dsp課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　《DSP系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》</p><p><b>　　課程性質(zhì)：考察</b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)：</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　專業(yè)：</b></p>&

2、lt;p><b>　　授課教師： </b></p><p><b>　　完成日期： </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、板卡及板卡芯片介紹┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3</p><p>　　1．板卡簡(jiǎn)介┄┄┄┄┄┄

3、┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3</p><p>　　2．板卡芯片的簡(jiǎn)單介紹┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4</p><p>　　二、CCS4環(huán)境介紹┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5</p><p>　　1．CCSv4簡(jiǎn)介┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5</p><

4、p>　　2. CCSv4的主要功能┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9</p><p>　　三、濾波器的設(shè)計(jì)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9</p><p>　　1．?dāng)?shù)字濾波器的介紹┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9</p><p>　　2 .FIR濾波器的設(shè)計(jì)原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄

5、┄┄┄┄10</p><p>　　3. 課程設(shè)計(jì)結(jié)果及分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11</p><p>　　四、課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會(huì)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15</p><p>　　五、附件┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15</p><p>　　DSP系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)結(jié)題報(bào)告

6、</p><p>　　摘要：DSP數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，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。傳感器數(shù)字信號(hào)處理是利用傳感器對(duì)模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集并把其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的電信號(hào)，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理以達(dá)到計(jì)算機(jī)輔助控制或是計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制

7、的目的。DSP 芯片是一種特別適合數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，主要用來實(shí)時(shí)、快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。用DSP 芯片實(shí)現(xiàn)FIR 數(shù)字濾波器，不僅具有精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，而且因DSP 芯片的可編程性，可方便地修改濾波器參數(shù)，從而改變?yōu)V波器的特性，設(shè)計(jì)十分靈活。本課題主要應(yīng)用MATLAB軟件設(shè)計(jì)FIR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)試匯編程序，文章結(jié)合DSP5509A的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹

8、了一種FIR濾波器在DSP5509A中的實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　關(guān)鍵字：數(shù)字濾波器，F(xiàn)IR，DSP5509A，CCS</p><p><b>　　板卡及板卡芯片介紹</b></p><p><b>　　1．板卡簡(jiǎn)介</b></p><p>　　DSP5509開發(fā)板既可作為開發(fā)板供用戶學(xué)習(xí)使用

9、，也可作為系統(tǒng)板嵌入到用戶的產(chǎn)品中，供用戶進(jìn)行二次開發(fā)以便縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。是迄今為止市面上性價(jià)比最高的TMS320VC5509A開發(fā)板之一。適用于數(shù)字圖像、語(yǔ)音、網(wǎng)絡(luò)、測(cè)控等領(lǐng)域，是目前主流的高性價(jià)比選擇方案之一。</p><p>　　5509A 內(nèi)核工作頻率可達(dá)到144 MHz（ 6. 94 ns） , 內(nèi)核供電為1. 6 V。由3 部分組成：中央處理單元（ CPU） 、內(nèi)部存儲(chǔ)器和片內(nèi)外設(shè)。</p&g

10、t;<p>　　CPU 內(nèi)部總線由一條讀指令數(shù)據(jù)總線（ 32 位） , 1 條讀指令地址總線（ 24 位） , 3 條讀數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線（ 16 位） , 3 條讀數(shù)據(jù)地址總線（ 24 位） , 2 條寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線（ 16 位） , 2 條寫數(shù)據(jù)地址總線（ 24 位） 組成。CPU 提供2 個(gè)MAC 單元支持乘加運(yùn)算， 每個(gè)MAC 可以完成一次17 位× 17 位的乘法和一次40 位的加法操作， 結(jié)果送入累加器。采

11、用2 段分離的流水線： 第一段為指令流水線； 第二段為執(zhí)行流水線。</p><p>　　5509A 內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器， 為了減少功耗， 時(shí)鐘發(fā)生器和其他很多模塊一樣具有空閑（ IDEL） 模式。5509A 支持2類外部存儲(chǔ)器接口， 即異步接口和同步接口。</p><p>　　2．板卡芯片的簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　DSP處理器：采用TMS320VC5509A

12、，32位定點(diǎn)高速數(shù)字處理器，最高工作頻200MHz</p><p>　　ROM：DSP片內(nèi)內(nèi)置64K Bytes ROM，可存放用戶程序，可加密</p><p>　　RAM：DSP片內(nèi)內(nèi)置128K*16位RAM，包括：32K*16位雙通道RAM（DARAM），96K*16位單通道RAM（SARAM）</p><p>　　SDRAM：DSP片外擴(kuò)展4M*16位同步動(dòng)態(tài)

13、SDRAM（基本配置），最大可擴(kuò)展到8M*16</p><p>　　FLASH：DSP片外外擴(kuò)1M Bytes FLASH（基本配置），方便用戶樣機(jī)開發(fā)</p><p>　　ADC：DSP自帶2路10位ADC</p><p>　　USB2.0：DSP自帶USB2.0 FullSpeed接口，可以傳輸圖像、視頻等高速數(shù)據(jù)</p><p>　　M

14、MC/SD：DSP自帶MMC/SD卡接口，支持熱插拔數(shù)碼相機(jī)通用的MMC／SD卡</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)接口：DSP5509A板上有RTL8019AS網(wǎng)絡(luò)接口芯片，方便用戶實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊</p><p>　　音頻解碼器：DSP5509A板上有TLV320AIC23高保真音頻編解碼器，方便用戶實(shí)現(xiàn)錄音和播音</p><p>　　MPEG音頻解碼器：采用ST的STA0

15、13T MPEG音頻解碼芯片，可以實(shí)現(xiàn)MP3格式音頻的解碼</p><p>　　串口：DSP5509A板上有RS232轉(zhuǎn)換電路，方便與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊</p><p>　　LCD：DSP5509A板上有LCD接口</p><p>　　微動(dòng)按鍵：DSP5509A板上有多達(dá)5個(gè)按鍵，方便用戶配合LCD實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話</p><p>　　外擴(kuò)可屏蔽中斷

16、源輸入接口：DSP5509A板上提供３路的外擴(kuò)可屏蔽中斷源輸入接口</p><p>　　A/D輸入接口：DSP5509A板上提供多達(dá)2路10位A/D輸入接口</p><p>　　GPIO接口：DSP5509A板上提供8路GPIO接口，帶指示燈</p><p>　　引腳引出：DSP5509A板上提供總線開放，數(shù)據(jù)線，地址線，控制線、特殊功能引腳全部引出，方便用戶二次開

17、發(fā)</p><p>　　二、CCS4環(huán)境介紹</p><p><b>　　1．CCSv4簡(jiǎn)介</b></p><p>　　Code Composer Studio（CCS或CCStudio）是一種針對(duì)TI的DSP、微控制器和應(yīng)用處理器的集成開發(fā)環(huán)境。CCStudio包括一套用于開發(fā)和調(diào)試嵌入式應(yīng)用程序的工具。CCStudio版本4 (CCSv4

18、)以Eclipse開源軟件框架為基礎(chǔ)。CCSv4之所以以 Eclipse為基礎(chǔ)，是因?yàn)镋clipse為開發(fā)環(huán)境提供了一個(gè)優(yōu)異的軟件框架，是眾多嵌入式軟件供應(yīng)商所使用的標(biāo)準(zhǔn)框架。CCSv4 將Eclipse軟件框架的優(yōu)勢(shì)和來自TI的高級(jí)嵌入式調(diào)試功能相結(jié)合，為嵌入式程序開發(fā)人員生成一個(gè)功能豐富的吸引人的開發(fā)環(huán)境。 </p><p>　　CCS有兩種工作模式，即軟件仿真器模式和硬件在線編程模式。</p>

19、<p>　　軟件仿真器模式：可以脫離DSP芯片，在PC機(jī)上，模擬DSP的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)制。</p><p>　　硬件在線編程模式：可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在DSP芯片上，與硬件開發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。</p><p>　　CCS是一種針對(duì)TMS320系列DSP的集成開發(fā)環(huán)境，在windows操作系統(tǒng)下，采用圖形接口界面，提供環(huán)境配置、源文件編輯、程序

20、調(diào)試、跟蹤和分析等工具，提供了配置、建立、調(diào)試、跟蹤和分析程序的工具，從而完成編輯、編譯、鏈接、調(diào)試和數(shù)據(jù)分析等工作。</p><p>　　利用ccs集成開發(fā)軟件，用戶可以在一個(gè)開發(fā)環(huán)境下完成工程項(xiàng)目創(chuàng)建、程序編輯、編譯、鏈接、調(diào)試和數(shù)據(jù)分析等工作環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　1.1調(diào)試程序</b></p><p>　　CCStudio的

21、集成調(diào)試程序具有用于簡(jiǎn)化開發(fā)的眾多功能和高級(jí)斷點(diǎn)。條件斷點(diǎn)或硬件斷點(diǎn)以全C表達(dá)式、本地變量或寄存器為基礎(chǔ)。高級(jí)內(nèi)存窗口允許您檢查內(nèi)存的每一級(jí)別，以便您可以調(diào)試復(fù)雜的緩存一致性問題。CCStudio支持復(fù)雜的多處理器或多核系統(tǒng)的開發(fā)。全局?jǐn)帱c(diǎn)和同步操作提供了對(duì)多個(gè)處理器和多核的控制。 </p><p><b>　　1.2分析</b></p><p>　　CCStudio

22、的交互式探查器使快速測(cè)量代碼性能并確保在調(diào)試和開發(fā)過程中目標(biāo)資源的高效使用變得更容易。探查器使開發(fā)人員能夠輕松分析其應(yīng)用程序中指令周期內(nèi)或其他事件內(nèi)的所有C/C++函數(shù)，例如緩存未命中/命中率、管道隔欄和分支。分析范圍可用于在優(yōu)化期間將精力集中在代碼的高使用率方面，幫助開發(fā)人員開發(fā)出經(jīng)過優(yōu)化的代碼。分析可用于任何組合的匯編、C++或C代碼范圍。為了提高生產(chǎn)能力，所有分析設(shè)備在整個(gè)開發(fā)周期中都可供使用。 </p><p

23、><b>　　1.3腳本</b></p><p>　　某些任務(wù)，例如測(cè)試，需要運(yùn)行數(shù)小時(shí)或數(shù)天而不需要用戶交互。要完成此類任務(wù)，IDE應(yīng)能自動(dòng)執(zhí)行一些常見任務(wù)。CCStudio擁有完整的腳本環(huán)境，允許自動(dòng)進(jìn)行重復(fù)性任務(wù)，例如測(cè)試和性能基準(zhǔn)測(cè)試。一個(gè)單獨(dú)的腳本控制臺(tái)允許您在IDE內(nèi)鍵入命令或執(zhí)行腳本。 </p><p>　　1.4圖像分析和虛擬化</p>

24、;<p>　　CCStudio擁有許多圖像分析及圖形虛擬化功能。其中包括以圖形方式在能夠自動(dòng)刷新的屏幕上查看變量和數(shù)據(jù)的能力。CCStudio還能以本機(jī)格式（YUV、RGB）查看主機(jī)PC或在目標(biāo)電路板中加載的圖像和視頻數(shù)據(jù)。 </p><p><b>　　1.5編譯器</b></p><p>　　TI已經(jīng)開發(fā)了專門為了最大程度地提高處理器的使用率和性能而

25、優(yōu)化的C/ C ++編譯器。TI 編譯器使用各種各樣經(jīng)典的、面向應(yīng)用的、成熟的、因設(shè)備而異的優(yōu)化，專為所有支持的結(jié)構(gòu)而優(yōu)化。其中部分優(yōu)化包括： </p><p><b>　　消除公共子表達(dá)式 </b></p><p><b>　　軟件流水 </b></p><p><b>　　強(qiáng)度折減 </b><

26、;/p><p><b>　　自動(dòng)增量尋址 </b></p><p>　　基于成本的寄存器分配 </p><p><b>　　指令預(yù)測(cè) </b></p><p><b>　　硬件循環(huán) </b></p><p><b>　　函數(shù)內(nèi)聯(lián) </b>

27、;</p><p><b>　　矢量化 </b></p><p>　　TI編譯器還執(zhí)行程序級(jí)別優(yōu)化，在應(yīng)用程序級(jí)別評(píng)估代碼性能。通過程序級(jí)別視圖，編譯器能夠像具有完整系統(tǒng)視圖的匯編程序開發(fā)人員一樣生成代碼。編譯器充分利用此應(yīng)用程序級(jí)別視圖，找出能夠顯著提升處理器性能的折衷。 </p><p>　　TI ARM和Microcontroller C

28、/C++編譯器經(jīng)過專門針對(duì)代碼大小和控制代碼效率的優(yōu)化。它們具備行業(yè)領(lǐng)先的性能和兼容性。 </p><p><b>　　1.6模擬</b></p><p>　　模擬器向用戶提供一種在能夠使用開發(fā)板之前開始開發(fā)的方式。模擬器還具有更加透徹地了解應(yīng)用程序性能和行為的優(yōu)勢(shì)。提供了幾種模擬器，讓用戶能夠權(quán)衡周期精確性、速度和外圍設(shè)備模擬，一些模擬器特別適合算法基準(zhǔn)測(cè)試，而另一

29、些特別適合更加詳細(xì)的系統(tǒng)模擬。 </p><p>　　1.7硬件調(diào)試（仿真）</p><p>　　TI設(shè)備包含高級(jí)硬件調(diào)試功能。這些功能包括： </p><p>　　IEEE 1149.1 (JTAG) 和邊界掃描 </p><p>　　對(duì)寄存器和內(nèi)存的非侵入式訪問 </p><p>　　實(shí)時(shí)模式，用于調(diào)試與不得禁用的

30、中斷進(jìn)行交互的代碼。實(shí)時(shí)模式允許您在中斷事件掛起后臺(tái)代碼，同時(shí)繼續(xù)執(zhí)行時(shí)間關(guān)鍵中斷服務(wù)例程。 </p><p>　　多核操作，例如同步運(yùn)行、步進(jìn)和終止。其中包括跨核觸發(fā)，該功能可以讓一個(gè)核觸發(fā)另一個(gè)核終止。 </p><p>　　高級(jí)事件觸發(fā) (AET)，可在選定設(shè)備上使用，允許用戶依據(jù)復(fù)雜事件或序列，例如無效數(shù)據(jù)或程序內(nèi)存訪問，終止CPU或觸發(fā)其他事件。它能夠以非侵入式方式測(cè)量性能及統(tǒng)計(jì)

31、系統(tǒng)事件數(shù)量（例如緩存事件）。 </p><p>　　CCStudio提供有關(guān)選定設(shè)備的處理器跟蹤，幫助客戶發(fā)現(xiàn)以前“看不到的”復(fù)雜實(shí)時(shí)缺陷。跟蹤能夠探測(cè)很難發(fā)現(xiàn)的缺陷-事件之間的爭(zhēng)用情況、間歇式實(shí)時(shí)干擾、堆棧溢出崩潰、失控代碼和不停用處理器的誤中斷。跟蹤是一種完全非侵入式調(diào)試方法，依賴處理器內(nèi)的調(diào)試單元，因此不會(huì)干擾或更改應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)行為。跟蹤可以微調(diào)復(fù)雜開關(guān)密集型多通道應(yīng)用程序的代碼性能和緩存優(yōu)化。處理器跟

32、蹤支持程序、數(shù)據(jù)、計(jì)時(shí)和所選處理器與系統(tǒng)事件/中斷的導(dǎo)出?？梢詫⑻幚砥鞲檶?dǎo)出到XDS560跟蹤外部JTAG仿真器或選定設(shè)備上，或?qū)С龅叫酒彺媲度胧礁櫨彺?ETB)上。 </p><p>　　1.8實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持</p><p>　　CCSv4 具有兩個(gè)版本的 TI 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)： </p><p>　　DSP/BIOS5.4x是一種為DSP設(shè)備提供預(yù)清空多任

33、務(wù)服務(wù)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。其服務(wù)包括ISR調(diào)度、軟件中斷、信號(hào)燈、消息、設(shè)備I/O、內(nèi)存管理和電源管理。此外，DSP/BIOS5.x還包括調(diào)試診斷和加工，包括低系統(tǒng)開銷打印和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集。 </p><p>　　BIOS6.x是一種高級(jí)可擴(kuò)展實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，支持ARM926、ARM Cortex M3、C674x、C64x+、C672x和基于28x的設(shè)備。它提供DSP/BIOS 5.x沒有的若干內(nèi)核和調(diào)試增強(qiáng)，包括更快

34、、更靈活的內(nèi)存管理、事件和優(yōu)先級(jí)繼承互斥體。 </p><p>　　注意：BIOS6.x包括DSP/BIOS5.x兼容層，從而使應(yīng)用程序源代碼的遷移非常輕松。</p><p>　　2. CCSv4的主要功能</p><p>　?。?） 具有集成可視化代碼編譯界面，用戶可通過其界面直接編寫C、匯編、.cmd文件等。</p><p>　?。?）具

35、有集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化C編譯器等，將代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等最諸多功能集成到一個(gè)軟件環(huán)境中。</p><p>　　（3）高性能編譯器支持匯編文件的動(dòng)態(tài)語(yǔ)法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤。</p><p>　?。?）工程項(xiàng)目管理工具可對(duì)用戶程序?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目管理。在生成目標(biāo)程序和程序庫(kù)的過程中，建立不同的程序跟蹤信息，通過跟蹤信息對(duì)不同的程序進(jìn)行分類管理。<

36、/p><p>　?。?）基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼，查看寄存器，存儲(chǔ)器，反匯編，變量窗口等功能，并支持C源代碼級(jí)調(diào)試。</p><p>　?。?）斷點(diǎn)工具，能在調(diào)試程序的過程中完成硬件斷點(diǎn)，軟件斷點(diǎn)和條件斷點(diǎn)的設(shè)置。</p><p>　　（7）分析工具，包括模擬器和仿真器的分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能，評(píng)價(jià)代碼執(zhí)行的時(shí)鐘。</p><p>

37、　　（8）數(shù)據(jù)的圖形顯示工具，可以將運(yùn)算結(jié)果用圖形顯示，包括顯示時(shí)域/頻域波形，眼圖，星座圖，圖像等，并能進(jìn)行自動(dòng)刷新。</p><p>　?。?）提供GEL工具</p><p>　?。?0）支持多DSP的調(diào)試</p><p>　　（11）支持RTDX技術(shù)，可在不終端目標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)DSP與其他應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換。</p><p>

38、;　?。?2）提供DSP/BIOS工具，增強(qiáng)對(duì)代碼的實(shí)時(shí)分析能力。</p><p><b>　　三、濾波器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1．?dāng)?shù)字濾波器的介紹</p><p>　　數(shù)字濾波器是對(duì)數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波的線性時(shí)不變系統(tǒng)。數(shù)字濾波實(shí)質(zhì)上是一種運(yùn)算過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的運(yùn)算處理。輸入數(shù)字信號(hào)（數(shù)字序列）通過特定的運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅臄?shù)字序列，因

39、此，數(shù)字濾波器本質(zhì)上是一個(gè)完成特定運(yùn)算的數(shù)字計(jì)算過程，也可以理解為是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。描述離散系統(tǒng)輸出與輸入關(guān)系的卷積和差分方程只是給數(shù)字信號(hào)濾波器提供運(yùn)算規(guī)則，使其按照這個(gè)規(guī)則完成對(duì)輸入數(shù)據(jù)的處理。時(shí)域離散系統(tǒng)的頻域特性:,</p><p>　　其中、分別是數(shù)字濾波器的輸出序列和輸入序列的頻域特性（或稱為頻譜特性）,是數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng)的頻譜，又稱為數(shù)字濾波器的頻域響應(yīng)。輸入序列的頻譜經(jīng)過濾波后,因此，只要按照

40、輸入信號(hào)頻譜的特點(diǎn)和處理信號(hào)的目的， 適當(dāng)選擇，使得濾波后的滿足設(shè)計(jì)的要求，這就是數(shù)字濾波器的濾波原理。</p><p>　　數(shù)字濾波器根據(jù)其沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性，可分為兩種，即無限長(zhǎng)沖激響應(yīng)(IIR)數(shù)字濾波器和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器。FIR濾波器具有不含反饋環(huán)路、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及可以實(shí)現(xiàn)的嚴(yán)格線性相位等優(yōu)點(diǎn)，因而在對(duì)相位要求比較嚴(yán)格的條件下，采用FIR數(shù)字濾波器。同時(shí)，由于在許多場(chǎng)合下，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)

41、行實(shí)時(shí)處理，因而對(duì)于單片機(jī)的性能要求也越來越高。由于DSP控制器具有許多獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，例如采用多組總線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行處理，獨(dú)立的累加器和乘法器以及豐富的尋址方式，采用 DSP控制器就可以提高數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的能力，可以對(duì)數(shù)字信號(hào)做到實(shí)時(shí)處理。DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）與一般的微處理器相比有很大的區(qū)別，它所特有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令集合、數(shù)據(jù)流程方式為解決復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理問題提供了便利，本文選用</p><p>　　TMS3

42、20VC5509A作為DSP處理芯片，通過對(duì)其編程來實(shí)現(xiàn)FIR濾波器。</p><p>　　2 .FIR濾波器的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　FIR數(shù)字濾波器是一種非遞歸系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　由此可得到系統(tǒng)的差分方程為：</p><p>

43、　　則，F(xiàn)IR濾波器的結(jié)構(gòu)如下圖：</p><p>　　其沖激響應(yīng)是有限長(zhǎng)序列，它 濾波器系數(shù)向量,N 為FIR濾波器的階數(shù)。</p><p>　　在數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中往往需要設(shè)計(jì)線性相位的濾波器，F(xiàn)IR濾波器在保證幅度特性滿足技術(shù)要求的同時(shí)，很容易做到嚴(yán)格的線性相位特性為了使濾波器滿足線性相位條件，要求其單位脈沖響應(yīng)為實(shí)序列，且滿足偶對(duì)稱或奇對(duì)稱條件，即或.這樣，當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，偶對(duì)稱線性

44、相位FIR濾波器的差分方程表達(dá)為</p><p>　　由上可見，F(xiàn)IR濾波器不斷地對(duì)輸入樣本延時(shí)后，再做乘法累加運(yùn)算，將濾波器結(jié)果輸出。因此，F(xiàn)IR實(shí)際上是一種乘法累加運(yùn)算。而對(duì)于線性相位FIR濾波器系數(shù)的對(duì)稱特性，可以采用結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)的FIR結(jié)構(gòu)將乘法器數(shù)目減少一半。</p><p>　　3. 課程設(shè)計(jì)結(jié)果及分析</p><p>　　3.1用MATLAB得到濾波器的系

45、數(shù)</p><p>　　傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，計(jì)算工作量大，濾波特性調(diào)整困難，影響了它的應(yīng)用。利用matlab信號(hào)處理工具箱 （signal processing toolbox）快速有效的設(shè)計(jì)由軟件組成的常規(guī)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法。給出了使用matlab語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和利用信號(hào)處理工具箱的fdatool工 具進(jìn)行界面設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟。利用matlab設(shè)計(jì)濾波器，可以隨時(shí)對(duì)比設(shè)計(jì)要求和濾波器特性調(diào)整參數(shù)，

46、直觀簡(jiǎn)便，極大的減輕了工作量，有利于濾波器設(shè)計(jì)的 最優(yōu)化。</p><p>　　fdatool（filter design & analysis tool）是matlab信號(hào)處理工具箱里專用的濾波器設(shè)計(jì)分析工具，matlab6.0以上的版本還專門增加了濾波器設(shè)計(jì)工具箱（filter design toolbox）。fdatool可以設(shè)計(jì)幾乎所有的基本的常規(guī)濾波器，包括fir和iir的各種設(shè)計(jì)方法。它操作簡(jiǎn)

47、單，方便靈活。</p><p>　　fdatool界面總共分兩大部分，一部分是design filter，在界面的下半部，用來設(shè)置濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)，另一部分則是特性區(qū)，在界面的上半部分，用來顯示濾波器的各種特性。帶通濾波器的設(shè)計(jì)及各參數(shù)設(shè)定：</p><p>　　注釋：濾波器的階數(shù)N=25，采樣頻率為1000HZ，低通的截止頻率為20HZ，帶通的截止頻率為180HZ</p>

48、<p>　　得到的系數(shù)如下圖所示：</p><p>　　3.2在CCS中運(yùn)行的結(jié)果</p><p>　　3.1.1時(shí)域圖如下圖所示：</p><p><b>　　濾波前的波形</b></p><p><b>　　濾波后的波形</b></p><p>　　由時(shí)域圖相比

49、可得：濾波前的時(shí)域圖是帶很多毛刺不規(guī)則的正弦波，而濾波后的波形是平滑的等幅正弦波。因?yàn)檩斎胄盘?hào)時(shí)三個(gè)信號(hào)的疊加，經(jīng)過FIR的帶通濾波器后，將低頻成分與高頻成分濾掉過后，保留下來的信號(hào)的波形圖就會(huì)變得平滑一些。</p><p>　　3.1.2 頻譜圖如下圖所示： </p><p><b>　　濾波前信號(hào)頻譜</b></p><p><b&g

50、t;　　濾波后信號(hào)頻譜</b></p><p>　　由頻域圖可得：濾波前的頻域圖出現(xiàn)三個(gè)帶尖峰的圖像（第三個(gè)的頻率在500Hz處，沒有顯示出來）,而濾波后的波形只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)帶尖峰圖像，而且是出現(xiàn)在頻率為100Hz處，說明信號(hào)經(jīng)過濾波器后，將信號(hào)中的低頻高頻成分濾除掉了。</p><p>　　四、課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會(huì)</p><p>　　FIR濾波器的設(shè)

51、計(jì)是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的基礎(chǔ)，也是DSP芯片的重要組成部分。FIR濾波器性能的好壞直接影響著DSP的運(yùn)行速度和精度，對(duì)現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展起決定性作用，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)在以后的一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里將持續(xù)主導(dǎo)DSP，而DSP隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域愈來愈廣泛。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了FIR濾波器的設(shè)計(jì)并學(xué)會(huì)了CCS軟件的應(yīng)用，使我對(duì)DSP芯片有了更深一步的了解，鞏固了以前在《數(shù)字信號(hào)處理》中

52、學(xué)的濾波器設(shè)計(jì)的理論知識(shí)使我們建立了濾波器設(shè)計(jì)的整體概念，通過仿真使得學(xué)的一些抽象的理論形象化,強(qiáng)化了自己的基礎(chǔ)知識(shí)。</p><p><b>　　五、附件</b></p><p><b>　　程序代碼：</b></p><p>　　#include "myapp.h"</p><p

53、>　　#include "csedu.h"</p><p>　　#include "scancode.h"</p><p>　　#include <math.h></p><p>　　#define FIRNUMBER 25</p><p>　　#define SIGNAL1F 10&

54、lt;/p><p>　　#define SIGNAL2F 100</p><p>　　#define SIGNAL3F 500</p><p>　　#define SAMPLEF 1000</p><p>　　#define PI 3.1415926</p><p>　　float InputWave();</p&

55、gt;<p>　　float FIR();</p><p>　　float fHn[FIRNUMBER]= { 0.0060 , 0.0157 , 0.0258 , 0.0266 , 0.0089 , </p><p>　　-0.0283 ,-0.0723 , -0.0999 , -0.0891 , -0.0342 ,</p><p>　　

56、0.0469 , 0.1189 , 0.1476 , 0.1189 , 0.046 ,</p><p>　　-0.0342 ,-0.0891 , -0.0999 , -0.0723 , -0.0283 ,</p><p>　　0.0089 , 0.0266 , 0.0258 , 0.0157 , 0.0060</p><p><b>　　};

57、</b></p><p>　　float fXn[FIRNUMBER]={ 0.0 };</p><p>　　float fInput,fOutput;</p><p>　　float fSignal1,fSignal2,fSignal3;</p><p>　　float fStepSignal1,fStepSignal2,fSt

58、epSignal3;</p><p>　　float f2PI;</p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　float fIn[256],fOut[256];</p><p>　　int nIn,nOut;</p><p><b>　　main()</b

59、></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;</p><p>　　fSign

60、al3=0.0;</p><p>　　fStepSignal1=2*PI*0.01;</p><p>　　fStepSignal2=2*PI*0.1;</p><p>　　fStepSignal3=2*PI*0.5;</p><p>　　while ( 1 )</p><p><b>　　{</b>

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

62、;　　nOut++;/* break point */</p><p>　　if ( nOut>=256 )</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　nOut=0;</b></p><p><b>　　}</b></p>

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

64、><p>　　fXn[i]=fXn[i-1];</p><p>　　fXn[0]=10*sin((double)fSignal1)+cos((double)fSignal2)+0.1*cos((double)fSignal3);</p><p>　　fSignal1+=fStepSignal1; </p><p>　　if ( fSignal1&

65、gt;=f2PI )fSignal1-=f2PI;</p><p>　　fSignal2+=fStepSignal2;</p><p>　　if ( fSignal2>=f2PI )fSignal2-=f2PI;</p><p>　　fSignal3+=fStepSignal3;</p><p>　　if ( fSignal3>

66、;=f2PI )fSignal3-=f2PI;</p><p>　　return(fXn[0]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　float FIR()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　float fSum;<

67、/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><b>　　}&