dsp課程設(shè)計(jì)--基于tms320f2812 dsp處理器的fir濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　電子通信工程系</b></p><p>　　DSP原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：基于TMS320F2812 DSP處理器的FIR濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　學(xué)號(hào)： </p><p>　　專業(yè)：

2、 </p><p>　　設(shè)計(jì)日期： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、引言</b></p><p&g

3、t;<b>　　二、設(shè)計(jì)目的</b></p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　四、總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1利用Matlab軟件的FDATool工具設(shè)計(jì)FIR濾波器</p><p>　　4.1.1有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器的基

4、礎(chǔ)理論</p><p>　　4.1.2 利用Matlab軟件的FDATool設(shè)計(jì)FIR濾波器</p><p>　　4.1.3提取濾波器參數(shù)</p><p>　　4.2 CCS環(huán)境下FIR濾波器的設(shè)計(jì)及軟件仿真</p><p>　　4.2.1 程序流程圖</p><p>　　4.2.2 在CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下新建FIR濾

5、波器工程</p><p>　　4.2.3觀察濾波前后的信號(hào)的時(shí)域波形及FFT Magnitude波形</p><p>　　4.2.4 程序清單</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　

6、　一、引言</b></p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理（DSP）涉及的是數(shù)字形式信號(hào)的表示，信號(hào)及其所帶信息的處理。另外，數(shù)字信號(hào)處理是電路系統(tǒng)從模擬時(shí)代向數(shù)字時(shí)代前進(jìn)的理論基礎(chǔ)，為數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用而專門(mén)設(shè)計(jì)的可編程處理器，即數(shù)字信號(hào)處理器（DSP，Digital signal processor）。數(shù)字信號(hào)處理器體現(xiàn)現(xiàn)代微電子技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理和計(jì)算機(jī)集成芯片制造技術(shù)三個(gè)學(xué)科發(fā)展成果的高性能處理器，

7、在短時(shí)間內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。DSP不僅快速實(shí)現(xiàn)了各種數(shù)字信號(hào)處理算法，而且擴(kuò)展了數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用范圍。DSP在電子信息，通信，軟件無(wú)線電，自動(dòng)控制，儀器儀表，信息家電等科技領(lǐng)域獲得了良好的應(yīng)用效果。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)最基本的應(yīng)用系統(tǒng)通常有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來(lái)采集模擬信號(hào)。當(dāng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，信號(hào)再經(jīng)過(guò)DSP微處理器，DSP微處理器以數(shù)值計(jì)算的方式對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變換，濾波，分析及綜合等

8、處理，最后進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換，變成模擬信號(hào)進(jìn)行輸出。最基本的應(yīng)用系統(tǒng)通常還含有一個(gè)輸入抗混疊濾波器和一個(gè)輸出濾波器，他們分別用來(lái)濾除不需要的帶外信號(hào)或平滑，重構(gòu)處理過(guò)的輸出模擬信號(hào)。所以本次課程設(shè)計(jì)我做了一個(gè)FIR濾波器的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1，學(xué)會(huì)使用MATLAB構(gòu)建濾波器頻域特性曲線并利用FDAtool提取濾波器

9、參數(shù)；</p><p>　　2，能熟練地掌握FIR的應(yīng)用，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理，還需要進(jìn)一步熟悉Matlab與DSP共同開(kāi)發(fā)算法的特點(diǎn)，要能夠具體地掌握建立工程，設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)并運(yùn)行FIR模塊程序。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、利用Matlab軟件的FDATool工具設(shè)計(jì)FIR濾波器，并提取濾波器參數(shù)；&

10、lt;/p><p>　　2、在CCS集成開(kāi)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(shè)計(jì)FIR濾波器程序，觀察輸入信號(hào)及濾波后得到的輸出信號(hào)的時(shí)域波形及FFT Magnitude波形；</p><p><b>　　四、總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1利用Matlab軟件的FDATool工具設(shè)計(jì)FIR濾波器</p>

11、<p>　　4.1.1有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器的基礎(chǔ)理論</p><p>　　濾波器就是在時(shí)間域或頻域內(nèi)，對(duì)已知激勵(lì)產(chǎn)生規(guī)定響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，使其能夠從信號(hào)中提取有用的信號(hào)，抑制并衰減不需要的信號(hào)。濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是對(duì)提出的要求給出相應(yīng)的性能指標(biāo)，再通過(guò)計(jì)算，使物理可實(shí)現(xiàn)的實(shí)際濾波器頻率響應(yīng)特性逼近給出的頻率響應(yīng)特性。FIR 數(shù)字濾波器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：</p><p><b&

12、gt;　?。?）</b></p><p>　　由此得到系統(tǒng)的差分方程：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　若FIR 數(shù)字濾波器的單位沖激響應(yīng)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(shè)計(jì)均使用繁瑣的公式計(jì)算，改變參數(shù)后需要重新運(yùn)算，從而在分析與設(shè)計(jì)濾波器尤其是高階濾波器時(shí)工作量特別

13、大。這里應(yīng)用MATLAB 設(shè)計(jì)FIR濾波器，根據(jù)給定的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)H(z)，使其逼近這一指標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算并確定濾波器的系數(shù)b(n)，再將所設(shè)計(jì)濾波器的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)曲線作為輸出，與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，對(duì)設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)完成之后將得到FIR濾波器的單位沖激響應(yīng)序列h(n)的各個(gè)參數(shù)值。</p><p>　　4.1.2 利用Matlab軟件的FDATool設(shè)計(jì)FIR濾波器</p><

14、p>　　FDATool ( Filter Design & Analysis Tool)是MATLAB信號(hào)處理工具箱里專用的濾波器設(shè)計(jì)分析工具，MATLAB 6.0以上的版本還專門(mén)增加了濾波器設(shè)計(jì)工具箱( FilterDesign Toolbox)。FDATool界面為濾波器設(shè)計(jì)提供了一個(gè)交互式的設(shè)計(jì)環(huán)境，用戶可以根據(jù)對(duì)幅值和零極點(diǎn)圖的設(shè)置，設(shè)計(jì)幾乎所有的基本的常規(guī)濾波器，包括FIR和IIR的各種設(shè)計(jì)方法,它們都具有標(biāo)準(zhǔn)的

15、頻率帶寬結(jié)構(gòu)。采用FDATool設(shè)計(jì)法時(shí)其界面的上半部分為特性區(qū)，用來(lái)顯示濾波器的各種特性；下半部分為參數(shù)設(shè)定區(qū)，用來(lái)設(shè)定濾波器的各種參數(shù)。</p><p>　　首先在命令窗口鍵入FDAtool命令，啟動(dòng)濾波器設(shè)計(jì)分析器，調(diào)出FDAtool界面，如圖1所示。</p><p>　　圖1　FDATool界面</p><p>　　在Filter Type選項(xiàng)中選Lowpa

16、ss，在Design Method中選擇FIR濾波器，接著在FIR中選擇Window (窗函數(shù)) 法。</p><p>　　然后在Filter Order 中選擇Specify Order (為指定階數(shù))，輸入數(shù)值為“24”；在Opitions框中選中“Scale Passband”；在窗類型（Window:）下拉框選擇“Blackman”。</p><p>　　在Frenquency S

17、pecification選項(xiàng)中，將fs(為采樣頻率)、fc (為通帶截止頻率)中分別鍵入30000 Hz和9600 Hz。</p><p>　　點(diǎn)擊“Design Filter”按鈕，完成濾波器的設(shè)計(jì)。具體參數(shù)及設(shè)計(jì)成功后的結(jié)果如圖2所示。</p><p>　　圖2　FIR低通濾波器設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)完成后，可以通過(guò)菜單選項(xiàng)Analysis 來(lái)分析濾波器

18、的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)特性。點(diǎn)擊Analysis 中的Magnitude Response和Phase Response 對(duì)幅頻和相頻響應(yīng)進(jìn)行分析。</p><p>　　在FDATool 中，選擇Targets -> Generate C Header...，如圖3所示。</p><p>　　圖3 導(dǎo)出濾波器系數(shù)</p><p>　　點(diǎn)擊Generate按鈕，選

19、擇路徑，即可輸出前一步設(shè)計(jì)出的 FIR濾波器的系數(shù)表。（默認(rèn)的系數(shù)表文件為fdacoefs.h）</p><p>　　在Matlab中打開(kāi)得到的fdacoefs.h的文件，如圖4、圖5所示。</p><p>　　圖4 查看fdacoefs.h文件</p><p>　　圖5 fdacoefs.h文件中的系數(shù)表</p><p>　　4.1.3提取

20、濾波器參數(shù)</p><p>　　取系數(shù)表中的數(shù)據(jù)小數(shù)點(diǎn)后3位有效值，得到如下內(nèi)容：</p><p>　　const float B[25]= { 0.0,0.0,0.001,-0.002,-0.002,0.01,-0.009,</p><p>　　-0.018,0.049,-0.02,-0.11,0.28,0.64,0.28,</p><p&g

21、t;　　-0.11,-0.02,0.049,-0.018,-0.009,0.01,</p><p>　　-0.002,-0.002,0.001,0.0,0.0</p><p><b>　　};</b></p><p>　　4.2 CCS環(huán)境下FIR濾波器的設(shè)計(jì)及軟件仿真</p><p>　　4.2.1 程序流程圖<

22、/p><p>　　4.2.2 在CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下新建FIR濾波器工程</p><p><b>　?。ǎ保?shí)驗(yàn)準(zhǔn)備</b></p><p>　　設(shè)置軟件仿真模式，啟動(dòng)CCS。</p><p><b>　　（２）建立工程</b></p><p>　　建立一個(gè)文件夾，存放在D:\F

23、IR，將D:\課程設(shè)計(jì)\FIR濾波器\Fir源程序文件夾下的工程全部復(fù)制到D:\FIR，在CCS中打開(kāi)D:\FIR\fir\fir.pjt工程，就會(huì)得到如圖6所示的工程界面。</p><p>　　圖6　FIR工程示例</p><p>　　（３）編譯生成fir.out文件，通過(guò)File->Load Program…裝載該文件。</p><p>　?。ǎ矗┰O(shè)置波形

24、時(shí)域觀察窗口。</p><p>　　選擇菜單View→Graph→Time/Frequency… ，分別進(jìn)行如圖7、圖8所示設(shè)置。</p><p>　　圖7　輸入數(shù)據(jù)時(shí)域波形觀察</p><p>　　圖8 濾波后輸出波形觀察</p><p>　　（５）設(shè)置頻域觀察窗口，選擇菜單View→Graph→Time/Frequency… ，分別進(jìn)行如

25、圖9、圖10所示設(shè)置。</p><p>　　圖9 輸入數(shù)據(jù)FFT分析圖形觀察</p><p>　　圖10　濾波后輸出數(shù)據(jù)的FFT圖形觀察</p><p><b>　　（６）設(shè)置斷點(diǎn)。</b></p><p>　　在程序fir.c中，有注釋斷點(diǎn)的語(yǔ)句上設(shè)置軟件斷點(diǎn)。</p><p>　　（７）運(yùn)行并

26、觀察結(jié)果。</p><p>　　選擇Debug菜單的Run項(xiàng)，或按F5鍵運(yùn)行程序。觀察到的圖形如圖11所示。</p><p>　　4.2.3觀察濾波前后的信號(hào)的時(shí)域波形及FFT Magnitude波形</p><p>　　圖11　濾波前后的數(shù)據(jù)波形及FFT分析的對(duì)比圖</p><p>　　4.2.4 程序清單</p><p

27、>　　//FILE:FIR.c</p><p>　　/******頭文件******/</p><p>　　#include "DSP281x_Device.h" // DSP281x Headerfile Include File</p><p>　　#include "DSP281x_Examples.h"

28、 // DSP281x Examples Include File</p><p>　　#include"math.h"</p><p>　　/*****函數(shù)原型聲明******/</p><p>　　float InputWave();</p><p>　　float FIR();</p><p&g

29、t;　　/****全局變量******/</p><p>　　float fXn[FIRNUMBER]={ 0.0 };</p><p>　　float fInput,fOutput;</p><p>　　float fSignal1,fSignal2;</p><p>　　float fStepSignal1,fStepSignal2;&l

30、t;/p><p>　　float f2PI;</p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　float fIn[256],fOut[256];</p><p>　　int nIn,nOut;</p><p>　　float fHn[FIRNUMBER]={ 0.0,0.0,0.

31、001,-0.002,-0.002,0.01,-0.009,</p><p>　　-0.018,0.049,-0.02,-0.11,0.28,0.64,0.28,</p><p>　　-0.11,-0.02,0.049,-0.018,-0.009,0.01,</p><p>　　-0.002,-0.002,0.001,0.0,0.0</p><p

32、><b>　　};</b></p><p>　　/********宏定義常量*******/</p><p>　　#define PI 3.1415926</p><p>　　#define FIRNUMBER 25</p><p><b>　　//主程序</b></p>&

33、lt;p>　　main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　nIn=0; nOut=0;</p><p>　　f2PI=2*PI;</p><p>　　fSignal1=0.0;</p><p>　　fSignal2=PI*0.1;</p>

34、<p>　　fStepSignal1=2*PI/30;</p><p>　　fStepSignal2=2*PI*1.4;</p><p>　　//第一步 系統(tǒng)控制模塊初始化</p><p>　　InitSysCtrl();</p><p>　　// 第2步 GPIO初始化</p><p>　　InitGp

35、io();</p><p>　　// 第三步 禁止CPU中斷</p><p><b>　　DINT;</b></p><p>　　//第四步 初始PIE模塊</p><p>　　InitPieCtrl();</p><p>　　IER=0x0000;</p><p>　　

36、IFR=0x0000;</p><p>　　InitPieVectTable();</p><p><b>　　//第五步</b></p><p>　　//第六步 初始化片內(nèi)外模塊</p><p>　　InitPeripherals();</p><p><b>　　//第七步<

37、/b></p><p>　　//第八步 使能全局中斷</p><p><b>　　EINT;</b></p><p><b>　　//第九步</b></p><p>　　//第十步 進(jìn)入無(wú)限循環(huán)</p><p><b>　　for(;;)</b>

38、;</p><p><b>　　{</b></p><p>　　fInput=InputWave();</p><p>　　fIn[nIn]=fInput;</p><p>　　nIn++; nIn%=256;</p><p>　　fOutput=FIR();</p><p&g

39、t;　　fOut[nOut]=fOutput;</p><p><b>　　nOut++;</b></p><p>　　if ( nOut>=256 )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　nOut=0;/* 請(qǐng)?jiān)诖司渖显O(shè)置軟件斷點(diǎn) */</p>&l

40、t;p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　// 第11步 其他功能函數(shù)或中斷服務(wù)程序</p><p>　　float InputWave()</p><p&g

41、t;<b>　　{</b></p><p>　　for ( i=FIRNUMBER-1;i>0;i-- )</p><p>　　fXn[i]=fXn[i-1];</p><p>　　fXn[0]=sin(fSignal1)+cos(fSignal2)/6.0;</p><p>　　fSignal1+=fStepSi

42、gnal1; </p><p>　　if ( fSignal1>=f2PI )fSignal1-=f2PI;</p><p>　　fSignal2+=fStepSignal2;</p><p>　　if ( fSignal2>=f2PI )fSignal2-=f2PI;</p><p>　　return(fXn[0]);<

43、;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　float FIR()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　float fSum;</p><p><b>　　fSum=0;</b></p><p>

44、;　　for ( i=0;i<FIRNUMBER;i++ )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　fSum+=(fXn[i]*fHn[i]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(fSum);</p><p>

45、;<b>　　}</b></p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我做的是FIR濾波器的設(shè)計(jì)，濾波器就是在時(shí)間域或者頻域內(nèi)，對(duì)已知激勵(lì)產(chǎn)生規(guī)定響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，使其能夠從信號(hào)中提取有用的信號(hào)，抑制并衰減不需要的信號(hào)。濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是對(duì)提出的要求給出相應(yīng)的性能指標(biāo)，再通過(guò)計(jì)算，是物理可實(shí)現(xiàn)的實(shí)際濾波器頻率響應(yīng)特

46、性逼近給出的頻率響應(yīng)特性。在本次課程設(shè)計(jì)中，應(yīng)用Matlab與DSP微處理器實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器，在Matlab中利用FDATool設(shè)計(jì)濾波器，將濾波器系數(shù)以頭文件形式導(dǎo)入CCS。先使用Matlab的濾波器設(shè)計(jì)與分析工具FDATool具體設(shè)計(jì)一個(gè)加布萊克曼窗的FIR低通濾波器，采樣頻率為30000Hz，通帶截止頻率為9600Hz，24階，設(shè)計(jì)完成后以獲取濾波器的參數(shù)。然后，在主程序中應(yīng)用該濾波器，并模擬產(chǎn)生混頻信號(hào)，然后再編寫(xiě)FIR函數(shù)

47、程序?qū)Σ蓸拥男盘?hào)進(jìn)行濾波處理，最后將運(yùn)行結(jié)果輸出到圖形窗中。設(shè)置CCS運(yùn)行在軟件仿真狀態(tài)，建立FIR數(shù)字濾波器工程，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器主程序的內(nèi)容仍然采用框架結(jié)構(gòu)，分11步實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，我深知自己知識(shí)的不足，自己課程學(xué)的知識(shí)太膚淺，等到自己用的時(shí)候，才發(fā)現(xiàn)自己什么都不會(huì)用。所以理論學(xué)習(xí)必須和實(shí)踐相結(jié)合，這樣才能學(xué)以致用，學(xué)的深入。另外，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)才深知DSP的重要以及應(yīng)用的廣泛

48、性，要想成為一個(gè)合格的電信電子信息愛(ài)好者，必須學(xué)好DSP.在學(xué)習(xí)中，在學(xué)習(xí)中，編程要認(rèn)真，要不斷地調(diào)試，要有耐心。</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1，DSP原理及應(yīng)用技術(shù) 趙成</p><p>　　2，手把手教你學(xué)DSP</p><p>　　3，數(shù)字信號(hào)處理教程（第三版）程佩青&l