【文章內容簡介】 （ 1）接口方便。 DSP 系統(tǒng)與其它以現代數字技術為基礎的系統(tǒng)或設備都是相互兼容，這樣的系統(tǒng)接口以實現某種功能要比模擬系 統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易的多。 （ 2）編程方便。 DSP 系統(tǒng)種的可編程 DSP 芯片可使設計人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件進行修改和升級。 （ 3）穩(wěn)定性好。 DSP系統(tǒng)以數字處理為基礎，受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小，可靠性高。（ 4）精度高。 16 位數字系統(tǒng)可以達到的精度。 （ 5）可重復性好。模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數性能變化比較大，而數字系統(tǒng)基本上不受影響，因此數字系統(tǒng)便于測試，調試和大規(guī)模生產。 （ 6）集成方便。 DSP系統(tǒng)中的數字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。 數字信號處理的算法需要利用 計算機 或專用處理設備如 數字信號處理器 （ DSP）和 專用集成電路 （ ASIC）等。數字信號處理技術及設備具有靈活、精確、抗干擾強、設備尺寸小、造價低、速度快等突出優(yōu)點，這些都是 模擬信號處理 技術與設備所無法比擬的。 數字信號處理的核心算法是離散傅立葉變換 (DFT)，是 DFT使信號在數字域和頻域都實現了離散化，從而可以用 通用計算機 處理離散信號。而使數字信號處理從理論走向實用的是快速傅立葉變換 (FFT)， FFT 的出現大大減少了 DFT 的運算量，使實時的數字信號處理成為可能、極大促進了該學科的發(fā)展。 4 第一章、硬件設計 設計思路和原理框圖 （ 1）對數字濾波器的分析： 數字濾波器是數字信號處理的重要環(huán)節(jié)，其實 質是用有限精度算法實現的離散時間線性時不變系 統(tǒng)，從而完成對信號進行濾波處理的功能。具有可 靠性好、精度高和靈活性大等優(yōu)點，廣泛應用于語 音、圖像處理、 HDTV、 模式識別和頻譜分析等方 面 ^。數字濾波器根據其單位沖激響應函數的時域 特性可分為 2 類 :無限沖激響應 （ IIR)濾 波器和有限 沖激響應 (FIR)濾波器。 FIR 濾波器是有限長單位 沖激響應濾波器，在結構上是非遞歸型的。它可以 在幅度特性隨意設計的同時，保證精確嚴格的線性 相位，廣泛應用于數字信號處理 。 濾波器就是在時間域或頻域內，對已知激勵產生規(guī)定響應的網絡，使其能夠從信號中提取有用的信號，抑制并衰減不需要的信號，濾波器的設計實質上就是對提出的要求給出相應的性能指標，再通過計算，使物理可實現的實際濾波器響應特性逼近給出的頻率響應特性。 FIR數字濾波器是一種非遞歸系統(tǒng)，其傳遞函數為： ??ZH = ? ?? ? ? ?????? 10NnnznbzX zY 由此可得到系統(tǒng)的差分方程為： ? ? ? ? ? ???? ?? 10NI inxihny FIR濾波器的結構如下： 5 其沖激響應 ??nh 是有限長序列，它 濾波器系數向量 ??nb ,N 為 FIR濾波器的階數。 在數字信號處理應用中往往需要設計線性相位的濾波器， FIR濾波器在保證幅度特性滿足技術 要求的同時，很容易做到嚴格的線性相位特性為了使濾波器滿足線性相位條件，要求其單位脈沖響應 ??nh 為實序列，且滿足偶對稱或奇對稱條件，即 ? ? ? ?nNhnh ??? 1 或? ? ? ?nNhnh ???? ，當 N為偶數時，偶對稱線性相位 FIR濾波器的差分方程表達為? ? ? ? ? ?? ?? ?????? 12/ 0 ))1((N i inNxinxihny 由上可見， FIR濾波器不斷地對輸入樣本 ??nx 延時后，再 做乘法累加運算，將濾波器結果 ??ny 輸出。因此， FIR實際上是一種乘法累加運算。而對于線性相位 FIR濾波器系數的對稱特性，可以采用結構精簡的 FIR結構將乘法器數目減少一半。 具體流程圖如下： bN1 bN2 b1 b0 x(nN+1) x(n1)a Z1 Z1 Z1 X(n) y(n) 6 采用的芯片功能介紹 本次課程設計主要用到 TMS320C54x芯片。 C54x 包括 8 條 16 比特寬度的總線 ，一般而言， C54x 的存儲空間可達 192K16 比特字，64K 程序空間， 64K 數據空間， 64KI/O 空間。 依賴其并行的工藝特性和片上 RAM 雙向訪問的性能，在一個機器周期內， C54x 可以執(zhí)行 4 條行并行存儲器操作：取指令，兩操作數讀，一操作數寫。 使用片內存儲器有三個優(yōu)點 :高速執(zhí)行（不需要等待） ,低開銷 ,低功耗。 C54x 有片內 ROM 、 DARAM、 SARAM ，這些區(qū)域可以通過軟件配置到程序空間。當地址落在這些區(qū)域內，自動對這些區(qū)域進行訪問，當地址落在這些區(qū)域以外，自動產生對外部存儲器的訪問。 C54x 包括：通用 I/O 引腳， XF 和 BIO；定時器； PLL 時鐘產生器； HPI 口 8 比特或16 比特；同步串口；帶緩存串口 BSP；多路帶緩存串口 McBSP；時分復用串口 TDM；可編程等待狀態(tài)產生器；可編程 bank switching 模塊；外部總線接口； 標準 JTAG 口 TMS320C54x引腳圖： 7 原理圖 ADS程序運行圖： 8 頻率響應 9 相位響應 FIR數字濾波器電路板： 低通濾波器仿真圖： 10 幅頻響應圖： 11 第二章、軟件設計 設計思路 （ 1） 、利用 MATLAB來確定 FIR濾波器的參數； （ 2） 啟動 CCS，在 CCS中建立一個 C源文件和一 個命令文件，并將這兩個文件添加到工程再編譯并裝載程序； （ 3） 設置波形時域觀察窗口，得到濾波前后的波形變化圖； （ 4） 設置頻域觀察窗口，得到濾波前后的頻譜變化圖。 算法分析： 根據系統(tǒng)函數的定義，單位沖擊響應 h（ n）長度與 N的 FIR濾波器的系統(tǒng)函數為： H（ z） = nNn znh????10 )( FIR系統(tǒng)輸入輸出關系的差分方程為： y (n)= )()(10 mnxmhNm ???? 該公式就是線性時不變系統(tǒng)的卷積 公式。 對該式進行 z變換可得到 FIR濾波器的傳遞函數： H（ z） = kNk mzbzXzY ???? 0)()( N階有限沖激響應濾波器（ FIR）公式： N=0,1,2... ? ?? ?????? 12/ 0 ))]1(()()[()( N k kNnxknxkhny 12 程序的流程圖 CCS匯編程序流程圖： 13 具體程序 CCS是 TI推出的用于開發(fā)其 DSP芯片的繼承 開發(fā)調試工具 ， 集編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件 調試及實時跟蹤等功能于一體 ,極大地方便了 DSP 程序的設計與開發(fā) ,此外還提供圖形顯示功能 ,方便 用戶觀察特定地址的波形。 在 CCS中實現 FIR低通濾波器 ， 主要代碼如下： （ 1） 首先要添加工程 Project new.. （ 2） 需向工程中添加 vector. asm、 fir. cmd和 rts. lib文件 ，完成后如圖： 14 在工程試圖中 ，就可在 CCS右邊窗口中看到源代碼： 見附錄 （ 3）打開觀察窗 口： 選擇菜單“ View”“ Graph”“ Time/Frequency” 在彈出的圖形窗口中單擊鼠標右鍵，選擇“ Clear Display” 選擇菜單“ View”、“ Graph”、“ Time/Frequency?”進行如下設置： 15 在彈出的圖形窗口中單擊鼠標右鍵，選擇“ Clear Display” （ 4）設置斷點 在標號“ fir_loop”下面的“ NOP”語句設置軟件斷點（ Toggle breakpoint）和探針（ Toggle Probe Point）。 選擇 菜單“ File ”、“ File I/O ?”； 單 擊 “ Add File ” 按 鈕 ， 選擇C:\5416EDULab\Lab16FIR\lowpass\，單擊“打開”按鈕；在“ Adress”中輸入 d_filin，在“ Length”中輸入 1；在“ Warp Around”項前面加上選中符號；單擊“ Add Probe Point”按鈕。 單擊“ Probe Point”列表中的“ li