DSP課程設計-- 基于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設計

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1、 課 程 設 計 報 告 課程設計名稱： DSP原理與應用 系 ： 三 系 學生姓名： 張 欣 班 級： 通信工程 學 號： 20100306117 成 績： 指導教師： 田愛君 開課時間： 2012-2013 學年 2 學期

2、 一．設計題目 基于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設計 二．主要內容 本課程設計主要完成軟件平臺的設計，在現(xiàn)有的TMS320VC5509 DSP硬件平臺上，按照要求設計FIR濾波器，編寫相應的源程序和鏈接命令程序，使整個系統(tǒng)能夠濾除含噪信號中的高頻噪聲。 三．具體要求 設計需要完成幾個內容： （1）學生首先自己參照指導書完《FIR算法實驗》，認真閱讀實驗中的源程序，深刻理解FIR濾波的原理及具體實現(xiàn)方法，包括含噪信號的生成，濾波后信號的輸出重點理解FIR濾波器的實現(xiàn)（循環(huán)尋址的實現(xiàn)）。 （2）在理解原理的基礎上，設計自己的濾波器。 ①設

3、計一定參數(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，參照給出的實驗程序，編寫具體的濾波器實現(xiàn)程序。 ③調試程序，測試平臺的性能。觀察相應得含噪信號波形及去噪后的信號波形，濾波器的波形。經反復調試，使濾波器達到預計的結果。 （3）撰寫課程設計報告。 四．進度安排 序號 內 容 時間（天） 1 熟悉CCS軟件環(huán)境 1 2 總體設計方案的驗證 1 3 各分功能環(huán)節(jié)的設計與實現(xiàn) 1 4 總體功能調試實現(xiàn) 1 5 整理完成設計報告 1 合 計 5 五．成績評定 1、考核方法：總成績由平時成績、設計成績兩部分組成

4、，各部分比例為30%,70%. 2、成績評定: （1）平時成績：無故曠課一次，平時成績減半；無故曠課兩次平時成績?yōu)?分，無故曠課三次總成績?yōu)?分。遲到15分鐘按曠課處理 （2）設計成績：根據(jù)實際的設計過程及最終的實現(xiàn)結果，同時參考提交報告的質量，給出綜合的設計成績。 基于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設計 一、實踐的目的和要求 這學期我們學習了數(shù)字圖像處理還有DSP原理與應用，加上我們之前學習過數(shù)字信號處理系統(tǒng)在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器占有十分重要地位。而有限沖擊響應(FIR)數(shù)字濾波器因其具有系統(tǒng)穩(wěn)定、運算速度快、易實現(xiàn)等特點，在圖像信號處

5、理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I域被廣泛采用。 我們知道FIR濾波器可以由計算機軟件來實現(xiàn)，也可以通過專用的數(shù)字濾波電路、專用的數(shù)字信號處理器或通用可編程DSP處理器來實現(xiàn)。其中計算機軟件實現(xiàn)的方法速度較慢，常用于算法的模擬及仿真；專用硬件或專用處理器實現(xiàn)的方法速度快，但通用性較差、成本高；而通用可編程DSP處理器可通過編程實現(xiàn)各種數(shù)字濾波算法，使用靈活、功能強大，在濾波器設計中被廣泛使用。 所以為了加強我們對數(shù)字信號處理系統(tǒng)中數(shù)字濾波器的掌握，我們要進行基 于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器設計，通過課程設計，來進一步掌握數(shù)字濾波器 應用。之前我們在實驗課上已經學習過有關基

6、于TMS320VC5509 DSP的FIR濾波器的知識，所以，本次課程設計，對我們來說是一個鞏固知識的機會 此次課程設計要求我們成軟件平臺的設計，在現(xiàn)有的硬件平臺上，編寫相應的源程序和鏈接命令程序，使整個系統(tǒng)能夠濾除含噪語音信號中的高頻噪聲。在理解原理的基礎上，設計自己的濾波器。根據(jù)老師提供的有關參數(shù)，設計一個對應于自己參數(shù)的濾波器。 二、實踐原理： FIR濾波器的DSP實現(xiàn)3.1 TMS320VC5509簡介 TMS320VC5509是美國德州儀器公司(TI)推出的新一代數(shù)字信號處理器，其CPU在結構上包含一個32×16位指令緩存隊列、2個17位×17位乘累16位算術邏輯

7、單元(MAC)、一個40位算術邏輯單元(ALU)、一個16位算術邏輯單元(ALU)、一個40位桶形移位器和4個40位加法器[3]。TMS320VC5509支持多種工業(yè)標準的串行口，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總線接口等。還具有增強型主機接口(EHPI)、通用I/O口、可編程數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)、計時器和多個DMA控制器等片上外設。TMS320VC5509高度并行的結構與優(yōu)化的指令集合在一起，使得每個操作所需的時鐘周期數(shù)在減少，而代碼密度則在增加。 FIR濾波器的DSP實現(xiàn)程序采用C語言編寫，濾波器時頻特性如圖2所示。利用設計

8、好的FIR濾波器對疊加了高頻噪聲的輸入信號進行濾波，濾波前后的波形及頻譜如圖3所示。通過時域波形的對比發(fā)現(xiàn)，疊加了高頻噪聲的輸入信號經過FIR低通濾波器后，信號相對濾波前變得光滑；由頻域波形對比同樣可以發(fā)現(xiàn)有用的低頻信號被保留下來，而高頻噪聲被很好地濾除掉了 三、實踐步驟 1． 設計一定參數(shù)的濾波器 用MATLAB設計濾波器，使用fir2函數(shù)設計濾波器，注意，在函數(shù)中，其截止頻率均用歸一化頻率表示。 歸一化頻率的計算方法：f=實際頻率/(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。 例如設計

9、如下濾波器： 已知信號的采樣頻率為8000hz，設計一個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）； 在求解過程中，有疑問可參考課件或在matlab中用help命令求解。 經求解，可得到濾波器的各階系數(shù)，進而得到濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。 2. 硬件實現(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、 這學期的第十八周，我們進行了DSP課程設計，通過此次課程設計，我能后靈活的運用ccs仿真實驗箱來完成數(shù)字濾波器的設計，也學會運用MATLAB軟件來進行參數(shù)的求得。在實驗過程中我明白了細節(jié)決定成敗這句話的道理，在實驗中，有很多注意的地方，都被我忽視了，比如：在運用MATLAB軟件求系數(shù)的時候，34階的要在輸入代碼的時候輸入33，得到34個系數(shù)，這一點，一直被我忽略了，所以之前得到的一直是35個系數(shù)，導致我一直無法編譯程序，一直出錯，花費時間去修改，這嚴重影響了我試驗的進度。同時，在實驗中我了解了FIR濾波器的原理，熟練掌握了MATLAB的操作，不僅是我學到了知識，更鍛煉了我的動手能力。也進一

16、步認識了CCStudio軟件的使用，了解了各種窗函數(shù)對濾波器特性的影響。 這一學期的理論知識學習加上這次課程設計，我對DSP這門學科有了更為深刻的了解，對數(shù)字信號的處理功能，硬軟件相結合，語音的壓縮、去噪和編碼等等方面都有了很深的了解。相信本次課程設計，無論是對我以后的學習，還是工作等方面都有一個很大的幫助。因此，本次課程設計我受益匪淺。 五 參考文獻： [1] 程佩青．數(shù)字信號處理教程（第三版）[M]．北京：清華大學出版社，2009. [2] 王玉德．數(shù)字信號處理[M].北京：北京大學出版社，2011. [3] Texas Instruments．TMS320C55X DSP CPU Reference Guide[DB]. 2001. 1.