FIR滤波器DSP实现课程设计

1、课程设廿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

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：ADCCTL151412 110ADCSTARTCHS 三 LECTReservedADCSTART : 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

3、：ADCDATA151412 11 1D 9DADCIBUSY CHSELECT ReservedADCD/tTAADCBUSY : 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：ADCCLKCTL159870ReservedIDLzENCPJCLKDIVIDLEEN : 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)/ ( CPUCLKDI

4、V+1)4、 ADC时钟分频寄存器：ADCCLKDIVSAMPTIMEDIVReservedC ON V RATED IV15e 74 30SAMPTIMEDIV :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 =

5、 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

6、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Aco阻带最小衰减/dB矩形窗0.9X2it/N21三角形窗2.1 X2tt/N25汉宁窗3.1 X2tt/N44海明窗3.3X2tt/N53布拉克曼窗5.5X2tt/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n过4口二2苴中0f =NJh /、j n(n八2hd (n)二'ccn 二二(2)理想高通滤波器单位脉冲响应二(n -:)hd(n)=1

7、 -sin俨(n 口) sin僧c(na)其中口 _ N-1 n#aji(3)理想带通滤波器单位脉冲响应hd(n)=sin 2 (n - ) 一 sin 1(n -：)二(n 一二)'2 - -i n =： 冗其中:N-1n 二二2(4)理想带阻滤波器单位脉冲响应"singn -ct) +sins1 (n -ct) -sin<o2(n -a)其中：N -1hd (n)=二, . 1 一 '2I n3、典型窗函数(1)矩形窗(Rectangle Window)w(n) = Rn (n)(2)三角形窗(Bartlett Window)w(n) =«22n,

8、N -12n一 N -10< n<N -12N -1n 三 N -12(3)汉宁(Hanning)窗，又称升余弦窗12n 二w(n)=二1 -cos()Rn(a)2N -1(4)海明(Hamming)窗，又称改进的升余弦窗2n 二 w(n) =0.54 -0.46cos()RN(n)N -1(5)布拉克曼(Blankman)窗，又称二阶升余弦窗2n二4n二 _w(n) -0.42 -0.5cos() 0.08cos( )RN(n)N -1N -1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

9、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” 一下一步一从列表指定位置安装一下一步一浏览框中选择 c:TI2ICETEK 一完成。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

10、 '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：C55xx XDS5510 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

11、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

12、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

13、主程序中"asn(" 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。FS Graph Property Dialog目Display TypeSingleATitleADOStirt AddressiJJJCOPageDATARequisiti

14、on Buffer Size256Index Increment1Display 总taSI工色256DSF Data Typs16"bit unsi gn«d integerQ-value0a)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 Vie

15、w->Graph->Time/Frequency ， 在弹出框中做如下设置： Graph Title ： x ； Start Address： x DSP 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： y DSP 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。

16、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No6、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，