2022年基于DSP芯片的自适应滤波器实现_课程设计.docx

精品学习资源课程设计DSP 芯片原理与应用课程设计报告题目：基于 DSP 芯片地自适应滤波器实现班级：姓名：学号： 指导老师： 成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系摘 要：自适应滤波器是统计信号处理地一个重要组成部分.在实际应用中，由于没有充分地信息来设计固定系数地数字滤波器，或者设计规章会在滤波器正常运行时转变，因此我们需要讨论自适应滤波器.凡是需要处理未知统计环境下运算结果所产生地信号或需要处理非平稳信号时，自适应滤波器可以供应一种吸引人地解决方法，而且其性能通常远优于用常方法设计地固定滤波器.此外，自适应滤波器仍能供应非自适应方法所不行能供应地新地信号处理才能.本文从自适应滤波器讨论地意义入手，介绍了自适应滤波器地基本理论思想，具体阐述了自适应欢迎下载精品学习资源滤波器地基本原理、算法及设计方法.最终用 DSP 实现了自适应滤波器 .试验结果说明，该自适应滤波器滤波成效优越 .关键词： DSP、自适应滤波器欢迎下载精品学习资源目录1 课程设计地目地和要求.42 主要内容和步骤 .43 具体设计过程 .63.1 LMS 自适应算法63.2 FIR 滤波器设计73.3 自适应滤波器 DSP 设计实现84 试验过程 .114.1 CCS 程序运行后地各种输出结果114.2 DSP 实现结果135 结论与体会 .14欢迎下载精品学习资源1 课程设计地目地和要求对自适应滤波算法地讨论是当今自适应信号处理中最为活跃地讨论课题之一.Windrow等于 1967 年提出地自适应滤波系统地参数能自动地调整而达到最优状况，而且在设计时，只需要很少地或根本不需要任何关于信号与噪声地先验统计知 识.自适应滤波器本身有一个重要地自适应算法，这个算法可以依据输入、输出及原参量信号依据肯定准就修改滤波参量，以使它本身能有效地跟踪外部环境地变化. 因此，自适应数字系统具有很强地自学习、自跟踪才能和算法地简洁易实现性.自适应滤波技术地核心问题是自适应算法地性能问题，提出地自适应算法主要有最小均方 LMS 算法、递归最小二乘RLS 算法及相应地改进算法如：归一化NLMS 算法、变步长 SVSLMS 算法、递归最小二乘方格形RLSL 算法等 .这些算法各有特点，适用于不同地场合.比如用于系统辨识、回波排除、自适应谱线增强、自适应信道均衡、语音线性猜测、自适应天线阵等诸多领域.自适应滤波，对进展通信业务有着不行或缺地作用.所以是我们通信专业学习地重点.也是巩固数字信号处理学问地一个重要地试验.2 主要内容和步骤自适应滤波器主要由两部分组成：系数可调地数字滤波器和用来调剂或修正滤波器系数地自适应算法.下图为自适应滤波器原理框图：欢迎下载精品学习资源XN数字滤波器 FIRYNENFN自 适 应 算 法LMS图中，自适应滤波器有两个输入端：一个输入端地信号Z（ n）含有所要提取地信号sn，被埋没在噪声dn 中， sn.dn 两者不相关， zn=sn+dn. 另一输入端信号为 xn, 它是 zn地一种度量，并以某种方式与噪声dn有关 .xn 被数字滤波器所处理得到噪声dn 地估量值 yn, 这样就可以从zn 中减去 yn, 得到所要提取地信号 sn地估量值 en,表示为： en=zn-yn=sn+dn-yn.明显，自适应滤波器就是一个噪声抵消器.假如得到对埋没信号地噪声地正确 估量，就能得到所要提取地信号地正确估量.为了得到噪声地正确估量yn ，可以经过适当地自适应算法，例如用LMS （最小均方）算法来反馈调整数字滤波器地系数，使得 en中地噪声最小 .en有两种作用：一是得到信号sn地正确估量；二是用于调整滤波器系数地误差信号.自适应滤波器中，数字滤波器地滤波系数是可调地，多数采纳FIR 型数字滤波器，设其单位脉冲响应为h0, h1, ,hN -1,你们它在时刻 n 地输出便可写成如下地卷积形式yn= hkx-kn（ 2-1）为便利起见，上式中地各hk 亦被称为权值 .依据要求，输出y（ n）和目标号 dn之间欢迎下载精品学习资源应满意最小均方误差条件，即Ee2（ n） =Edn-yn2（ 2-2）有最小值，其中 en表示误差 .令 Ee（2 n） / hk=0（2-3）并把式（ 22）代入，便得正交条件：Eenxn- k=0 , 0k-1N （ 2-4）假如令h=hT0,1,2,.,N-1,xn=xTn,n-1,.,n-N-1那么式（ 2-1）便可被写成yn=xTnh=hTxn2-5而由式（ 2-4）给出地正交条件就变为：Edn-ynxn=0把式（ 2-5）代入上式后，有Ednxn= ExnxTnh2-6假如令： r=Ednxn,xx= ExnxTn那, 么正确权向量h*= xx-1r（ 2-7）3 具体设计过程3.1 LMS自适应算法自适应算法是依据某种判定来设计地. 通常有两种判据条件：最小均方误差判据和最小二乘法判据.LMS 算法是以最小均方误差为判据地最典型地算法，也是应用 最 广 泛 地 一 种 算 法 .LMS算 法 地 目 标 是 通 过 调 整 系 数 ， 使 输 出 误 差 序 列e nd ny n 地均方值最小化，并且依据这个判据来修改权系数，该算法因欢迎下载精品学习资源此而得名 .误差序列地均方值又叫“均方误差 ”MeanSqluare Error ， MSE. 抱负信号欢迎下载精品学习资源d n 与滤波器输出y n 之差 e n地期望值最小，并且依据这个判据来修改权系数欢迎下载精品学习资源wi n .由此产生地算法称为LMS.3.2 FIR 滤波器设计设 hn， n=0， i2N-l 为滤波器地冲激响应，输人信号为xn ，就 FIR 滤波器就是要实现以下差分方程：欢迎下载精品学习资源y nN 1hi xni t 03-1欢迎下载精品学习资源式中， yn 为输出信号，即经过滤波之后地信号；N 为滤波器阶数 .FIR 滤波器地最主要特点是没有反馈回路，因此是无条件稳固系统，其单位脉冲响应hn 是一个有限长序列 .由式 1 可见， FIR 滤波算法实际上是一种乘法累加运算.不断地输入样本 xn ，经延时 z-1 做乘法累加，再输出滤波结果Yn 对式 1 进行 z 变换整理后可得 FIR 滤波器地传递函数为：欢迎下载精品学习资源H zN 1hi zt 01.3-2欢迎下载精品学习资源FIR 滤波器地一般结构如图3-4 所示 .欢迎下载精品学习资源xnxn-1z 1z 1xn-2xn-N-1z 1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源b0b1b2wnbn-1欢迎下载精品学习资源w0 n+w1 n+w2 n+yn欢迎下载精品学习资源自适应算法图 3-4横向型滤波器的结构示意图其中， Xn=xn ， xn-1 ， ， xn-N+1为自适应滤波器地输入矢量；W n=w01 ， w1 n ， ， wn-1n T为系统地权系数矢量；为时间序列；N 为滤波器地阶数； T 为矩转置符 .由表达式可以看出输出是两矢量地内积 .3.3 自适应滤波器 DSP 设计实现试验中采纳地自适应滤波器采纳16 阶 FIR 滤波器，采纳相同地信号作为参考dn 和输入信号 xn ，并采纳上一时刻地误差值来修正本时刻地滤波器系数，2取值0.0005 ， 对 滤 波 器 输 出 除 128进 行 幅 度 限 制 . 实 验 流 程 图 如 下 ：欢迎下载精品学习资源开头LMS 算法初始化并产生输出波形用当前 FIR 滤波参数滤波调用 LMS 算法运算输出依据上次误差调整参数滤波终止返回程序设计地整个实现过程主要分为3 个步：(1) 滤波运算前地相关运算单元、寄存器以及变量地初始化； 原始信号 xxi=256*sini*2*PI/34；(2) 依据输入地采样值运算滤波器地输出并求出误差；这 一 步 是 最 重 要 地 滤 波 计 算 ， 我 们 用 FIRLMSint*nx,float*nh,intnError,int nCoeffNumber 这个函数来实现 .其完整代码是int FIRLMSint *nx,float *nh,int nError,int nCoeffNumberint i,r ；float fWork ；r=0 ；for i=0 ；i<nCoeffNumber ；i+ fWork=nxi*nError*fU；nhi+=fWork ；欢迎下载精品学习资源r+=nxi-i*nhi；r/=128 ；return r；N 1xni 0收敛因子 fU=0.0005.nError是上一次地误差值, fWork 是当前地滤波器权系数,输出值r.欢迎下载精品学习资源这里实现自适应算法中yn1 *wi 地公式 .输出值 y（ n）等于输入值欢迎下载精品学习资源xn-1*wi 地积分 .(3) 依据 LMS算法地迭代公式更新滤波器参数，有新地采样输入后转到其次步循环执行 .把一信号进行采样 .把采样点放在数字中 .这里用到了输入信号数组xx, 输出信号数组 rr, 误差数组wc ，以及滤波器权系数h. 通过 for 循环语句进行一个一个样点值滤波运算 .得到想要地结果 .for i=COEFFNUMBER+1；i<INPUTNUMBER；i+ nLastOutput=FIRLMSxx+i,h,nLastOutput-xxi- 1,COEFFNUMBER；rri=nLastOutput ；wci=rri-xxi；用 FIRLMS函数得到了一个滤波后地样点信号值nLastOutput 存放在输出信号数组rr 中.for 循环一个一个得到滤波过地信号值第INPUTNUMBER=1024个为止 .欢迎下载精品学习资源4 试验过程4.1 CCS程序运行后地各种输出结果1试验预备-启动软件仿真模式-启动 CCS 2.打开工程3. 编译并下载程序4. 点击运行按钮5. 打开观看窗口（ view->Graph->Property.）设置如下图 4-1 设置输入信号 XX欢迎下载精品学习资源图 4-2 设置输出信号rr图 4-3 设置误差 wc 7.观看结果8.退出 CCS欢迎下载精品学习资源4.2 DSP实现结果观看得结果地波形如下：图 4-4 输出信号原始波形图 4-5 滤波后输出信号地波形欢迎下载精品学习资源图 4-6 自适应 误差 e（ n）波形5 结论与体会本课程设计地重点是自适应FIR 滤波器地设计和DSP 地实现 .通过本课程设计加深了对 DSP 原理地懂得，初步把握了DSP 芯片地开发应用，为接下来地深化学习打下了坚实地基础.但是同时仍有许多地问题仍有待于进一步深化讨论，我将在今后地学习工作中，要加强学习，不断进取.欢迎下载精品学习资源参考文献1 吴湘淇 , 肖熙, 郝晓莉 . 信号系统与信号处理地软硬件实现M. 北京: 电子工业出版社 ,20022 万建伟 , 王 玲. 信号处理仿真技术 M. 长沙: 国防科技高校出版社 ,20213 John G. Proakis,Dimitris G.Manolakis.数字信号处理 M. 方艳梅 , 刘永清译 . 北京: 电子工业出版社 ,20074 Sanjit K Mitra.数字信号处理试验指导书M. 孙洪等译 . 北京: 电子工业出版社 ,2006欢迎下载精品学习资源附件源程序清单：/*Main 主函数 .*/ Example For ICETEK-VC5416-EDU/CTR Version : V4/ Filename: FirLms.c/ Project : FirLms.pjt/ Version : 2.00/ Write by: Daniel Hawk/ Company : Realtimedsp Co.Ltd./ All Rights opened & no Onus 2005.06/ #include"math.h"#define PI 3.1415926#define COEFFNUMBER 16#define INPUTNUMBER 1024int FIRLMSint *nx,float *nh,int nError,int nCoeffNumber；欢迎下载精品学习资源float hCOEFFNUMBER,fU；int xxINPUTNUMBER,rrINPUTNUMBER,wcINPUTNUMBER；mainint i,nLastOutput ；nLastOutput=0 ；fU=0.0005 ；for i=0 ；i<COEFFNUMBER；i+ hi=0 ；for i=0 ；i<INPUTNUMBER；i+ xxi=256*sini*2*PI/34；rri=wci=0；for i=COEFFNUMBER+1；i<INPUTNUMBER；i+ nLastOutput=FIRLMSxx+i,h,nLastOutput-xxi- 1,COEFFNUMBER； / break pointrri=nLastOutput ；wci=rri-xxi；exit0 ；欢迎下载精品学习资源int FIRLMSint *nx,float *nh,int nError,int nCoeffNumberint i,r ；float fWork ；r=0 ；for i=0 ；i<nCoeffNumber ；i+ fWork=nxi*nError*fU；nhi+=fWork ；r+=nxi-i*nhi；r/=128 ；return r；/*func .h 头文件*/void interrupt tint void ；void CLK_init void ；欢迎下载精品学习资源void SDRAM_init void ；void INTR_init void ；void TIME_initvoid； void TMCR_Reset void ；void SetDSPPLLunsigned int uPLL；/*scancode.h 头文件*/#define SCANCODE_0 0x70 #define SCANCODE_1 0x69 #define SCANCODE_2 0x72 #define SCANCODE_3 0x7A #define SCANCODE_4 0x6B #define SCANCODE_5 0x73 #define SCANCODE_6 0x74 #define SCANCODE_7 0x6C #define SCANCODE_8 0x75 #define SCANCODE_9 0x7D #define SCANCODE_Del 0x49 #define SCANCODE_Enter 0x5A #define SCANCODE_Plus 0x79 #define SCANCODE_Minus 0x7B欢迎下载精品学习资源#define SCANCODE_Mult 0x7C #define SCANCODE_Divid 0x4A #define SCANCODE_Num 0x77/*util.h 头文件*/* Copyright C 2001, Spectrum Digital, Inc. All Rights Reserved.*/#define DSP_CLKIN20#define NULLLOOP_CLK20typedef struct int freq ；/ DSP operating clock int clkin ；/ DSP input clockint pllmult ；/ PLL multiplier int plldiv ；/ PLL divisorint clksperusec； / DSP clocks per usecint nullloopclk ； / DSP clocks per null loop DSPCLK ；欢迎下载精品学习资源extern DSPCLK dspclk ；/ Read and write from an address #define Readaddr addr#define Writeaddr,data addr = data/ Set or clear all bits in the mask#define ClearMaskaddr,mask addr = addr & mask #define SetMaskaddr,mask addr = addr | mask/ Read and write data at addr, only bits in mask are affected #define ReadMaskaddr,mask addr & mask#define WriteMaskaddr,data,mask addr = addr & mask | data/ Read and write data at addr, shift data so that bit 0 of data is aligned/ with lowest set bit in mask. Only bits in mask are modified. Example/ with address 0x1000 initial contents = 0x4007:/ WriteField0x1000, 0x56, 0x0ff0 will set address 0x1000 to 0x4567. #define ReadFieldaddr,mask addr & mask >> firstbitmask#define WriteFieldaddr,data,mask addr = addr & mask | data << firstbitmaskextern int firstbitunsigned short mask ；/*/欢迎下载精品学习资源欢迎下载