南理工DSP应用技术实验四介绍.docx

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DSP应用技术实验报告四 题目: DSP应用技术实验报告 院系: 电子工程与光电技术学院 姓名(学号): 指导教师: 李彧晟 实验日期: 2015年12月11号 实验四FIR滤波器的DSP实现一、实验目的1. 巩固数字 FIR 滤波器的概念2. 理解定点 DSP 中数的定标、有限字长、溢出等概念3. 理解算法实现中实时的概念4. 掌握 DSP 开发过程以及基本调试方法5. 理解汇编以及高级语言开发 DSP 实现算法的区别二、实验仪器计算机,C2000 DSP 教学实验箱,XDS510 USB 仿真器,示波器,信号源三、实验内容针对FIR 算法,设计滤波器系数,完成数据的定标,查看滤波器特性曲线。建立工程,编写DSP 的主程序,并对工程进行编译、链接,利用现有 DSP 平台实现FIR滤波器算法,通过信号源、示波器理解滤波器特性,验证实现与理论设计的一致性。四、实验准备1、实验流程实验之前首先必须对FIR滤波器的设计、实现算法有所了解,必要时通过计算机算法仿真,理解FIR滤波器特性。由于计算机仿真属于浮点运算,而 TMS320F2812 是定点DSP,因此需要针对所设计的FIR滤波器系数进行定标,随后对定标后的数据再次进行仿真,以验证定点实现的性能是否满足系统指标。根据FIR滤波器算法,编写 C源程序或者汇编程序,实现算法功能。并验证DSP实现时算法的正确性以及精度的要求。这种算法功能上的仿真可以利用CCS集成开发环境中数据IO 来模拟信号的输入,完成验证算法精度与功能的正确。验证了算法的功能正确之后,可以将程序下载到DSP上运行,观察现象。更为重要的是,在硬件平台上验证系统的实时性,以及评估资源的使用情况。若满足实时性要求,则测试各项指标,应该与原理设计相吻合。如果实现与理论不一致,则首先检查算法的实时性,以及资源使用是否冲突等原因,对程序进行优化后再次编译链接,重新验证直至正确。算法的优化有时会贯穿于整个设计之中。图4.1 算法流程实现2、程序流程FIR滤波器算法属于典型的数据流处理方式,每到达一个新数据,就必须进行一次计算,更新输出。因此,当一次采样完成之后,就可以进行FIR核心算法,并将计算结果输出给DAC。因此,和DSP的数据采集实验类似,用 DSP实现实时的 FIR信号处理算法必须依赖于ADC、DSP以及 DAC三大基本部件。充分利用 DSP 片上 ADC外设,实现模拟信号的采样,并由DSP完成FIR核心算法,由DSP2000 实验箱中 DAC1(AD768)来完成数字到模拟的还原。在数据采集实验基础上,我们对程序流程稍加改动,就可实现完整数字FIR滤波器功能。程序流程如图4.2 所示。图二FIR滤波器程序流程3、FIR滤波器设计数字滤波器用于完成信号的滤波处理功能,是用有限精度算法实现的离散时间非时变系统。用DSP实现数字FIR滤波算法,具有稳定性强、精度高、实时性好、灵活性大、实现简单等优点。有限长的单位冲击响应滤波器(FIR)差分方程可表示为:其中,h是滤波器系数,x为输入的数字信号,y为 FIR滤波器计算输出。N 为滤波器阶数。由此可得,一个 N 阶的滤波器计算,需要N+1个滤波器系数,N+1个数字输入,每得到一个y值,需要N+1次乘法以及N次加法。另外,N阶滤波器需要保存当前的 N+1 个输入信号数值,以及事先设计的 N+1 个滤波器系数。滤波器系数的设计有很多方式,这里我们采用MATLAB软件来对FIR滤波器算法进行仿真并验证性能。在MATLAB 界面中,利用 fir1 命令来设计滤波器系数。fir1 的完整命令如下:其中,n为滤波器阶数,Wn为归一化截止频率(这里的归一化指与采样频率一半进行归一化),Wn对应了在幅频曲线上-6dB点的频率数值,ftype为滤波器类型,可以是低通、带通、高通、带阻等形式。window 是使用的窗函数,可以是 hamming、hanning、chebwin等形式。h为产生的滤波器系数。详细说明可在 MATLAB 中输入 help fir1 或 doc fir1 查看。对产生的滤波器系数可以用freqz 命令查看幅频、相频特性曲线。具体命令如下:freqz(h),其中h为设计的滤波器系数。当然也可以使用 fvtool(h)命令,验证滤波器设计是否满足系统指标要求,例如通带范围、阻带衰减、过渡带宽度等。4、DSP的算法实现TMS320F2812 是定点型 DSP,存储器字长 16bit,可进行 32bit 的运算。而仿真计算中得到的数据大多是浮点型,因此将算法用定点DSP实现时,必须进行数据格式的定标。比如对FIR滤波器系数的定标可以参照“实验10

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