《dsp》課程設(shè)計(jì)iir算法的軟硬件實(shí)現(xiàn)

1、 DSP課程設(shè)計(jì)題 目： IIR算法的軟硬件實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名： 胡 國(guó) 慶 學(xué) 號(hào)： 20092410112 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 院（系）： 信息工程學(xué)院 IIR算法的軟硬件實(shí)現(xiàn) 摘要：本課題通過(guò)軟件設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器，并對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真：應(yīng)用DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS調(diào)試程序，用TMS320F2812實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字濾波。具體工作包括：對(duì)IIR數(shù)字濾波器的基本理論進(jìn)行分析和探討。應(yīng)用DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境調(diào)試程序，用TMS320F2812來(lái)實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字濾波。通過(guò)硬件液晶顯示模塊驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：數(shù)字濾波器；DSP；TMS320F2812；無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器（I

2、IR）。 引言：21世紀(jì)是數(shù)字化的時(shí)代，隨著信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)逐漸發(fā)展成為一門(mén)主流技術(shù)。相對(duì)于模擬濾波器，數(shù)字濾波器沒(méi)有漂移，能夠處理低頻信號(hào)，頻率特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以達(dá)到很高，容易集成等。這些優(yōu)勢(shì)決定數(shù)字濾波器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中最重要的組成部分之一，被廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音圖像處理、數(shù)字通信、譜分析、模式識(shí)別、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。 實(shí)驗(yàn)原理1無(wú)限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的基礎(chǔ)理論。2模擬濾波器原理（巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器）。3數(shù)字濾波器系數(shù)的確定方法。4根據(jù)要求設(shè)計(jì)低通IIR濾波器要求：低通巴特沃斯濾波器在

3、其通帶邊緣1kHz處的增益為-3dB，12kHz處的阻帶衰減為30dB，采樣頻率25kHz。設(shè)計(jì)：-確定待求通帶邊緣頻率fp1Hz、待求阻帶邊緣頻率fs1Hz和待求阻帶衰減-20logsdB。模擬邊緣頻率為：fp1=1000Hz，fs1=12000Hz 阻帶邊緣衰減為：-20logs=30dB-用=2f/fs把由Hz表示的待求邊緣頻率轉(zhuǎn)換成弧度表示的數(shù)字頻率，得到p1和s1。p1=2fp1/fs=2弧度s1=2fs1/fs=2弧度-計(jì)算預(yù)扭曲模擬頻率以避免雙線(xiàn)性變換帶來(lái)的失真。由w=2fs tan(/2)求得wp1和ws1，單位為弧度/秒。wp1=2fs tan(ws1=2fs tan(-由已

4、給定的阻帶衰減-20logs確定阻帶邊緣增益s。因?yàn)?20logs=30，所以logs=-30/20，-計(jì)算所需濾波器的階數(shù)：因此，一階巴特沃斯濾波器就足以滿(mǎn)足要求。-一階模擬巴特沃斯濾波器的傳輸函數(shù)為：H(s)=wp1/(s+wp1)=6316.5/(s+6316.5)由雙線(xiàn)性變換定義s=2fs(z-1)/(z+1)得到數(shù)字濾波器的傳輸函數(shù)為：因此，差分方程為：yn=0.3307yn-1+0.3346xn+0.3346xn-1硬件框圖程序流程圖開(kāi)始初始化工作變量調(diào)用波形發(fā)生子程序產(chǎn)生混疊的波形(高頻+低頻)調(diào)用IIR濾波子程序計(jì)算當(dāng)前輸出波形發(fā)生計(jì)算步長(zhǎng)用標(biāo)準(zhǔn)C的sin函數(shù)和cos函數(shù)計(jì)算當(dāng)

5、前波形值返回波形值IIR濾波用濾波器系數(shù)乘以保存的N-1個(gè)輸入輸出值和當(dāng)前輸入值并求和返回計(jì)算結(jié)果 調(diào)試過(guò)程與步驟：一、 軟件實(shí)現(xiàn) 1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備-設(shè)置軟件仿真模式。-啟動(dòng)CCS2打開(kāi)工程，瀏覽程序，工程目錄為D:dspt6iir3編譯并下載程序4打開(kāi)觀(guān)察窗口：*選擇菜單View->Graph->Time/Frequency，進(jìn)行如下設(shè)置： *選擇菜單View->Graph->Time/Frequency，進(jìn)行如下設(shè)置： 5清除顯示：在以上打開(kāi)的窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇彈出式菜單中“Clear Display”功能。6設(shè)置斷點(diǎn)：“/* 請(qǐng)?jiān)诖司渖显O(shè)置軟件斷點(diǎn) */”的語(yǔ)句上

6、置軟件斷點(diǎn)。選擇“Debug”菜單的“RUN”項(xiàng)，或按F5鍵運(yùn)行程序。觀(guān)察“IIR”窗口中時(shí)域圖形；觀(guān)察濾波效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸入波形為一個(gè)低頻率的正弦波與一個(gè)高頻的余弦波疊加而成。如圖：通過(guò)觀(guān)察頻域和時(shí)域圖，得知：輸入波形中的低頻波形通過(guò)了濾波器，而高頻部分則被衰減。附IIR算法相對(duì)應(yīng)C語(yǔ)言編程及匯編程序/*= =*/#include "DSP281x_Device.h" / DSP281x Headerfile Include File#include "DSP281x_Examples.h" / DSP281x Examples Include Fil

7、e#include "f2812a.h"#include"math.h"#define IIRNUMBER 2#define SIGNAL1F 1000#define SIGNAL2F 4500#define SAMPLEF 10000float InputWave();float IIR();float fBnIIRNUMBER= 0.0,0.7757 ;float fAnIIRNUMBER= 0.1122,0.1122 ;float fXnIIRNUMBER= 0.0 ;float fYnIIRNUMBER= 0.0 ;float fInput,fO

8、utput;float fSignal1,fSignal2;float fStepSignal1,fStepSignal2;float f2PI;int i;float fIn256,fOut256;int nIn,nOut;main(void) nIn=0; nOut=0;f2PI=2*PI;fSignal1=0.0;fSignal2=PI*0.1;/fStepSignal1=2*PI/30;/fStepSignal2=2*PI*1.4;fStepSignal1=2*PI/50;fStepSignal2=2*PI/2.5;while ( 1 )fInput=InputWave();fInnI

9、n=fInput;nIn+; nIn%=256;fOutput=IIR();fOutnOut=fOutput;nOut+;if ( nOut>=256 )nOut=0;/* 請(qǐng)?jiān)诖司渖显O(shè)置軟件斷點(diǎn) */ float InputWave()for ( i=IIRNUMBER-1;i>0;i- )fXni=fXni-1;fYni=fYni-1;fXn0=sin(fSignal1)+cos(fSignal2)/6.0;fYn0=0.0;fSignal1+=fStepSignal1; if ( fSignal1>=f2PI )fSignal1-=f2PI;fSignal2+=fSte

10、pSignal2;if ( fSignal2>=f2PI )fSignal2-=f2PI;return(fXn0);float IIR()float fSum;fSum=0.0;for ( i=0;i<IIRNUMBER;i+ )fSum+=(fXni*fAni);fSum+=(fYni*fBni);return(fSum);/*=*/IIR: ADDB SP,#4 MOVB AH,#0 MOVB AL,#0 MOVL *-SP4,ACC MOVW DP,#0xFE00 MOV 0,#0 MOV AL,0 CMPB AL,#2 SB L7,GEQ L6: SETC SXM MOVL

11、 XAR4,#0x3F8016 MOV ACC,0 << 1 ADDL XAR4,ACC MOVL ACC,*+XAR40 MOVL *-SP2,ACC MOVL XAR4,#0x3F8012 MOV ACC,0 << 1 ADDL XAR4,ACC MOVL ACC,*+XAR40 LCR FS$MPY MOVL *-SP2,ACC MOVL ACC,*-SP4 LCR FS$ADD MOVL *-SP4,ACC SETC SXM MOVW DP,#0xFE00 MOV ACC,0 << 1 MOVL XAR4,#0x3F801E ADDL XAR4,AC

12、C MOVL ACC,*+XAR40 MOVL XAR4,#0x3F801A MOVL *-SP2,ACC MOV ACC,0 << 1 ADDL XAR4,ACC MOVL ACC,*+XAR40 LCR FS$MPY MOVL *-SP2,ACC MOVL ACC,*-SP4 LCR FS$ADD MOVL *-SP4,ACC MOVW DP,#0xFE00 INC 0 MOV AL,0 CMPB AL,#2 SB L6,LT L7: MOVL ACC,*-SP4 SUBB SP,#4 LRETR /*=*/二、IIR算法硬件實(shí)現(xiàn)1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備。準(zhǔn)備信號(hào)源進(jìn)行AD輸入。

13、取出2根實(shí)驗(yàn)箱附帶的信號(hào)線(xiàn)(如右圖，兩端均為單聲道語(yǔ)音插頭)。用1根信號(hào)線(xiàn)連接實(shí)驗(yàn)箱左側(cè)信號(hào)源的波形輸出A端口和“A/D輸入”模塊的“ADCIN0”插座注意插頭要插牢、到底。這樣，信號(hào)源波形輸出A的輸出波形即可送到ICETEK-F2812A板的AD輸入通道0。用1根信號(hào)線(xiàn)連接實(shí)驗(yàn)箱左側(cè)信號(hào)源的波形輸出B端口和“A/D輸入”模塊的“ADCIN1”插座注意插頭要插牢、到底。這樣，信號(hào)源波形輸出B的輸出波形即可送到ICETEK-F2812A板的AD輸入通道1。設(shè)置波形輸出A：-向內(nèi)側(cè)按波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)有正弦波的指示燈點(diǎn)亮。 -上下調(diào)節(jié)波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)有100-1KHz的指示燈點(diǎn)亮。-

14、調(diào)節(jié)幅值調(diào)整旋鈕，將波形輸出A的幅值調(diào)到適當(dāng)位置。設(shè)置波形輸出B：-向內(nèi)側(cè)按波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)有正弦波的指示燈點(diǎn)亮。 -上下調(diào)節(jié)波形頻率選擇旋鈕，直到標(biāo)有1K-10KHz的指示燈點(diǎn)亮。 -調(diào)節(jié)幅值調(diào)整旋鈕，將波形輸出B的幅值調(diào)到適當(dāng)位置。注意：由于模數(shù)輸入信號(hào)未經(jīng)任何轉(zhuǎn)換就進(jìn)入DSP，所以必須保證輸入的模擬信號(hào)的幅度在0-3V之間。必須用示波器檢測(cè)信號(hào)范圍，保證最小值0V最大值3 V，否則容易損壞DSP芯片的模數(shù)采集模塊。2設(shè)置Code Composer Studio 2.21在硬件仿真(Emulator)方式下運(yùn)行選擇菜單Debug->Reset CPU。4打開(kāi)工程文件工程目錄：

15、 D:dspt7mixer5編譯、下載程序，選擇菜單Debug->Go Main，使程序運(yùn)行到main函數(shù)入口位置。6觀(guān)察窗口-打開(kāi)源程序IIR.c，查看源代碼。 7運(yùn)行程序觀(guān)察結(jié)果按CTR控制板的K6鍵，實(shí)現(xiàn)濾波顯示，K7鍵實(shí)現(xiàn)混頻顯示，按K8實(shí)現(xiàn)鍵A、B兩信號(hào)源分屏顯示。8觀(guān)察動(dòng)態(tài)效果，調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出，觀(guān)察濾波器輸出改變信號(hào)源輸入的波形、頻率參數(shù)，觀(guān)察動(dòng)態(tài)效果。9退出CCS實(shí)驗(yàn)結(jié)果按CTR控制板的K6鍵，實(shí)現(xiàn)濾波顯示，K7鍵實(shí)現(xiàn)混頻顯示，按K8實(shí)現(xiàn)鍵A、B兩信號(hào)源分屏顯示。本實(shí)驗(yàn)是低通濾波，按K6鍵后將信號(hào)源B的波形濾掉結(jié)果分析通過(guò)無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器（IIR）算法的硬件實(shí)現(xiàn)與軟件實(shí)現(xiàn)

16、IIR算法相對(duì)比，所設(shè)計(jì)的IIR濾波器收到較好的效果，完成了設(shè)計(jì)要求。心得體會(huì)：我在老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的指導(dǎo)下，順利地完成了關(guān)于DSP芯片TMS320F2812的八個(gè)實(shí)驗(yàn)，并從中收獲很多。王忠勇老師曾給我們講DSPs芯片及DSP系統(tǒng)與信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一些課程有許多聯(lián)系，以及DSP本身的許多特點(diǎn)。但是并不能理解老師所講的內(nèi)容，感覺(jué)很抽象，不知道從何處入手，但隨著課程學(xué)習(xí)逐漸接近尾聲，與此同時(shí)開(kāi)始的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，自己才逐漸深入全面的了解DSP，理論水平得到了一定程度的提高，但同時(shí)也處在一些問(wèn)題。 DSP設(shè)計(jì)涉及到多門(mén)課程的相關(guān)知識(shí)，這需要我們?cè)谡n程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，經(jīng)常回顧一些基礎(chǔ)理論知識(shí)，經(jīng)過(guò)認(rèn)真思考與分析，達(dá)到解決問(wèn)題的目的。在這個(gè)過(guò)程中，我不僅復(fù)習(xí)了以前的一些知識(shí)，并且通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有了更深層次的認(rèn)識(shí)。從課前復(fù)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、原理到課題論文的完成，我收獲了很多，學(xué)到了很多，受益匪淺。在這個(gè)過(guò)程中，我復(fù)習(xí)了數(shù)字濾