基于DSP的数字滤波系统设计 (综合实验)(汇编语言).doc

数字滤波系统设计 (综合实验)一、实验目的.学习数字滤波器的DSP实现原理和C54x的编程技巧；.通过CCS图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱变化；二、实验原理数字滤波的作用是滤除信号中某一部分频率分量。信号经过滤波处理，就相当于信号频谱与滤波器的频率响应相乘的结果。从时域来看，就是输入信号与滤波器的冲激响应作卷积和。数字滤波器在各种领域由广泛的应用，例如数字音响、音乐和语音合成、躁声消除、数据压缩、频率合成、谐波消除、过载检测、相关检测等。1. FIR 滤波器的实现如果 FIR 滤波器的冲激响应为h(0)，h(1)，.，h(N-1)。X(n)表示滤波器在n 时刻的输入，则n 时刻的输出为：y(n) = h(0)x(n) + h(1)x(n-1）+ . + h(N-1)xn-(N-1)使用MAC 或FIRS 指令可以方便地实现上面的计算。图10.1说明了使用循环寻址实现FIR 滤波器的方法。为了能正确使用循环寻址，必须先初始化BK，块长为N。同时，数据缓冲区和冲激响应（FIR 滤波器的系数）的开始地址必须是大于N 的2 的最小幂的倍数。例如，N=11，大于N 的最小2 的幂为16，那么数据缓冲区的第一个地址应是16 的倍数，因此循环缓冲区起始地址的最低4 位必须是0。在图10.1中，滤波系数指针初始化时指向h(N-1)，经过一次FIR 滤波计算后，在循环寻址的作用下，仍然指向h(N-1)。而数据缓冲区指针指向的是需要更新的数据，如x(n)。在写入新数据并完成FIR 运算后，该指针指向x(n-(N-1)。所以,使用循环寻址可以方便地完成滤波窗口数据的自动更新.使用带 MAC 指令的循环寻址模式实现FIR 滤波器，程序片段如下：(输入数据在AL 中,滤波结果在AH 中)STM #1,AR0 ；AR0=1STM #N,BK ；BK=N,循环寻址BUFFER 大小为NSTL A,*FIR_DATA_P+% ；更新滤波窗口中的采样数据RPTZ A,#(N-1) ；重复MAC 指令N 次,先将A 清零MAC *FIR_DATA_P+0%,*FIR_COFF_P+0%,A ；完成滤波计算。注意FIR 滤波系数存放在；数据存储区图10.1 FIR数字滤波器存储器数据存储方式2.AC01 的初始化DSE3200 使用AC01 作为模拟信号接口。AC01 提供一个14bit 的D/A 和一个14bit的A/D 通道。AC01 与VC5402 通过串口0 连接。DSP 通过串口可以控制AC01 的采样频率、增益、低通/高通滤波器的截止频率等参数。这一步是通过读写AC01 的寄存器来实现的。下面是初始化AC01 的代码，有关AC01 的详细介绍请参考AC01 的技术手册。;-; The following codes are initalized AC01, ALL AC01 setup same !;- idle 1 idle 1 idle 1 idle 1 ; reset two AC01 by software ! ld #600h,a idle 1 ; wait for int . ld #3,a idle 1 ; send #3 ld #00105h,a ; fs=10M/2/A/B= 25k ; flp=10M/2/40/A= 25k (all pass) ; fhp=fs/200= 125Hz (not use !) ; A=05,B=40(0x28) idle 1 ; send 1th regs - 05h ld #3,a idle 1 ; send #3 ld #00228h,a idle 1 ; send 2th regs - 28h ld #3,a idle 1 ; send #3 ld #00300h,a idle 1 ; send 3th regs - 00h ld #3,a idle 1 ; send #3 ld #00405h,a idle 1 ; send 4th regs - 05h (AD & DA 0 dB) ld #3,a idle 1 ; send #3 ld #00505h,a idle 1 ; send 5th regs - 05h (highpass filter disable) ld #3,a idle 1 ; send #3 ld #00600h,a idle 1 ; send 6th regs - 00h ld #3,a idle 1 ; send #3 ld #00700h,a idle 1 ; send 7th regs - 0 ld #3,a idle 1 ; send #3 ld #800h,a idle 1 ; send 8th regs - 0 ld #0h,a3. 1KHz 方波信号的产生利用 AC01 的D/A 通道产生一个1KHz 的方波，作为FIR 滤波器的输入信号。由于串口发送中断将每0.04ms（25KHz）产生一次，所以我们将一个周期的方波信号分25次送出，这样经D/A 变化后便可得到1KHz 的方波。产生方波的数据参见如下：;*; The following data is used by make wave ! when using, must copy to; wave buffer - 0x6000;*wave_data: ; freq about 1k Hz .word 03ffch ; +2 volt .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 03ffch .word 0c000h ; -2 volt .word 0c000h .word 0c000h .word 0c000h .word 0c000h .word 0c000h .word 0c000h .word 0c000h .word 0c000h .word 0c000h .word 0c000h .word 0c000h4.串口的初始化和串口中断服务程序本实验通过 DSP 的串口0 输入/输出数据。在串口通讯中，数据时钟和帧同步信号都由AC01 产生，所以VC5402 将使用外部时钟和帧同步信号。串口设置代码如下，详细介绍请参见串口操作实验：;*; The following codes are used to initalize McBSP0 !;* stm #0,spsa0 ; choose SPCR10 stm #2000h,spcr10 ; receive sign_extend in DRR stm #1,spsa0 ; choose SPCR20 stm #0c0h,spcr20 ; fs - int ! stm #2,spsa0 ; choose RCR10 stm #40h,39h stm #3,spsa0 ; choose RCR20 stm #0,39h stm #4,spsa0 ; choose XCR10 stm #40h,xcr10 stm #5,spsa0 ; choose XCR20 stm #0,39h stm #0eh,spsa0 ; choose PCR0 stm #0dh,pcr0 ; fs is low active, rise edge of clkx, falling edge ; of clkr stm #7h,spsa0 stm #8000h,39h rpt #0ffffh nop stm #00h,dxr10 ldm 22h,a stm #1,38h stm #0c1h,39h ; start McBSP0 send ! ld #603h,a rsbx intm ; enable all int ! 完成串口设置后，还需要修改中断向量表以便正确响应串口0 的接收和发送中断请求。本实验中使用发送中断产生方波信号和完成对AC01 的初始化；使用接收中断存贮输入的数据，并设置新数据到达标志。主循环在检测到该标志后，调用FIR 滤波程序，完成对输入数据的处理。另外，为了方便观察，我们还使用了一个定时器，交替使XF为高和低。所以，在滤波程序正常运行时，你会看到D2 在不停地闪烁。三、实验内容与步骤本实验重点研究FIR 滤波器的DSP 实验方法。利用DES3200实验系统的模拟信号输出通道产生一个1KHz 的方波,然后利用信号输入通道对产生的方波进行低通滤波,得到一个1KHz 的正弦信号，并使用CCS 的图形显示工具显示输入和输出的波形。这里我们使用的是一个38 阶的对称结构的FIR 低通滤波器，其采样频率Fs 为25KHZ，通带截止频率 1.2KHZ，阻带截止频率为2.8KHZ，阻带衰减为-40dB。1. 短接 JP6，使得DES3200 的模拟信号输出通道与模拟信号输入通道相连。2. 启动 CCS，在Project 选项中打开fir5402.pjt 文件。3. 使用 Build 选项完成编译、连接，然后使用File 菜单中的Load Program 将OUT 文件装入。按F5 键启动程序运行，若有示波器，可以观察DSE3200 板上的JP6 的引脚输出的1KHz 的方波。4. 请使用 Debug - Halt 暂停程序的执行。在Project 管理栏中打开fir5402.asm 文件，并在ccs_show（在fir 子程序中）行后的nop 语句处上增加一个断点。添加断点的方法是先用鼠标单击某行，将光标移动到需要增加断点的行上，然后选择工具栏的手状图标。当该行被设置了一个断点后，可以看到红色的圆点。5. 选择 View - Graph - Time/Frequency 菜单打开一个图形显示窗口，参见图10.2。将“Start Address”项改为地址0x1800，将“Display Data Size”项设置为128，将“DSPData Type”改为“16-bit signed integer”。这样，将在图形显示窗口中显示从0x1800（信号输入缓冲）开始的128 个点的16 位有符号整数。再打开一个图形窗口，显示从地址0x1020（滤波信号输出缓冲）开始的128 点的16 位有符号整数。图10.2 图形显示窗口6. 选择 Debug -