基于DSP的FIR濾波器課程設(shè)計(jì)

1、第1章緒論21.1課程設(shè)計(jì)（論文）目的2第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)功能介紹22.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)流程圖（如圖2.1）32.3 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及步驟32.3.1 濾波器白原理32.3.2 DSP實(shí)現(xiàn)FIR濾波的關(guān)鍵技術(shù)42.3.3 具體的操作步驟6第3章詳細(xì)設(shè)計(jì)61 MATLA科序流程圖（如圖3.1）61 CCST編程序流程圖（如圖3.2）7第4章實(shí)驗(yàn)過(guò)程8實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容8實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及解決的辦法11CCS程序運(yùn)行后的各種輸出結(jié)果11第5章結(jié)束語(yǔ)13第6章參考文獻(xiàn)14第1章緒論1.1課程設(shè)計(jì)（論文）目的通過(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DS

2、P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，從而具備解決綜合性實(shí)際問(wèn)題的能力。第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能介紹任何一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，都存在著各種各樣的干擾。數(shù)字濾波器是使用最為廣泛的信號(hào)處理算法之一。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(xiàn)通信中的數(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。在本設(shè)計(jì)中，先使用MATLAB模擬產(chǎn)生合成信號(hào)，然后再利用CCS進(jìn)行濾波處理。將模擬信號(hào)的采樣頻率設(shè)

3、定為32000Hz，設(shè)計(jì)一個(gè)FIR低通濾波器，其參數(shù)為：濾波器名稱(chēng)：FIR低通濾波器采樣頻率：Fs=40000Hz通帶：4000Hz4500Hz過(guò)渡帶：2500Hz3000Hz,3500Hz4000Hz帶內(nèi)波動(dòng)：0.5dB阻帶衰減：50dB濾波器級(jí)數(shù)：N=154濾波器系數(shù)：由MATLAB根據(jù)前述參數(shù)求得。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)流程圖（如圖2.1）圖2.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)流程圖設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及步驟濾波器的原理對(duì)于任彳5一個(gè)FIR濾波器系統(tǒng)，它的沖擊響應(yīng)總是有限長(zhǎng)的，其系統(tǒng)函數(shù)可記為：其中N-1是FIR濾波器的階數(shù)，?”為延時(shí)結(jié)，“5）為端口信號(hào)函數(shù)。下式為最基本的FIR濾波器表示：S，/"*MSr。其

4、中一上）表示輸入采樣序列，”上）表示濾波器系數(shù)，n表示濾波器的階數(shù)，Y（n）表示濾波器的輸出序列，也可以用下式利用卷積來(lái)表示輸出序列y（n）PORTRPA1,*AR2+0.end用循環(huán)緩沖區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)FIR濾波器其程序清單如下：.title“FIR2.ASM”.mmregs.defstart.bssy,1xn.usect"xn",7b0.usect“b0”，7PA0.set0PA1.set1.datatable:.word1*32768/10.word2*32768/10.word3*32768/10.word4*32768/10.word5*32768/10.word6*32

5、768/10.word7*32768/10.textstart:SSBXFRCTSTM#b0,AR1RPT#6MVPDtable,*AR1+與x(n)、h(n)的關(guān)系:y(n)=x(n)*h(n)DSP實(shí)現(xiàn)FIR濾波的關(guān)鍵技術(shù)用線(xiàn)性緩沖區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)FIR濾波器其程序清單如下：.title“FIR1.ASM'.mmregs.defstartx.usect"x",8PA0.set0PA1.set1.dataCOEF.word1*32768/10.word2*32768/10.word-4*32768/10.word3*32768/10.word-4*32768/10.wor

6、d2*32768/10.word1*32768/10.textstart:SSBXFRCTSTM#x+7,AR2STM#6,AR0LD#x+1,DPPORTRPA1,x+1FIR1:RPTZA,#6MACD*AR2-,COEF,ASTHA,*AR2PORTW*AR2+,PA0BDFIR1STM#xn+6,AR2STM#b0+6,AR3STM#7,BKSTM#-1,AR0LD#xn,DPPORTRPA1,xnFIR2:RPTZA,#6MAC*AR2+0%,*AR3+0%,ASTHA,yPORTWy,PA0BDFIR2PORTRPA1,*AR2+0%.end具體的操作步驟(1)打開(kāi)FDATOOL,

7、根據(jù)濾波要求設(shè)置濾波器的類(lèi)型、通帶截止頻率、指定階數(shù)、采樣頻率等。設(shè)置完設(shè)計(jì)參數(shù)后再單擊DesignFilter按鈕，生成濾波器系數(shù)。(2)把生成的濾波器系數(shù)傳到目標(biāo)DSP。選擇菜單Targets->ExporttoCodeComposerStudio(tm)IDE,打開(kāi)ExporttoCHeaderFile對(duì)話(huà)框，選擇Cheaderfile,然后指定變量名(濾波器階數(shù)和系數(shù)向量)，輸出數(shù)據(jù)類(lèi)型可以選擇浮點(diǎn)型或32b,16b整型等，再根據(jù)自己安裝選擇目標(biāo)板板號(hào)和處理器號(hào)，單擊OK,保存該頭文件，同時(shí)需指定文件名(filtercoeff.h)和路徑(保存在c：timyprojectsfir

8、工程中)。(3)修改CCS匯編程序，刪除掉數(shù)據(jù)前的所有文字，在其開(kāi)頭加上.data,第二行加上coeff.word,在每行的前面都加上.word,并且把每行的最后的逗號(hào)去除掉。(4)編譯匯編程序，若有錯(cuò)誤，則根據(jù)錯(cuò)誤提示進(jìn)行修改；若沒(méi)有錯(cuò)誤，則繼續(xù)往下執(zhí)行。(5)加載初始化DATA數(shù)據(jù)。運(yùn)行程序，查看輸入輸出的波形，修改相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試第3章詳細(xì)設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中首先使用MATLAB進(jìn)行模擬仿真產(chǎn)生信號(hào)，觀察濾波前的時(shí)域波形和頻域波形。通過(guò)MATLAB仿真后，使用其得到的濾波器參數(shù)，再進(jìn)行DSP編程處理，在DSP中實(shí)現(xiàn)帶通濾波，然后使用CCS的頻譜分析功能，查看DSP的濾波效果。3.1MATLA

9、Bg序流程圖(如圖3.1)圖3.1MATLAB程序流程圖3.2CCST編程序流程圖（如圖3.2）圖3.2CCS匯編程序流程圖第4章實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容MATLAB輔助DSP實(shí)現(xiàn)FIR，其總體過(guò)程為在DSP中編寫(xiě)處理程序，在MATLAB中利用濾波器設(shè)計(jì)、分析工具（FDATOOL）,根據(jù)指定的濾波器性能快速設(shè)計(jì)一個(gè)FIR，再把濾波器系數(shù)以頭文件形式導(dǎo)入CCS中，頭文件中MATLAB輔助DSP實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器含濾波器階數(shù)和系數(shù)數(shù)組，在MATLAB中調(diào)試、運(yùn)行DSP程序并顯示、分析處理后的數(shù)據(jù)。使用該方法，便于采用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)程序。頭文件名不變，當(dāng)MATLAB中設(shè)計(jì)的濾波器系數(shù)改變時(shí)，相應(yīng)頭文

10、件中系數(shù)也改變，方便程序調(diào)試、仿真。.在MATLAB中先編寫(xiě)程序，查看待濾波和已濾波的信號(hào)的時(shí)域和頻域波形，如圖4.1.1和圖4.1.2所示。圖4.1.1待濾波的時(shí)域和頻域波形圖4.1.2已濾波的時(shí)域和頻域波形利用FDATOOL設(shè)計(jì)FIR濾波器的參數(shù)，操作步驟如圖4.1.3所示1.31aJi.1!ieTqp-LiYivrir*dnHiLp口蘇。營(yíng)口卵啟a父燈jrt'uea0h值夠FgFEOrta:1S3制斑：We,Smids:腳唧！MiWW-Trt-r,1-1，=，廠(chǎng)-，11113，卜3，n246S1Q1214IEIB圖4.1.3FDATOOL設(shè)計(jì)FIR濾波器的參數(shù)操作步驟圖打開(kāi)Exp

11、ort,把Numerator改為B,如圖4.1.4所示圖4.1.4EXPORT設(shè)置已濾波的信號(hào)的時(shí)域和頻域波形，如圖4.1.5和圖4.1.6所示圖4.1.5已濾波的信號(hào)的時(shí)域波形圖4.1.6已濾波的信號(hào)的頻域波形MATLAB濾波器設(shè)計(jì)工具在完成FIR設(shè)計(jì)后，如圖4.1.7所示，在Exportas中選擇16bit符號(hào)整數(shù)輸出，然后單擊OK按鈕。生成fir.hC語(yǔ)言頭文件。將系數(shù)稍作修改，調(diào)整后拷貝到程序的系數(shù)初始化空間即可。圖4.1.7MATLAB輸出數(shù)值類(lèi)型轉(zhuǎn).在CCS中編寫(xiě)匯編程序，進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)帶通濾波功能。在CCSIDE中建立LHM.pjt工程,用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)處理主程序fir.asm。另

12、根據(jù)板上的存儲(chǔ)器配置方式，編寫(xiě)存儲(chǔ)器配置文件fir.cmd文件，將MATLAB生成的LHM.h和input1.dat文件拷貝到LHM.pjt工程文件夾下，進(jìn)行編譯、鏈接,生成可執(zhí)行文件LHM.out。.加載初始化data數(shù)據(jù)，圖4.1.8所示。運(yùn)行程序，查看輸入輸出波形，修改相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及解決的辦法.在MATLAB程序設(shè)計(jì)中，采樣頻率設(shè)置的過(guò)小，截止頻率大于采樣頻率的一半，運(yùn)行的時(shí)候圖形出現(xiàn)錯(cuò)誤。.FIR.m中的采樣頻率要和開(kāi)始設(shè)置時(shí)的采樣頻率一致，否則結(jié)果會(huì)出現(xiàn)偏差。.在CCS中未定義標(biāo)號(hào)，程序運(yùn)行錯(cuò)誤。.在.h文件中未把coeff頂格寫(xiě)，編譯時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。.未將fir

13、.h和input.dat文件考入工程文件中。.間接尋址過(guò)程中，程序中丟失。.在View的Graph中單擊Time/frequency出現(xiàn)graphpropertydialog框，未修改抽樣點(diǎn)數(shù)。顯示的圖形出現(xiàn)差異CCS程序運(yùn)行后的各種輸出結(jié)果在View的Graph中單擊Time/frequency出現(xiàn)graphpropertydialog框。將顯示類(lèi)型，圖形名稱(chēng)，起始地址，抽樣點(diǎn)數(shù)，數(shù)據(jù)類(lèi)型等分別進(jìn)行設(shè)置，輸出各種波形。輸出濾波前的信號(hào)時(shí)域波形。首先，設(shè)置如圖4.1.9所示，輸出濾波前的信號(hào)時(shí)域波形。圖4.1.9濾波前數(shù)據(jù)類(lèi)型設(shè)置單擊OK后生成如下圖4.1.10波形。圖4.1.10為濾波前的信

14、號(hào)，波形很雜亂，從時(shí)域上很難看出信號(hào)的周期性。修改相應(yīng)設(shè)置，輸出如圖4.1.11所示濾波前信號(hào)頻譜。經(jīng)過(guò)濾波后，時(shí)域波形和信號(hào)頻譜分別如圖4.1.12和圖4.1.13所示圖4.1.10濾波前時(shí)域波形圖4.1.11濾波前信號(hào)頻譜/15-1219)TitteLinAutoS圖4.1.12濾波后時(shí)域波形圖4.1.13濾波后信號(hào)頻譜在這次課程設(shè)計(jì)中，我了解到了數(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。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

15、研究了如何在定點(diǎn)DSP中實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的算法，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。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，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。第6章參考文獻(xiàn)1李真芳、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