用</p><p>　　[2] 《數(shù)字信號(hào)