dsp課程設計報告--fir濾波器設計

1、<p><b>　　DSP</b></p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　課程名稱： DSP原理及應用</p><p>　　設計題目： FIR濾波器設計</p><p>　　學 院： 電氣信息學院</p><

2、p>　　專業(yè)年級： 通信工程2011級</p><p>　　指導教師： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　時 間： 2014.6.30-2014.7.4</p><p><b>　　目

3、 錄</b></p><p><b>　　引 言 3</b></p><p>　　第一章 課程設計要求及流程4</p><p>　　1.1FIR濾波器設計要求4</p><p>　　1.2設計流程4</p><p>　　第二章課程設計實現(xiàn)4</p>&

4、lt;p>　　2.1功能描述4</p><p>　　2.2算法研究4</p><p>　　2.3參數(shù)計算5</p><p>　　2.3.1利用Matlab計算濾波系數(shù)5</p><p>　　2.3.2編寫濾波器輸入信號程序6</p><p>　　2.4編寫源程序6</p>&

5、lt;p>　　2.4.1匯編源程序“.asm”文件的編寫6</p><p>　　2.4.2鏈接命令文件“.cmd”的編寫8</p><p><b>　　2.5調試過程8</b></p><p>　　2.5.1調試前的準備8</p><p>　　2.5.2.inc和.dat的使用8</p>

6、<p>　　2.5.3編寫及編譯程序8</p><p>　　2.5.4觀察點設置9</p><p>　　2.6運行并觀察結果10</p><p>　　第三章課程設計總結12</p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　引 言

7、</b></p><p>　　隨著信息與數(shù)字技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理已經(jīng)成為當今極其重要而學科與技術領域之一。它在通信、語音、圖像、自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領域得到了廣泛的應用。在數(shù)字信號處理的基本方法中，通常會涉及到變換、濾波、頻譜分析、調制解調和編碼解碼等處理。其中濾波是應用非常廣泛的一個環(huán)節(jié)，數(shù)字濾波器的理論和相關設計也一直都是人們研究的重點之一。FIR濾波器的是非遞

8、歸的，穩(wěn)定性好，精度高；更重要的是，F(xiàn)IR濾波器在滿足幅頻響應要求的同時，可以獲得嚴格的線性相位特征。因此，它在高保真的信號處理，如數(shù)字音頻、圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸和生物醫(yī)學等領域得到廣泛應用。</p><p>　　在數(shù)字信號處理中，濾波占有極其重要的地位。數(shù)字濾波是語音信號處理、圖像處理、模式識別、頻譜分析等應用的基本處理算法。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

9、等特點。</p><p>　　本次課程設計的是FIR低通濾波器，首先運用MATLAB產(chǎn)生濾波系數(shù)，再用DSP仿真軟件CCS 進行仿真，觀察輸入輸出，看是否符合低通濾波器的功能。</p><p>　　第一章 課程設計要求及流程</p><p>　　1.1 FIR濾波器設計要求</p><p>　　設計一個FIR低通濾波器,通帶邊界頻率為1500

10、Hz，通帶波紋小于1dB；阻帶邊界頻率為2000Hz，阻帶衰減大于40dB；采樣頻率為10000Hz，濾波器階數(shù)為16。FIR濾波器的設計也可以用MATLAB窗函數(shù)法進行。</p><p><b>　　1.2設計流程</b></p><p><b>　　設計流程如圖1。</b></p><p><b>　　圖1

11、設計流程圖</b></p><p>　　第二章 課程設計實現(xiàn)</p><p><b>　　2.1功能描述</b></p><p>　　低通濾波器是允許低于截至頻率的信號經(jīng)過， 但高于截止頻率的信號不能經(jīng)過的電子濾波安裝。</p><p><b>　　2.2算法研究</b></p&g

12、t;<p><b>　　FIR的原理及公式</b></p><p><b>　　FIR設計原理：</b></p><p>　　如果一個FIR濾波有一個沖激響應，h(0),h(1),…,h(N-1),和x(n)描繪輸入的時常濾波n，輸出濾波y(n)的n給出以下方程式：</p><p>　　Y(n)=h(0)x(

13、n)+h(1)x(n-1)+h(2)x(n-2)+…+h(N-1)x[n-(n-1)]</p><p>　　N階有限沖激響應濾波器（FIR）公式：</p><p>　　Y(n)= N=0,1,2,3…</p><p><b>　　2.3參數(shù)計算</b></p><p>　　2.3.1利用Matlab計算濾波系數(shù)<

14、;/p><p>　　濾波器階數(shù)為16階，截止頻率1500HZ，采樣頻率10000HZ。</p><p>　　2.3.2編寫濾波器輸入信號程序</p><p>　　因為截止頻率為1500Hz，所以輸入信號應該至少包含兩種頻率成分的正弦信號，一種信號頻率小于1500Hz，一種信號頻率大于1500Hz。利用Matlab生成濾波器輸入信號程序“.inc”文件和“.dat”文件。

15、 </p><p><b>　　2.4編寫源程序</b></p><p>　　2.4.1匯編源程序“.asm”文件的編寫</p><p>　　.globalstart,fir</p><p><b>　　.mmregs</b></p><p>　　COFF_FIR_STAR

16、T: .sect "coff_fir"</p><p>　　.include"0127.inc"</p><p>　　K_FIR_BFFR .set20</p><p>　　d_data_buffer .usect"fir_bfr",64</p><p>　　FIR_DP

17、.usect"fir_vars",0</p><p>　　d_filin.usect"fir_vars",1</p><p>　　output.usect"fir_vars",1</p><p>　　input.usect "fir_vars",1</p&g

18、t;<p>　　d_filout.usect"fir_vars",100h</p><p>　　stacksize .set 256</p><p>　　stack .usect "fir_vars",stacksize</p><p>　　.asg AR4,FIR_DATA_P</p>&l

19、t;p>　　.asgAR6,INBUF_P</p><p>　　.asgAR7,OUTBUF_P</p><p>　　.asgAR3,OUTBUF</p><p>　　.asgAR2,INBUF</p><p>　　.sect"fir_prog" </p><p><b&

20、gt;　　nop</b></p><p><b>　　start:</b></p><p>　　stm #stack+stacksize,SP</p><p>　　LD#FIR_DP,DP</p><p>　　STM#d_data_buffer,FIR_DATA_P;</p><

21、;p>　　RPTZ A,#K_FIR_BFFR-1;RC=31</p><p>　　STLA,*FIR_DATA_P+;</p><p>　　STM#d_filin,INBUF_P</p><p>　　STM#d_filout,OUTBUF_P</p><p>　　STM#output,OUTBUF</p&g

22、t;<p>　　STM#input,INBUF</p><p>　　STM#100h,BK</p><p>　　fir_loop: </p><p><b>　　NOP </b></p><p>　　LD*INBUF_P,A</p><p>　　STL A

23、,*INBUF</p><p><b>　　CALLfir</b></p><p>　　STHA,*OUTBUF_P+%</p><p>　　STHA,*OUTBUF</p><p><b>　　main_end:</b></p><p>　　bfir_loop

24、</p><p><b>　　fir:</b></p><p>　　STM#d_data_buffer,FIR_DATA_P</p><p>　　STLA,*FIR_DATA_P</p><p>　　STM#(d_data_buffer+K_FIR_BFFR-1),FIR_DATA_P </p&g

25、t;<p>　　fir_task: </p><p>　　RPTZA,#K_FIR_BFFR-1</p><p>　　MACD*FIR_DATA_P-,COFF_FIR_START,A</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　.end</b>

26、</p><p>　　2.4.2鏈接命令文件“.cmd”的編寫</p><p><b>　　MEMORY</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　PAGE 0:</b></p><p>　　PROG:o= 100h,

27、l= 2000h </p><p><b>　　PAGE 1:</b></p><p>　　DATA1:o= 2600h, l= 1000h</p><p>　　DATA2:o= 2100h, l= 100h</p><p>　　DATA3:o= 2200h,l= 100h</p><p&

28、gt;　　DATA4:o= 2300h,l= 100h</p><p>　　DATA5:o= 2400h,l= 100h</p><p>　　DATA6:o= 2500h,l= 100h</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　SECTIONS</b>&l

29、t;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　coff_fir : {}> PROGPAGE 0</p><p>　　fir_prog : {}> PROGPAGE 0</p><p>　　fir_vars : {}> DATA1PAGE 1</p><

30、p>　　fir_coff : {}> DATA2PAGE 1</p><p>　　fir_bfr : {}> DATA3PAGE 1</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　2.5 調試過程</b></p><p>　　2.5.1調試前的

31、準備</p><p>　　1）啟動SETUP并選擇芯片C5402 simulator。</p><p>　　2）在CCS的安裝目錄myproject子目錄下創(chuàng)建一個文件夾0127。</p><p>　　2.5.2 .inc和.dat的使用</p><p>　　將MATLAB生成的0127.inc文件和0127.dat文件復制到0127文件夾中

32、。</p><p>　　2.5.3編寫及編譯程序</p><p>　　1）創(chuàng)建工程文件：在Project菜單中選擇 New項，在Project中輸入0127并保存。</p><p>　　2）編寫匯編源程序和鏈接程序：在File菜單中選中New-Source File，編寫源程序，然后以.asm格式保存在0127文件夾里；再在File菜單中選中New-Source F

33、ile，編寫鏈接程序，然后以.cmd格式保存在0127文件夾里。</p><p>　　3）在工程文件中添加程序文件：在Project菜單中選中Add File to Project…，將以上程序加載到工程目錄下。</p><p>　　4）生成和運行程序：在Project菜單中選中Rebuild All對工程進行編譯、匯編和鏈接（如果有錯就修改，然后再編譯鏈接直到無誤為止）；在File菜單中

34、選中Load Program，在當前目錄的Debug目錄下選擇0127.out并打開，將Build生成的程序加載到DSP中；在Debug菜單中選中Run，運行該程序。</p><p>　　2.5.4觀察點設置</p><p>　　1）設置斷點：在.asm文件中標號為fir_loop下面的Nop語句設置軟件斷點（Toggle breakpoint）探針（ToggleProbe point）。

35、</p><p>　　2）在File菜單中選中File I/O，將會看到File I/O對話框，按照圖2操作然后選中Add Probe Point…再按圖3操作。</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　3）打開觀察窗

36、口 </b></p><p>　　選擇菜單“View”、“Graph”、“Time/Frequency…”按照圖4所示依次操作。</p><p><b>　　圖 4</b></p><p>　　2.6運行并觀察結果</p><p>　　輸入時域和頻域波形如圖5，輸出時域和頻域波形如圖6。從圖形可以看出，高于1

37、500Hz的頻率成分被濾去，低于1500Hz的頻率成分通過，符合截止頻率為1500Hz的低通濾波器的特性，達到了設計要求。</p><p><b>　　圖 5</b></p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　第三章 課程設計總結</p><p>　　在本次課程設計中，我了解到了

38、數(shù)字濾波是信號處理技術中的重要部分，重溫了數(shù)字濾波器的基本理論知識以及實現(xiàn)它的方法。復習了MATLAB的相關知識，并且利用MATLAB與CCS設計了低通濾波器，更加熟悉CCS環(huán)境下的程序開發(fā)方法、調試工具的使用等。使我將課堂知識與實際運用結合起來，理論聯(lián)系實際。在這過程中，我也遇到了很多問題，總是無法正確的顯示輸入輸出波形。在老師和同學的幫助下，最終找到了問題的所在，原來是濾波器的階數(shù)設置的不合適。經(jīng)過多番修改，終于成功完成了本次課程設

39、計。</p><p>　　綜合運用模擬電子、數(shù)字電子和DSP基本原理等課程中所學的理論知識，合理利用MATLAB去獨立完成一個項目的設計，還需要我不斷地努力、總結。本次課程設計對我還是有一定的積極意義的，我將以更加飽滿的熱情運用所學知識投入到今后的工作和生活中。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　《DSP原理及應