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文档简介
1、2.1 系统功能介绍 一个实际的应用系统中,总存在各种干扰。数字滤波器在语音信号处理、信号 频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像信号等各种信号处理中都有 广泛的应用,数字滤波器也是使用最为广泛的信号处理算法之一。 在本设计中,使用 MATLAB 模拟产生合成信号,然后利用 CCS 进行滤波 设定模拟信号的采样频率为 48000Hz,。设计一个 FIR 低通滤波器,其参数为: 滤波器名称: FIR 低通滤波器 采样频率: Fs=48000Hz 通带截止频率: 15000Hz 阻带截止频率: 16000Hz 通带最大衰减: 0.1dB 阻带最少衰减: 80dB 滤波器系数: 由 MAT
2、LAB 根据前述参数求得。 2.2 总体设计方案流程图 图 1 总体设计方案 主要内容和步骤 3.1 滤波器原理 对于一个 FIR 滤波器系统,它的冲击响应总是又限长的,其系统函数可记为: N1 H z h n z n n0 其中 N 1是 FIR 的滤波器的阶数, z n 为延时结, h n 为端口信号函数。 最基本的 FIR 滤波器可用下式表示: N1 y n h k x n k k0 其中 x n k 输入采样序列, h k 是滤波器系数, N 是滤波器的阶数 Y n 表示 滤波器的输出序列,也可以用卷积来表示输出序列 y n 与 x n 、 h n 的关系,如 下: y n x n h
3、 n 3.2 操作步骤 (1)打开 FDATOOL , 根据滤波要求设置滤波器类型、通带截止频率、指定 阶数、采样频率等。指定完设计参数后单击按钮 Design Filter,生成滤波器系数。 ( 2)把生成的滤波器系数传到目标 DSP。选择菜单 Targets-Export to Code Composer Studio(tm)IDE,打开 Export to C Header File 对话框,选择 C header file ,指定变量名 (滤波器阶数和系数向量 ) ,输出数据类型可选浮点型或 32 b,16 b 整型等,根据自己安装选择目标板板号和处理器号,单击OK ,保存该头文件,需
4、 指定文件名 (filtercoeff h)和路径 (保存在 c:timyprojectsfir 工程中 ) 。 (3)修改 CCS 汇编程序,删掉数据前的所有文字,在开头加上 .data,第二行 加 coeff .word, 在每行的前面加上 .word,比且把每行的最后的逗号去掉。 (4)编译汇编程序,如果有错误,按错误进行修改;没错误,则往下执行。 ( 5)加载初始化 DATA 数据。运行程序,查看输入输出波形,修改相应参数 进行调试 第 4 章 详细设计 在本实验中使用 MATLAB 模拟产生信号,观察滤波前的时域波形和频域波 形。MATLAB 仿真后,使用得到的滤波器参数,进行 DS
5、P 编程,在 DSP 中实现 带通滤波,并使用 CCS的频谱分析功能,查看 DSP 的滤波效果。 MATLAB 程序流程图如图 4.1 所示 图4.1 MATLAB程序流程图 CCS汇编程序流程图如图 4.2 所示 图4.2 CCS 汇编程序流程图 第 5 章 实验过程 5.1 汇编语言实验步骤与内容 MATLAB 辅助 DSP 实现 FIR , 其总体过程为在 DSP 中编写处理程序,在 MATLAB 中利用滤波器设计、分析工具 ( FDATOOL ) , 根据指定的滤波器性能 快速设计一个 FIR , 然后把滤波器系数以头文件形式导入CCS 中, 头文件中 MATLAB 辅助 DSP 实现
6、 FIR 数字滤波器含滤波器阶数和系数数组, 在 MATLAB 中调试、运行 DSP 程序并显示、分析处理后的数据。使用该方法 , 便 于采用汇编语言来实现程序。头文件名不变 , 当 MATLAB 中设计的滤波器系数改 变时, 相应头文件中系数也改变 , 方便了程序调试、仿真。 ( 1)在 MATLAB 中先编写程序,查看待滤波和已滤波的信号的时域和频域 波形,如图 5.1 和图 5.2 所示 图 5.1 待滤波信号的时域图 图 5.2 待滤波信号的频域图 利用 FDA TOOL 设计 FIR 滤波器的参数,操作步骤如图 5.3 所示 图 5.3 FIR 滤波器的参数 打开 Export,把
7、Numerator改为 B, 如图 5.4所示。 图 5.4 Export 设置 4 已滤波的信号的时域和频域波形,如图 5.5和图 5.6 所示。 图 5.5 已滤波信号时域波形图 图 5.6 已滤波信号频域波形图 MATLAB 滤波器设计工具在完成 FIR 设计后 , 如图 5.7 所示,在 Export as 中选择 16bit 符号整数输出,然后单击 OK 按钮。生成 fir.h C 语言头文件。将系 数稍作修改,调整后拷贝到程序的系数初始化空间即可。 图 5.7 MATLAB 输出数值转换图 (2)在 CCS中编写汇编语言程序, 进行调试,实现带通滤波的功能。 在 CCS IDE 中
8、建立 LHM.pjt 工程, 用汇编语言编写处理主程序 fir.asm。另外根据板上的 存储器配置方式 , 编写存储器配置文件 fir.cmd 文件, 将 MATLAB 生成的 LHM.h 和 input1.dat 文件拷贝到 LHM.pjt 工程文件夹下, 进行编译、 链接, 生成可执行文 件 LHM.out 。 (3)加载初始化 data数据,图 5.8 所示。 图 5.8 data 初始化图 运行程序,查看输入输出波形,修改相应参数进行调试。 5.2 实验过程中出现的错误及解决的办法 ( 1)在 MATLAB 程序设计中,采样频率设置的过小,截止频率大于采样频 率的一半,运行的时候图形出
9、现错误。 (2) FIR.m 中的采样频率要和开始设置时的采样频率一致,否则结果会出现 偏差 (3)在 CCS 中未定义标号,程序运行错误。 ( 4)在.h 文件中未把 coeff 顶格写,编译时出现错误。 (5)未将 fir.h 和 input.dat 文件考入工程文件中。 (6)间接寻址过程中,程序中丢失。 ( 7) 在View 的 Graph中单击 Time/frequency出现 graph property dialog 框,未修改抽样点数。显示的图形出现差异 5.3 CCS程序运行后的各种输出结果 在 View 的 Graph 中单击 Time/frequency 出现 graph
10、 property dialog 框。 将显示类型,图形名称,起始地址,抽样点数,数据类型等分别进行设置,输 出各种波形。输出滤波前的信号时域波形。首先,设置如图 5.9 所示,输出滤波前 的信号时域波形。 图 5.9 Graph property dialog设置框图 单击 OK 后生成如下图 5.10 波形。 图 5.10 滤波前信号波形图 图 5.10 为滤波前的信号, 波形很杂乱, 从时域上很难看出信号的周期性。 修改 相应设置,输出如图 5.11 所示滤波前信号频谱。 图 5.11 滤波前信号频谱波形图 经过滤波后,时域波形频谱波形如图 5.12和 5.13所示 图 5.12 滤波后
11、信号时域波形图 图 5.13 滤波后信号频谱图 由上述的所有截图可知,输入参数中,通带截止频率和阻带截止频 率是比较重要的两个参数,不宜过小,过小滤掉的高频成分太多,很难 还原出远波形的形状,也不宜过大,过大滤波效果欠佳。在本课程设计 中,通带截止频率选用 4000Hz, 阻带截止频率选用 4500Hz,因此,显 示图形时的,时域显示的抽样点数为 1024,频域显示的带宽为 0.5Hz。 对比滤波前后信号的时域图 5.10和 5.12、频谱波形图 5.11 和 5.13可 以知道,滤波前的时域信号的波形图的波形很杂乱,很难看出信号的周 期性,滤波后周期性也相对的明显起来了;滤波前信号分布在整个
12、频带 上,滤波后阻带范围内的基本被滤掉,这些都可以从上述截图看出 start “x,”8 0 1 1*32768/10 2*32768/10 -4*32768/10 3*32768/10 -4*32768/10 2*32768/10 1*32768/10 FRCT 附件:源程序清单 用线性缓冲区实现 FIR 滤波器程序清单: .title “ FIR1.ASM” .mmregs .def x .usect PA0 .set PA1 .set .data COEF: .word .word .word .word .word .word .word .text start: SSBX STM #
13、x+7,AR2 STM #6,AR0 LD #x+1,DP PORTR PA1,x+1 FIR1: RPTZ A,#6 MACD *AR2-,COEF,A STH A,*AR2 PORTW *AR2+,PA0 BD FIR1 PORTR PA1,*AR2+0 .end 用循环缓冲区实现 FIR 滤波器程序清单: .title“ FIR2.ASM” .mmregs .def .bss start y,1 xn .usect “ xn ” ,7 b0 .usect “b0” ,7 PA0 .set 0 PA1 .set 1 .data table: .word 1*32768/10 .word 2
14、*32768/10 .word 3*32768/10 .word 4*32768/10 .word 5*32768/10 .word 6*32768/10 .word 7*32768/10 .text start: SSBX FRCT STM #b0,AR1 RPT #6 MVPD table,*AR1+ STM #xn+6,AR2 STM #b0+6,AR3 STM #7,BK STM #-1,AR0 LD #xn,DP PORTR PA1,xn FIR2: RPTZ A,#6 MAC * AR2+0%,*AR3+0%,A STH A,y PORTW y,PA0 BD FIR2 10 POR
15、TR PA1,*AR2+0% .end 汇编程序清单 lhm.h 文件内容 : .data coeff .word .word .word .word .word .word .word .word .word .word .word .word .word .word .word .word .word .word -85, -64, -61, -36, 8, 62, 110, 136, 131 96, 42, -11, -44, -44, -11, 39, 85, 106 88, 37, -29, -83, -101, -73, -7, 70, 124 131, 82, -5, -96,
16、-151, -144, -72, 37, 140 191, 162,61, -76, -191, -231, -174, -35, 132 256, 278, 180, -7, -208, -337, -330, -176, 72 316, 445, 392, 156, -178, -475, -599, -470, -108 361, 745, 857, 594, -6, -748, -1336, -1456, -893 386, 2192, 4154, 5816, 6768, 6768, 5816, 4154, 2192 386, -893, -1456, -1336, -748, -6,
17、 594, 857, 745 361, -108, -470, -599, -475, -178, 156, 392, 445 316, 72, -176, -330, -337, -208, -7, 180, 278 256, 132, -35, -174, -231, -191, -76, 61, 162 191, 140, 37, -72, -144, -151, -96, -5, 82 131, 124, 70, -7, -73, -101, -83, -29, 37 88, 106, 85, 39, -11, -44, -44, -11, 42 96, 131, 136, 110,
18、62, 8, -36, -61, -64 -85 Fir.asm 内容 : .title fir.asm .mmregs .global _c_int00 ORDER .set 154 D_LEN .set 1024 ; The Length of Input Data xn a0 .usect xn, (ORDER-1) .usect a0, (ORDER-1) 11 input .usect input, D_LEN output .usect output, D_LEN .copy HM.h .text .asg AR0, FIR_INDEX .asg AR2, FIR_DATA .as
19、g AR3, FIR_COEF .asg AR5, DATA_IN .asg AR6, DATA_OUT _c_int00: SSBX FRCT ; Get coefs from coef.h ; Copy a0(coefs) to Copy xn(data) to STM #a0,FIR_COEF FIR_COEF(AR3) RPT #ORDER-1 MVPD #coeff,*FIR_COEF+ STM#1, FIR_INDEX STM#xn, FIR_DATA FIR_DATA(AR2) RPTZ A,#ORDER-1 STL A, *FIR_DATA+ STM #(xn+ORDER-1), FIR_DATA STM #(a0+ORDER-1), FIR_COEF STM #input, DATA_IN STM #output, DATA_OUT STM #D_LEN-1, BRC RPTBD next-1 STM #ORDER, BK LD * DATA_IN+, A STL A, *FIR_
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