FIR濾波器DSP實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì).doc

課程設(shè)計(jì)一 FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)一、課程設(shè)計(jì)目的1、復(fù)習(xí)用C語言對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器的編程方法，熟悉如何使用C5000系列數(shù)字信號(hào)處理器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；2、復(fù)習(xí)用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器；3、對(duì)TMS320VC5509編程實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)的FIR濾波器。二、課程設(shè)計(jì)原理（一）TMS320VC5509簡(jiǎn)介TMS320VC5509是TI公司出產(chǎn)的定點(diǎn)DSP芯片，它的源代碼與C54x系列兼容，但速度更快，時(shí)鐘頻率可達(dá)300MHz，功耗是C54x系列的1/6。C5509的CPU內(nèi)部有2個(gè)乘法器、1個(gè)40位的加法器、1個(gè)16位的加法器、4個(gè)累加器。共有12組總線，其中3組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀總線，2組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫總線，及相應(yīng)5組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址總線，程序存儲(chǔ)器讀總線及地址線各一組。片內(nèi)外設(shè)資源也比C54x系列數(shù)字信號(hào)處理器豐富，4通道10位A/D、DMA單元、RTC電路、McBSP、定時(shí)器等。本設(shè)計(jì)中將用到A/D單元。TMS320C5509A內(nèi)部有一個(gè)4通道10位A/D，相關(guān)寄存器有4個(gè)，通過對(duì)這4個(gè)寄存器的操作來控制A/D模塊。1.、ADC控制寄存器：ADCCTLADCSTART：0 無作用；1 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換CHSELECT：從4個(gè)模擬通道中選擇一個(gè)作為輸入信號(hào)Reserved：保留2、ADC數(shù)據(jù)寄存器：ADCDATAADCBUSY：0 ADC數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，即A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束；1 正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換CHSELECT：從4個(gè)模擬通道中選擇一個(gè)作為輸入信號(hào)ADCDATA：A/D轉(zhuǎn)換得到的10位二進(jìn)制數(shù)3、ADC時(shí)鐘控制寄存器：ADCCLKCTLIDLEEN：0 不允許ADC處于休眠狀態(tài)；1 允許ADC處于休眠狀態(tài)CPUCLKDIV：決定ADC時(shí)鐘頻率ADC Clock：(CPU Clock) / ( CPUCLKDIV+1)4、 ADC時(shí)鐘分頻寄存器：ADCCLKDIVSAMPTIMEDIV：與CONVRATEDIV一起決定采樣/保持周期ADC Sample and Hold Time = (ADC Clock Period)*2*(CONVRATEDIV+1+ SAMPTIMEDIV)CONVRATEDIV：決定A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率ADC Conversion Clock = (ADC Clock) / (2*( CONVRATEDIV+1)完成一次A/D轉(zhuǎn)換需要13個(gè)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，所以，一次轉(zhuǎn)換時(shí)間是t = 13 / ADC Conversion Clock一次完整的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間是采樣/保持周期和轉(zhuǎn)換時(shí)間的和，采樣頻率是其倒數(shù)ADC Total Conversion Time = ADC Sample and Hold Period+tSampling Rate = 1/ ADC Total Conversion Time（二）窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的原理根據(jù)阻帶最小衰減和過渡帶寬選擇合適的窗函數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同指標(biāo)的各種類型FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。1、利用窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR濾波器的具體步驟如下：（1）由給定的濾波器的幅頻響應(yīng)參數(shù)求出理想的單位脈沖響應(yīng)hd(n)（下面已給出，直接用）。（2）根據(jù)下表，由阻帶最小衰減選擇窗函數(shù)類型w(n)，由設(shè)計(jì)指標(biāo)和過渡帶寬確定濾波器階數(shù)N，對(duì)于高通濾波器，N只能取奇數(shù)。（3）計(jì)算濾波器的單位脈沖響應(yīng)h (n) hd(n) w(n)。窗函數(shù)加窗后濾波器性能指標(biāo)過渡帶寬 阻帶最小衰減/dB矩形窗0.92/N21三角形窗2.12/N25漢寧窗3.12/N44海明窗3.32/N53布拉克曼窗5.52/N742、理想濾波器單位脈沖響應(yīng)hd(n)(1) 理想低通濾波器單位脈沖響應(yīng)(2) 理想高通濾波器單位脈沖響應(yīng)(3) 理想帶通濾波器單位脈沖響應(yīng)(4) 理想帶阻濾波器單位脈沖響應(yīng)3、典型窗函數(shù)（1）矩形窗(Rectangle Window) （2）三角形窗(Bartlett Window)（3）漢寧(Hanning)窗，又稱升余弦窗（4）海明(Hamming)窗，又稱改進(jìn)的升余弦窗（5）布拉克曼(Blankman)窗，又稱二階升余弦窗詳細(xì)設(shè)計(jì)原理參見程佩青的數(shù)字信號(hào)處理教程第7.3節(jié)窗函數(shù)設(shè)計(jì)法。三、課程設(shè)計(jì)步驟觀察實(shí)驗(yàn)箱各部分元件，連接電源線，打開實(shí)驗(yàn)箱上的主電源（位于左上角）和開發(fā)板電源（位于右下角）。1、安裝驅(qū)動(dòng)（1）將服務(wù)器user14（或15、或16）上的FIRs文件夾拷貝到自己電腦的E盤中；（2）雙擊E盤FIRs文件夾中的usbdrv.exe，安裝仿真器驅(qū)動(dòng)程序到c:TI2下；（3）將方形下載線與實(shí)驗(yàn)箱上橙色鐵盒接口相連；在彈出的“找到硬件向?qū)А睍?huì)話框中依次做如下操作：選“否，暫時(shí)不”下一步從列表指定位置安裝下一步瀏覽框中選擇c:TI2ICETEK完成。2、配置并運(yùn)行CCS（1）雙擊Setup CCS2(C5000)；（2）在Import Configuration框中選擇ICETEK USB Emulator for C55x，點(diǎn)擊Import，點(diǎn)擊close。（3）清除其他項(xiàng)（右鍵單擊相應(yīng)項(xiàng)，點(diǎn)擊remove），保證My System下只有一項(xiàng)：C55xx XDS5510 Emulator，右鍵點(diǎn)擊該項(xiàng)選Properties，在彈出的關(guān)聯(lián)框中選Startup GEL Files標(biāo)簽，Startup GEL欄選擇ICETCK-V5509-A.GEL，保存。關(guān)閉Setup CCS2(C5000)。至此，將目標(biāo)板設(shè)置為通過USB口連接的實(shí)驗(yàn)箱。注意操作步驟的先后順序必須正確（開實(shí)驗(yàn)箱電源、插USB下載線、運(yùn)行CCS），若CCS不能運(yùn)行則按此步驟重新操作。（4）打開CCS，在CCS下打開工程AD.pjt（project-open）。展開左側(cè)source，雙擊main.c，閱讀源文件。3、準(zhǔn)備信號(hào)源進(jìn)行AD 輸入（1）用一根信號(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ADCIN2插孔，注意插頭要插牢、插到底。這樣，信號(hào)源波形輸出A 的輸出波形即可送到開發(fā)板的AD 輸入通道0。（2）同理，用另一根信號(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ADCIN3插孔，使信號(hào)源波形輸出B的輸出波形送到開發(fā)板的AD輸入通道1。（3）設(shè)置波形輸出A：- 向內(nèi)側(cè)輕按波形頻率選擇鈕、稍停頓，單步操作直到標(biāo)有正弦波的指示燈點(diǎn)亮。- 向下?lián)軇?dòng)波形頻率選擇鈕、稍停頓，單步操作直到標(biāo)有100-1KHz 的指示燈點(diǎn)亮。- 上下調(diào)節(jié)幅值調(diào)整旋鈕，將波形輸出A 的幅值調(diào)到最大。（4）設(shè)置波形輸出B：- 向下?lián)軇?dòng)波形頻率選擇鈕、稍停頓，直到標(biāo)有1K-10KHz 的指示燈點(diǎn)亮。其他同上。4、將程序編譯、鏈接、下載到目標(biāo)板上，在指定位置設(shè)置斷點(diǎn)，通過圖形窗口觀察并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（1）編譯、鏈接無誤后下載到目標(biāo)板。（編譯：Project - Compile File；鏈接：Project - Build；下載：File - Load Program - debug -*.out）（2）將鼠標(biāo)移動(dòng)到主程序中“asm ( nop);”行的起始位置，右鍵選“Toggle breakpoint”，在本行前出現(xiàn)紅點(diǎn)，表示設(shè)置斷點(diǎn)成功。選擇菜單Debug - Animate運(yùn)行程序。（3）通過圖形窗口觀察輸入、輸出波形。選擇菜單View - Graph- Time/Frequency，在彈出框中進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，圖形觀察窗口各項(xiàng)定義的意義參閱DSP課本369頁。a) 觀察低頻信號(hào)圖：選擇菜單View-Graph-Time/Frequency，在彈出框中做如圖所示設(shè)置。b）觀察高頻信號(hào)圖：選擇菜單View-Graph-Time/Frequency，在彈出框中做如下設(shè)置：Graph Title：AD1；Start Address：nADC1；其它值同上圖。c）觀察混頻信號(hào)圖：選擇菜單View-Graph-Time/Frequency，在彈出框中做如下設(shè)置：Graph Title：x；Start Address：xDSP Data Type：32-bit floating point；其他值同上圖。d）觀察濾波后信號(hào)圖：選擇菜單View-Graph-Time/Frequency，在彈出框中做如下設(shè)置：Graph Title：y；Start Address：yDSP Data Type：32-bit floating point；其他值同上圖。5、一邊調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的幅值、頻率，一邊觀察各圖的變化，分析仿真結(jié)果。6、停止程序運(yùn)行（Debug-Halt）。認(rèn)真閱讀程序和參考資料，按“課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求”完成報(bào)告。四、課程設(shè)計(jì)要求1、計(jì)算h(n)的子程序是哪個(gè)？2、啟動(dòng)A/D模塊工作的語句是哪兩句？3、經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字值放在哪個(gè)寄存器中？4、閱讀main.c中的程序段：for(i=0; iLen; i+) rm= 0; r=0; if(iN) M=i; else M=N; for(j=0;jM;j+) r = hj*xi-j;rm = rm + r; yi = rm; 寫出該程序段實(shí)現(xiàn)的算法。5、已知CPU頻率是144MHz，問ADC的采樣頻率為多大？讀懂程序，寫出程序中實(shí)現(xiàn)的FIR濾波器的截止頻率值，程序中選用的窗函數(shù)w(n)和濾波器階數(shù)N。6、修改程序?qū)崿F(xiàn)一個(gè)高通濾波器，通帶截止頻率fp=1300Hz，阻帶截止頻率fst=700Hz，阻帶衰減不小于50dB。通過計(jì)算確定窗函數(shù)及濾波器階數(shù)N，并在此基礎(chǔ)上修改程序，實(shí)現(xiàn)該高通濾波器，并通過圖形觀察窗口觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。打印出信號(hào)的時(shí)域波形圖（輸入、混