DSP課程設(shè)計(jì)-- 基于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設(shè)計(jì)

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1、 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： DSP原理與應(yīng)用 系 ： 三 系 學(xué)生姓名： 張 欣 班 級(jí)： 通信工程 學(xué) 號(hào)： 20100306117 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師： 田愛(ài)君 開(kāi)課時(shí)間： 2012-2013 學(xué)年 2 學(xué)期

2、 一．設(shè)計(jì)題目 基于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設(shè)計(jì) 二．主要內(nèi)容 本課程設(shè)計(jì)主要完成軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有的TMS320VC5509 DSP硬件平臺(tái)上，按照要求設(shè)計(jì)FIR濾波器，編寫(xiě)相應(yīng)的源程序和鏈接命令程序，使整個(gè)系統(tǒng)能夠?yàn)V除含噪信號(hào)中的高頻噪聲。 三．具體要求 設(shè)計(jì)需要完成幾個(gè)內(nèi)容： （1）學(xué)生首先自己參照指導(dǎo)書(shū)完《FIR算法實(shí)驗(yàn)》，認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)中的源程序，深刻理解FIR濾波的原理及具體實(shí)現(xiàn)方法，包括含噪信號(hào)的生成，濾波后信號(hào)的輸出重點(diǎn)理解FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)（循環(huán)尋址的實(shí)現(xiàn)）。 （2）在理解原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)自己的濾波器。 ①設(shè)

3、計(jì)一定參數(shù)的濾波器 ②得到濾波器的系數(shù)后，按照循環(huán)尋址的原理，參照給出的實(shí)驗(yàn)程序，編寫(xiě)具體的濾波器實(shí)現(xiàn)程序。 ③調(diào)試程序，測(cè)試平臺(tái)的性能。觀(guān)察相應(yīng)得含噪信號(hào)波形及去噪后的信號(hào)波形，濾波器的波形。經(jīng)反復(fù)調(diào)試，使濾波器達(dá)到預(yù)計(jì)的結(jié)果。 （3）撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 四．進(jìn)度安排 序號(hào) 內(nèi) 容 時(shí)間（天） 1 熟悉CCS軟件環(huán)境 1 2 總體設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證 1 3 各分功能環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1 4 總體功能調(diào)試實(shí)現(xiàn) 1 5 整理完成設(shè)計(jì)報(bào)告 1 合 計(jì) 5 五．成績(jī)?cè)u(píng)定 1、考核方法：總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、設(shè)計(jì)成績(jī)兩部分組成

4、，各部分比例為30%,70%. 2、成績(jī)?cè)u(píng)定: （1）平時(shí)成績(jī)：無(wú)故曠課一次，平時(shí)成績(jī)減半；無(wú)故曠課兩次平時(shí)成績(jī)?yōu)?分，無(wú)故曠課三次總成績(jī)?yōu)?分。遲到15分鐘按曠課處理 （2）設(shè)計(jì)成績(jī)：根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程及最終的實(shí)現(xiàn)結(jié)果，同時(shí)參考提交報(bào)告的質(zhì)量，給出綜合的設(shè)計(jì)成績(jī)。 基于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設(shè)計(jì) 一、實(shí)踐的目的和要求 這學(xué)期我們學(xué)習(xí)了數(shù)字圖像處理還有DSP原理與應(yīng)用，加上我們之前學(xué)習(xí)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器占有十分重要地位。而有限沖擊響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器因其具有系統(tǒng)穩(wěn)定、運(yùn)算速度快、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，在圖像信號(hào)處

5、理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域被廣泛采用。 我們知道FIR濾波器可以由計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)專(zhuān)用的數(shù)字濾波電路、專(zhuān)用的數(shù)字信號(hào)處理器或通用可編程DSP處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的方法速度較慢，常用于算法的模擬及仿真；專(zhuān)用硬件或?qū)Ｓ锰幚砥鲗?shí)現(xiàn)的方法速度快，但通用性較差、成本高；而通用可編程DSP處理器可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字濾波算法，使用靈活、功能強(qiáng)大，在濾波器設(shè)計(jì)中被廣泛使用。 所以為了加強(qiáng)我們對(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中數(shù)字濾波器的掌握，我們要進(jìn)行基 于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設(shè)計(jì)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，來(lái)進(jìn)一步掌握數(shù)字濾波器 應(yīng)用。之前我們?cè)趯?shí)驗(yàn)課上已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)有關(guān)基

6、于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器的知識(shí)，所以，本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)鞏固知識(shí)的機(jī)會(huì) 此次課程設(shè)計(jì)要求我們成軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有的硬件平臺(tái)上，編寫(xiě)相應(yīng)的源程序和鏈接命令程序，使整個(gè)系統(tǒng)能夠?yàn)V除含噪語(yǔ)音信號(hào)中的高頻噪聲。在理解原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)自己的濾波器。根據(jù)老師提供的有關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)應(yīng)于自己參數(shù)的濾波器。 二、實(shí)踐原理： FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)3.1 TMS320VC5509簡(jiǎn)介 TMS320VC5509是美國(guó)德州儀器公司(TI)推出的新一代數(shù)字信號(hào)處理器，其CPU在結(jié)構(gòu)上包含一個(gè)32×16位指令緩存隊(duì)列、2個(gè)17位×17位乘累16位算術(shù)邏輯

7、單元(MAC)、一個(gè)40位算術(shù)邏輯單元(ALU)、一個(gè)16位算術(shù)邏輯單元(ALU)、一個(gè)40位桶形移位器和4個(gè)40位加法器[3]。TMS320VC5509支持多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行口，如：多通道緩沖串行口(McBSPs)、多媒體卡/安全數(shù)據(jù)串行口(MMC/SD)、USB和I2C總線(xiàn)接口等。還具有增強(qiáng)型主機(jī)接口(EHPI)、通用I/O口、可編程數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)、計(jì)時(shí)器和多個(gè)DMA控制器等片上外設(shè)。TMS320VC5509高度并行的結(jié)構(gòu)與優(yōu)化的指令集合在一起，使得每個(gè)操作所需的時(shí)鐘周期數(shù)在減少，而代碼密度則在增加。 FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，濾波器時(shí)頻特性如圖2所示。利用設(shè)計(jì)

8、好的FIR濾波器對(duì)疊加了高頻噪聲的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，濾波前后的波形及頻譜如圖3所示。通過(guò)時(shí)域波形的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，疊加了高頻噪聲的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)FIR低通濾波器后，信號(hào)相對(duì)濾波前變得光滑；由頻域波形對(duì)比同樣可以發(fā)現(xiàn)有用的低頻信號(hào)被保留下來(lái)，而高頻噪聲被很好地濾除掉了 三、實(shí)踐步驟 1． 設(shè)計(jì)一定參數(shù)的濾波器 用MATLAB設(shè)計(jì)濾波器，使用fir2函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器，注意，在函數(shù)中，其截止頻率均用歸一化頻率表示。 歸一化頻率的計(jì)算方法：f=實(shí)際頻率/(采樣頻率/2) 如：截止頻率為3000hz，采樣頻率為8000hz，則將截止頻率歸一化后的截止頻率值為0.75。 例如設(shè)計(jì)

9、如下濾波器： 已知信號(hào)的采樣頻率為8000hz，設(shè)計(jì)一個(gè)34階低通濾波器，濾波器的通帶截止頻率為3100hz，阻帶截止頻率為3280hz。 用fir2函數(shù)實(shí)現(xiàn)的格式：f = [ 0 0.775 0.82 1 ]； m = [ 1 1 0 0 ]； b=fir2（33，f，m）； 在求解過(guò)程中，有疑問(wèn)可參考課件或在matlab中用help命令求解。 經(jīng)求解，可得到濾波器的各階系數(shù)，進(jìn)而得到濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。 2. 硬件實(shí)現(xiàn) 程序代碼： #include "myapp.

10、h" #include "ICETEK-VC5509-EDU.h" #include "scancode.h" #include #define FIRNUMBER 34 #define SIGNAL1F 3100 #define SIGNAL2F 3280 #define SAMPLEF 8000 #define PI 3.1415926 float InputWave(); float FIR(); float fHn[FIRNUMBER]={ -0.0006,0.0013,-0.0021,0.0022,-0.0006,-0.0034,0.00

11、89,-0.0132,0.0120,-0.0018,-0.0175,0.0406,-0.0565,0.0500,-0.0030,-0.1197,0.6031,0.6031,-0.1197,-0.0030,0.0500,-0.0565,0.0406,-0.0175,-0.0018,0.0120,-0.0132,0.0089,-0.0034,-0.0006,0.0022,-0.0021,0.0013,-0.0006 }; float fXn[FIRNUMBER]={ 0.0 }; float fInput,fOutput; float fSigna

12、l1,fSignal2; float fStepSignal1,fStepSignal2; float f2PI; int i; float fIn[256],fOut[256]; int nIn,nOut; main() { nIn=0; nOut=0; f2PI=2*PI; fSignal1=0.0; fSignal2=PI*0.1; fStepSignal1=2*PI/30; fStepSignal2=2*PI*1.4; while ( 1 ) { fInput=InputWave(); fIn[nIn]=fInput; n

13、In++; nIn%=256; fOutput=FIR(); fOut[nOut]=fOutput; nOut++; /* break point */ if ( nOut>=256 ) { nOut=0; } } } float InputWave() { for ( i=FIRNUMBER-1;i>0;i-- ) fXn[i]=fXn[i-1]; fXn[0]=sin((double)fSignal1)+cos((double)fSignal2)/6.0; fSignal1+=fStepSignal1;

14、 if ( fSignal1>=f2PI ) fSignal1-=f2PI; fSignal2+=fStepSignal2; if ( fSignal2>=f2PI ) fSignal2-=f2PI; return(fXn[0]); } float FIR() { float fSum; fSum=0; for ( i=0;i

15、 這學(xué)期的第十八周，我們進(jìn)行了DSP課程設(shè)計(jì)，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我能后靈活的運(yùn)用ccs仿真實(shí)驗(yàn)箱來(lái)完成數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，也學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB軟件來(lái)進(jìn)行參數(shù)的求得。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我明白了細(xì)節(jié)決定成敗這句話(huà)的道理，在實(shí)驗(yàn)中，有很多注意的地方，都被我忽視了，比如：在運(yùn)用MATLAB軟件求系數(shù)的時(shí)候，34階的要在輸入代碼的時(shí)候輸入33，得到34個(gè)系數(shù)，這一點(diǎn)，一直被我忽略了，所以之前得到的一直是35個(gè)系數(shù)，導(dǎo)致我一直無(wú)法編譯程序，一直出錯(cuò)，花費(fèi)時(shí)間去修改，這嚴(yán)重影響了我試驗(yàn)的進(jìn)度。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)中我了解了FIR濾波器的原理，熟練掌握了MATLAB的操作，不僅是我學(xué)到了知識(shí)，更鍛煉了我的動(dòng)手能力。也進(jìn)一

16、步認(rèn)識(shí)了CCStudio軟件的使用，了解了各種窗函數(shù)對(duì)濾波器特性的影響。 這一學(xué)期的理論知識(shí)學(xué)習(xí)加上這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)DSP這門(mén)學(xué)科有了更為深刻的了解，對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理功能，硬軟件相結(jié)合，語(yǔ)音的壓縮、去噪和編碼等等方面都有了很深的了解。相信本次課程設(shè)計(jì)，無(wú)論是對(duì)我以后的學(xué)習(xí)，還是工作等方面都有一個(gè)很大的幫助。因此，本次課程設(shè)計(jì)我受益匪淺。 五 參考文獻(xiàn)： [1] 程佩青．?dāng)?shù)字信號(hào)處理教程（第三版）[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2009. [2] 王玉德．?dāng)?shù)字信號(hào)處理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011. [3] Texas Instruments．TMS320C55X DSP CPU Reference Guide[DB]. 2001. 1.