最新《DSP》课程设计-IIR算法的软硬件实现.doc
精品资料DSP课程设计-IIR算法的软硬件实现. DSP课程设计题 目： IIR算法的软硬件实现 学生姓名： XXXXXXXX 学 号： XXXXXXXXX 专 业： XXXXXXXX 院（系）： XXXXXXXX IIR算法的软硬件实现 摘要：本课题通过软件设计IIR数字滤波器，并对所设计的滤波器进行仿真：应用DSP集成开发环境CCS调试程序，用TMS320F2812实现IIR数字滤波。具体工作包括：对IIR数字滤波器的基本理论进行分析和探讨。应用DSP集成开发环境调试程序，用TMS320F2812来实现IIR数字滤波。通过硬件液晶显示模块验证试验结果，并对相关问题进行分析。关键词：数字滤波器；DSP；TMS320F2812；无限冲激响应滤波器（IIR）。 引言：21世纪是数字化的时代，随着信息处理技术的飞速发展，数字信号处理技术逐渐发展成为一门主流技术。相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等。这些优势决定数字滤波器的应用越来越广泛。数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，被广泛应用于语音图像处理、数字通信、谱分析、模式识别、自动控制等领域。 实验原理1无限冲激响应数字滤波器的基础理论。2模拟滤波器原理（巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器）。3数字滤波器系数的确定方法。4根据要求设计低通IIR滤波器要求：低通巴特沃斯滤波器在其通带边缘1kHz处的增益为-3dB，12kHz处的阻带衰减为30dB，采样频率25kHz。设计：-确定待求通带边缘频率fp1Hz、待求阻带边缘频率fs1Hz和待求阻带衰减-20logsdB。模拟边缘频率为：fp1=1000Hz，fs1=12000Hz 阻带边缘衰减为：-20logs=30dB-用=2f/fs把由Hz表示的待求边缘频率转换成弧度表示的数字频率，得到p1和s1。p1=2fp1/fs=21000/25000=0.08弧度s1=2fs1/fs=212000/25000=0.96弧度-计算预扭曲模拟频率以避免双线性变换带来的失真。由w=2fs tan(/2)求得wp1和ws1，单位为弧度/秒。wp1=2fs tan(p1/2)=6316.5弧度/秒ws1=2fs tan(s1/2)=794727.2弧度/秒-由已给定的阻带衰减-20logs确定阻带边缘增益s。因为-20logs=30，所以logs=-30/20，s=0.03162-计算所需滤波器的阶数：因此，一阶巴特沃斯滤波器就足以满足要求。-一阶模拟巴特沃斯滤波器的传输函数为：H(s)=wp1/(s+wp1)=6316.5/(s+6316.5)由双线性变换定义s=2fs(z-1)/(z+1)得到数字滤波器的传输函数为：因此，差分方程为：yn=0.3307yn-1+0.3346xn+0.3346xn-1硬件框图程序流程图开始初始化工作变量调用波形发生子程序产生混叠的波形(高频+低频)调用IIR滤波子程序计算当前输出波形发生计算步长用标准C的sin函数和cos函数计算当前波形值返回波形值IIR滤波用滤波器系数乘以保存的N-1个输入输出值和当前输入值并求和返回计算结果 调试过程与步骤：一、 软件实现 1实验准备-设置软件仿真模式。-启动CCS2打开工程，浏览程序，工程目录为D:dspt6iiriir.pjt3编译并下载程序4打开观察窗口：*选择菜单View->Graph->Time/Frequency，进行如下设置： *选择菜单View->Graph->Time/Frequency，进行如下设置： 5清除显示：在以上打开的窗口中单击鼠标右键，选择弹出式菜单中“Clear Display”功能。6设置断点：在程序iir.c中有注释“/* 请在此句上设置软件断点 */”的语句上置软件断点。7.运行并观察结果选择“Debug”菜单的“RUN”项，或按F5键运行程序。观察“IIR”窗口中时域图形；观察滤波效果。实验结果输入波形为一个低频率的正弦波与一个高频的余弦波叠加而成。如图：通过观察频域和时域图，得知：输入波形中的低频波形通过了滤波器，而高频部分则被衰减。附IIR算法相对应C语言编程及汇编程序/*= =*/#include "DSP281x_Device.h" / DSP281x Headerfile Include File#include "DSP281x_Examples.h" / DSP281x Examples Include File#include "f2812a.h"#include"math.h"#define IIRNUMBER 2#define SIGNAL1F 1000#define SIGNAL2F 4500#define SAMPLEF 10000#define PI 3.1415926float 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,fOutput;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();fInnIn=fInput;nIn+; nIn%=256;fOutput=IIR();fOutnOut=fOutput;nOut+;if ( nOut>=256 )nOut=0;/* 请在此句上设置软件断点 */ 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+=fStepSignal2;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 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,ACC 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算法硬件实现1实验准备连接实验设备。准备信号源进行AD输入。取出2根实验箱附带的信号线(如右图，两端均为单声道语音插头)。用1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“ADCIN0”插座注意插头要插牢、到底。这样，信号源波形输出A的输出波形即可送到ICETEK-F2812A板的AD输入通道0。用1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“ADCIN1”插座注意插头要插牢、到底。这样，信号源波形输出B的输出波形即可送到ICETEK-F2812A板的AD输入通道1。设置波形输出A：-向内侧按波形频率选择旋钮，直到标有正弦波的指示灯点亮。 -上下调节波形频率选择旋钮，直到标有100-1KHz的指示灯点亮。-调节幅值调整旋钮，将波形输出A的幅值调到适当位置。设置波形输出B：-向内侧按波形频率选择旋钮，直到标有正弦波的指示灯点亮。 -上下调节波形频率选择旋钮，直到标有1K-10KHz的指示灯点亮。 -调节幅值调整旋钮，将波形输出B的幅值调到适当位置。注意：由于模数输入信号未经任何转换就进入DSP，所以必须保证输入的模拟信号的幅度在0-3V之间。必须用示波器检测信号范围，保证最小值0V最大值3 V，否则容易损坏DSP芯片的模数采集模块。2设置Code Composer Studio 2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行3启动Code Composer Studio 2.21选择菜单Debug->Reset CPU。4打开工程文件工程目录： D:dspt7mixerfirmixerfir.pjt5编译、下载程序，选择菜单Debug->Go Main，使程序运行到main函数入口位置。6观察窗口-打开源程序IIR.c，查看源代码。 7运行程序观察结果按CTR控制板的K6键，实现滤波显示，K7键实现混频显示，按K8实现键A、B两信号源分屏显示。8观察动态效果，调节信号源输出，观察滤波器输出改变信号源输入的波形、频率参数，观察动态效果。9退出CCS实验结果按CTR控制板的K6键，实现滤波显示，K7键实现混频显示，按K8实现键A、B两信号源分屏显示。本实验是低通滤波，按K6键后将信号源B的波形滤掉结果分析通过无限冲激响应滤波器（IIR）算法的硬件实现与软件实现IIR算法相对比，所设计的IIR滤波器收到较好的效果，完成了设计要求。心得体会：我在老师认真负责的指导下，顺利地完成了关于DSP芯片TMS320F2812的八个实验，并从中收获很多。王忠勇老师曾给我们讲DSPs芯片及DSP系统与信息类专业的一些课程有许多联系，以及DSP本身的许多特点。但是并不能理解老师所讲的内容，感觉很抽象，不知道从何处入手，但随着课程学习逐渐接近尾声，与此同时开始的实践实验，自己才逐渐深入全面的了解DSP，理论水平得到了一定程度的提高，但同时也处在一些问题。 DSP设计涉及到多门课程的相关知识，这需要我们在课程的学习过程中，经常回顾一些基础理论知识，经过认真思考与分析，达到解决问题的目的。在这个过程中，我不仅复习了以前的一些知识，并且通过理论联系实际，对相关知识点有了更深层次的认识。从课前复习相关实验内容、原理到课题论文的完成，我收获了很多，学到了很多，受益匪浅。在这个过程中，我复习了数字滤波器的原理和设计方法，对DSP编程有了更深的认识和掌握了一定的编程能力。 团结是成功的基石。在这几次的实验过程中，团队协作的精神得以充分的体现。当遇到困难的时候，同学与同学之间，同学与指导老师之间有了很好的交流和沟通，这也是实验能够认真完成的一重要因素。 此外，我要感谢指导老师们以及高年级的学长们，因为这些实验是在他们认真负责的态度下完成的。实验过程中他们在软件操作和相关理论、算法等方面给了我们耐心的指导，正是由于他们的付出，才能使我们顺利完成实验。从他们身上我懂得了做事要有严谨认真、勤于动脑，勤于实践的态度。
