FIR滤波器DSP实现课程设计.doc

课程设计一FIR 滤波器的 DSP 实现一、课程设计目的1、复习用C 语言对数字信号处理器的编程方法，熟悉如何使用C5000 系列数字信号处理器中的模数转换器；2、复习用窗函数法设计FIR数字滤波器；3、对TMS320VC5509编程实现不同参数的FIR滤波器。二、课程设计原理（一） TMS320VC5509简介TMS320VC5509 是 TI 公司出产的定点DSP 芯片，它的源代码与C54x 系列兼容，但速度更快，时钟频率可达300MHz ，功耗是C54x 系列的 1/6。 C5509 的 CPU 内部有 2 个乘法器、 1 个 40 位的加法器、 1 个 16 位的加法器、 4 个累加器。共有12 组总线，其中3 组数据存储器读总线，2 组数据存储器写总线，及相应5 组数据存储器地址总线，程序存储器读总线及地址线各一组。片内外设资源也比C54x 系列数字信号处理器丰富，4 通道 10 位 A/D 、DMA 单元、 RTC 电路、 McBSP 、定时器等。本设计中将用到A/D 单元。TMS320C5509A 内部有一个4 通道 10 位 A/D ，相关寄存器有4 个，通过对这4 个寄存器的操作来控制A/D 模块。1.、 ADC控制寄存器：ADCCTLADCSTART ： 0无作用； 1启动 A/D 转换CHSELECT ：从 4 个模拟通道中选择一个作为输入信号Reserved：保留2、 ADC 数据寄存器：ADCDATAADCBUSY ： 0 ADC 数据准备好，即 A/D 转换结束； 1 正在进行 A/D 转换 CHSELECT ：从 4 个模拟通道中选择一个作为输入信号ADCDATA ： A/D 转换得到的10 位二进制数3、 ADC 时钟控制寄存器：ADCCLKCTLIDLEEN ： 0 不允许 ADC 处于休眠状态； 1 允许 ADC 处于休眠状态 CPUCLKDIV ：决定 ADC 时钟频率ADC Clock ： (CPU Clock) / ( CPUCLKDIV+1)4、 ADC 时钟分频寄存器：ADCCLKDIVSAMPTIMEDIV：与 CONVRATEDIV一起决定采样 / 保持周期ADC Sample and Hold Time = (ADC Clock Period)*2*(CONVRATEDIV+1+ SAMPTIMEDIV)CONVRATEDIV：决定 A/D 转换时钟频率ADC Conversion Clock = (ADC Clock) / (2*( CONVRATEDIV+1)完成一次 A/D 转换需要13 个 A/D 转换时钟，所以，一次转换时间是t = 13 / ADC Conversion Clock一次完整的A/D 转换时间是采样/保持周期和转换时间的和，采样频率是其倒数ADC Total Conversion Time = ADC Sample and Hold Period+tSampling Rate = 1/ ADC Total Conversion Time（二）窗函数法设计FIR 滤波器的原理根据阻带最小衰减和过渡带宽选择合适的窗函数，实现不同指标的各种类型FIR 数字滤波器的设计。1、利用窗函数设计FIR 滤波器的具体步骤如下：（ 1）由给定的滤波器的幅频响应参数求出理想的单位脉冲响应hd(n)（下面已给出，直接用）。（ 2）根据下表，由阻带最小衰减选择窗函数类型w(n)，由设计指标和过渡带宽 确定滤波器阶数 N，对于高通滤波器，N 只能取奇数。（ 3）计算滤波器的单位脉冲响应h (n) hd( n) w(n)。窗函数加窗后滤波器性能指标过渡带宽 阻带最小衰减 /dB矩形窗0.9×2/N21三角形窗2.1×2/N25汉宁窗3.1×2/N44海明窗3.3×2/N53布拉克曼窗5.5×2/N742、理想滤波器单位脉冲响应hd (n)(1) 理想低通滤波器单位脉冲响应sin c ( n) 其中N -1nhd (n)(n)2cn(2) 理想高通滤波器单位脉冲响应sin (n)sin c ( n )其中N - 1(n)nhd (n)21cn(3) 理想带通滤波器单位脉冲响应sin2 (n)sin 1 (n)其中N - 1(n)nhd (n)221n(4) 理想带阻滤波器单位脉冲响应sin ( n) sin 1 (n) sin 2 ( n)其中N - 1n(n)2hd (n)12n3、典型窗函数（ 1）矩形窗 (Rectangle Window)w( n)RN (n)（ 2）三角形窗 (Bartlett Window)2n,0nN 1w(n)N1N1222nnN1,2N1（ 3）汉宁 (Hanning) 窗，又称升余弦窗11cos(2n) RN ( n)w(n)N21（ 4）海明 (Hamming) 窗，又称改进的升余弦窗w(n) 0.540.46 cos( 2n) RN (n)N1（ 5）布拉克曼 (Blankman) 窗，又称二阶升余弦窗w(n) 0.420.5 cos( 2n)0.08 cos( 4n) RN (n)N1N1详细设计原理参见程佩青的数字信号处理教程第7.3 节窗函数设计法。三、课程设计步骤观察实验箱各部分元件， 连接电源线，打开实验箱上的主电源（位于左上角）和开发板电源（位于右下角） 。1、安装驱动（ 1）将服务器 user14（或 15、或 16）上的 FIRs 文件夹拷贝到自己电脑的E 盘中；（ 2）双击 E 盘 FIRs 文件夹中的 usbdrv.exe，安装仿真器驱动程序到 c:TI2下；（ 3）将方形下载线与实验箱上橙色铁盒接口相连；在弹出的“找到硬件向导”会话框中依次做如下操作： 选“否，暂时不”下一步从列表指定位置安装下一步浏览框中选择 c:TI2ICETEK 完成。2、配置并运行CCS（ 1）双击 Setup CCS2(C5000) ；（ 2）在 Import Configuration框中选择ICETEK USB Emulator for C55x，点击 Import ，点击 close。（ 3）清除其他项 （右键单击相应项， 点击 remove），保证 My System 下只有一项： C55xxXDS5510 Emulator ，右键点击该项选Properties，在弹出的关联框中选Startup GEL Files 标签，Startup GEL栏选择ICETCK-V5509-A.GEL，保存。关闭Setup CCS2(C5000)。至此，将目标板设置为通过USB口连接的实验箱。注意操作步骤的先后顺序必须正确（开实验箱电源、插USB下载线、运行CCS），若CCS 不能运行则按此步骤重新操作。（ 4）打开 CCS，在 CCS 下打开工程 AD.pjt（ project-open ）。展开左侧 source，双击 main.c ，阅读源文件。3、准备信号源进行AD输入（ 1）用一根信号线连接实验箱左侧信号源的波形输出A 端口和“ A/D输入”模块的ADCIN2插孔，注意插头要插牢、插到底。这样，信号源波形输出A 的输出波形即可送到开发板的 AD输入通道0。（ 2）同理，用另一根信号线连接实验箱左侧信号源的波形输出B 端口和“ A/D输入”模块的 ADCIN3插孔，使信号源波形输出B 的输出波形送到开发板的AD 输入通道1。（ 3）设置波形输出A：- 向内侧轻按 波形频率选择钮 、稍停顿 ，单步操作直到标有正弦波的指示灯点亮。- 向下拨动 波形频率选择钮、稍停顿 ，单步操作直到标有100-1KHz的指示灯点亮。- 上下调节幅值调整旋钮，将波形输出 A 的幅值调到最大。（ 4）设置波形输出 B：- 向下拨动 波形频率选择钮 、稍停顿 ，直到标有 1K-10KHz 的指示灯点亮。 其他同上。4、将程序编译、链接、下载到目标板上，在指定位置设置断点，通过图形窗口观察并分析实验结果。（ 1）编译、 链接无误后下载到目标板。 （编译： Project -> Compile File ；链接： Project ->Build ；下载： File -> Load Program -> debug ->*.out ）（ 2）将鼠标移动到主程序中“asm(" nop");行”的起始位置，右键选“Toggle breakpoint ，”在本行前出现红点，表示设置断点成功。选择菜单Debug -> Animate 运行程序。（ 3）通过图形窗口观察输入、输出波形。选择菜单View -> Graph-> Time/Frequency，在弹出框中进行相应设置，图形观察窗口各项定义的意义参阅DSP 课本 369 页。a) 观察低频信号图：选择菜单View->Graph->Time/Frequency ，在弹出框中做如图所示设置。b）观察高频信号图：选择菜单View->Graph->Time/Frequency ，在弹出框中做如下设置：Graph Title ： AD1 ； Start Address： nADC1 ；其它值同上图。c）观察混频信号图： 选择菜单View->Graph->Time/Frequency ，在弹出框中做如下设置：Graph Title ： x；Start Address： xDSP Data Type： 32-bit floating point ；其他值同上图。d）观察滤波后信号图：选择菜单View->Graph->Time/Frequency ，在弹出框中做如下设置：Graph Title ： y； Start Address： yDSP Data Type： 32-bit floating point ；其他值同上图。5、一边调节输入信号的幅值、频率，一边观察各图的变化，分析仿真结果。6、停止程序运行（Debug->Halt ）。认真阅读程序和参考资料，按“课程设计报告要求”完成报告。四、课程设计要求1、计算 h(n)的子程序是哪个？2、启动 A/D 模块工作的语句是哪两句？3、经 A/D 转换后得到的数字值放在哪个寄存器中？4、阅读 main.c 中的程序段：for(i=0; i<Len; i+)rm= 0;r=0;if(i<N) M=i; else M=N;for(j=0;j<M;j+)r = hj*xi-j; rm = rm + r;yi = rm;写出该程序段实现的算法。5、已知 CPU 频率是 144MHz ，问 ADC 的采样频率为多大？读懂程序，写出程序中实现的FIR 滤波器的截止频率值，程序中选用的窗函数w(n)和滤波器阶数N。6、修改程序实现一个高通滤波器，通带截止频率fp=1300Hz ，阻带截止频率fst=700Hz ，阻带衰减不小于50dB。通过计算确定窗函数及滤波器阶数N，并在此基础上修改程序，实现该高通滤波器， 并通过图形观察窗口观察实验结果。 打印出信号的时域波形图 （输入、 混频、输出）。7、修改程序实现一个带通滤波器，通带频率是500Hz-5000Hz ，过渡带宽为400Hz ，阻带衰减不小于40dB 。通过计算确定窗函数及滤波器阶数N，并在此基础上修改程序，实现该带通滤波器。打印出信号的时域波形图（输入、混频、输出）。五、课程设计报告要求1、写出课程设计题目、目的；2、完成课程设计要求中的内容，回答问题、编程、将实验结果打印出来。3、程序只写相应设计内容的主要部分，不用写程序的公共部分。