DSP原理及應用課程設計方案任務說明書

“ＤＳＰ原理及應用”課程設計任務說明書電子通信工程系設計任務1、利用Mａｔｌａb軟件的ＦDAToｏl工具設計FIR濾波器,并提取濾波器參數(shù)；2、在ＣCS集成開發(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)法設計FＩR濾波器程序，觀察輸入信號及濾波后得到的輸出信號的時域波形及ＦＦTMagnｉtude波形;３、利用TＭＳ32０F28１2的ADＣ片內(nèi)外設的外圍電路實時采集的混頻信號數(shù)據(jù)，使用１個51階的FIR低通濾波器,在ＣCＳ中設計FIR濾波器程序實現(xiàn)濾波，觀察相關波形及濾波效果，通過ＳCＩ接口將數(shù)據(jù)傳送到計算機上；4、(選做)利用TＩ公司的ＴＬV3２0ＡIC23高性能立體聲音頻Codeｃ芯片,通過MIＣ或音頻接口采樣音頻信號,對采樣的音頻信號做濾波運算,進行低音加重處理，再將運算過的音頻數(shù)據(jù)通過揚聲器播放出來。相關設備PC機,CCS集成開發(fā)環(huán)境,EXPＩV型實驗箱，XDS5１0仿真調(diào)試器，Matlab軟件設計原理有限沖擊響應數(shù)字濾波器的基礎理論；濾波器就是在時間域或頻域內(nèi)，對已知激勵產(chǎn)生規(guī)定響應的網(wǎng)絡,使其能夠從信號中提取有用的信號，抑制并衰減不需要的信號。濾波器的設計實質上就是對提出的要求給出相應的性能指標,再通過計算,使物理可實現(xiàn)的實際濾波器頻率響應特性逼近給出的頻率響應特性。ＦIR數(shù)字濾波器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：（1)由此得到系統(tǒng)的差分方程：（2)若ＦＩR數(shù)字濾波器的單位沖激響應序列為h（ｎ），它就是濾波器系數(shù)向量b(n)。傳統(tǒng)的濾波器分析與設計均使用繁瑣的公式計算,轉變參數(shù)后需要重新運算，從而在分析與設計濾波器尤其是高階濾波器時工作量格外大.這里應用MATLAB設計ＦIR濾波器，依據(jù)給定的性能指標設計一個H（z),使其逼近這一指標，進而計算并確定濾波器的系數(shù)b(n），再將所設計濾波器的幅頻響應、相頻響應曲線作為輸出，與設計要求進行比較,對設計的濾波器進行優(yōu)化。設計完成之后將得到FIＲ濾波器的單位沖激響應序列ｈ（n）的各個參數(shù)值。程序流程圖無限循環(huán)初始化無限循環(huán)初始化輸入低通濾波器各頻率參數(shù)構建濾波器頻域特性波形使用FDATool提取濾波器參數(shù)或用FIR濾波器計算程序計算得到濾波器參數(shù)構建FIR濾波器進行濾波熟識CCS集成開發(fā)環(huán)境的使用，能對程序進行跟蹤,分析結果；熟識SCI外設接口的相關知識,能通過串行口與PＣ機進行通信。應用基礎使用Mａｔlab中的Fdａｔoｏl設計濾波器（本文以ＦIR低通濾波器為例)FＤATｏｏl（FilterＤｅsign＆AnａｌysisＴｏol）是MATLAB信號處理工具箱里專用的濾波器設計分析工具，MATＬAB６.0以上的版本還專門增加了濾波器設計工具箱(ＦilteｒDｅｓｉgｎToolｂｏｘ）。FDATｏol界面為濾波器設計供應了一個交互式的設計環(huán)境，用戶可以依據(jù)對幅值和零極點圖的設置,設計幾乎全部的基本的常規(guī)濾波器，包括FＩR和IIR的各種設計方法,它們都具有標準的頻率帶寬結構。采納FDATooｌ設計法時其界面的上半部分為特性區(qū)，用來顯示濾波器的各種特性；下半部分為參數(shù)設定區(qū),用來設定濾波器的各種參數(shù)。首先在命令窗口鍵入FDAtool命令，啟動濾波器設計分析器,調(diào)出FDAtoｏl界面，如圖１所示。圖１FDAＴooｌ界面在FilteｒTyｐe選項中選Loｗpaｓｓ,在ＤeｓigｎMetｈod中選擇FIR濾波器,接著在ＦＩＲ中選擇Winｄｏｗ（窗函數(shù))法。然后在ＦilteｒOｒdｅr中選擇SｐｅｃiｆyOrｄeｒ（為指定階數(shù)），輸入數(shù)值為“2４”；在Opｉtiｏns框中選中“SｃalｅPaｓｓbanｄ”;在窗類型(Window：)下拉框選擇“Blaｃkman”.在ＦreｎｑuencySｐｅcｉfｉｃation選項中，將fs（為采樣頻率）、fｃ(為通帶截止頻率)中分別鍵入3０0０0Hz和９６０0Hｚ.點擊“ＤｅsignFｉltｅｒ”按鈕,完成濾波器的設計。簡略參數(shù)及設計成功后的結果如圖2所示.圖２ＦＩR低通濾波器設計 設計完成后,可以通過菜單選項Analyｓis來分析濾波器的幅頻響應和相頻響應特性。點擊Anaｌysiｓ中的ＭａｇnituｄｅResｐonsｅ和ＰhaｓeResponse對幅頻和相頻響應進行分析。在FDＡＴｏol中，選擇Tａrgeｔｓ－〉Ｇｅｎｅrａt(yī)eCＨeadｅr．．．,如圖３所示。圖3導出濾波器系數(shù)點擊Gｅnerａt(yī)e按鈕，選擇路徑，即可輸出前一步設計出的ＦIR濾波器的系數(shù)表.(默認的系數(shù)表文件為fdａcｏefs。h）在Matlab中打開得到的ｆdacoｅfs。h的文件，如圖４、圖5所示。圖４查看fｄaｃoeｆs。h文件圖5fｄａcoefs.h文件中的系數(shù)表取系數(shù)表中的數(shù)據(jù)小數(shù)點后3位有效值，得到如下內(nèi)容:cｏnstfloatB[２５］＝｛０．０，０．0，0。00１，-0．０02，－0．０0２，０．01，－0.0０９，—０．０1８,0.０4９，—0。０２,－0.1１，０。28,0。64,0．28,－０．1１，—０．02,０。０49,-０。018，-０。０09，0．01，-0．0０2，—０．0０2，0．0０1,0．0，０。0}；在CCS中編寫FIR濾波器程序（以C語言為例）(１）實驗籌備設置軟件仿真模式,啟動CＣS。（2）建立工程建立一個文件夾,存放在Ｄ:＼FIR，將Ｄ:\課程設計\ＦIR濾波器\Fｉr源程序文件夾下的工程全部復制到Ｄ:\FIＲ，在ＣCS中打開D:\FIR\fｉｒ＼ｆｉｒ.pjt工程，就會得到如圖6所示的工程界面。圖6FIＲ工程示例（３）編譯生成fiｒ。oｕt文件，通過Ｆilｅ->LｏａdPrｏｇｒam…裝載該文件.（４）設置波形時域觀察窗口。選擇菜單Vｉew→Graph→Tｉme/Freqｕenｃy…，分別進行如圖7、圖8所示設置。圖７輸入數(shù)據(jù)時域波形觀察圖8濾波后輸出波形觀察（５）設置頻域觀察窗口，選擇菜單Ｖiew→Gｒaph→Timｅ/Ｆreｑueｎcy…，分別進行如圖9、圖１0所示設置。圖９輸入數(shù)據(jù)ＦFT分析圖形觀察圖１0濾波后輸出數(shù)據(jù)的ＦＦT圖形觀察（６)設置斷點。在程序ｆｉr.ｃ中，有注釋斷點的語句上設置軟件斷點。（7)運行并觀察結果。選