【文章內(nèi)容簡介】 行采集、濾波、增強、壓縮、估值和識別等加工處理，借以達到提取信息和便于應(yīng) 用的目的，其應(yīng)用范圍涉及幾乎所有的工程技術(shù)領(lǐng)域。 在數(shù)字信號處理的應(yīng)用中，數(shù)字濾波器很重要而且得到了廣泛的應(yīng)用。按照數(shù)字濾波器的特性，它可以被分為線性與非線性、因果與非因果、無限長沖擊響應(yīng)（ IIR）與有限長沖擊響應(yīng)（ FIR）等等。其中，線性時不變的數(shù)字濾波器是最基本的類型；而由于數(shù)字系統(tǒng)可以對延時器加以利用，因此可以引入一定程度的非因果性，獲得比傳統(tǒng)的因果濾波器更靈活強大的特性； IIR 濾波器的特征是具有無限持續(xù)時間沖激響應(yīng)，這種濾波器一般需要用遞歸模型來實現(xiàn)，因而有時也稱之為遞歸濾波器，而 FIR 濾波器的沖 激響應(yīng)只能延續(xù)一定時間，在工程實際中可以采用遞歸的方式實現(xiàn)，也可以采用非遞歸的方式實現(xiàn)，但其結(jié)構(gòu)主要還是是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋，并且 FIR 濾波器很容易獲得嚴格的線性相位特性，避免被處理信號產(chǎn)生相位失真，而線性相位體現(xiàn)在時域中僅僅是 h(n)在時間上的延遲，這個特點在圖像信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中是非常重要的，且不會發(fā)生阻塞現(xiàn)象，能避免強信號淹沒弱信號，因此特別適合信號強弱相差懸殊的情況。相對于 IIR 濾波器， FIR 濾波器有著易于實現(xiàn)和系統(tǒng)絕對穩(wěn)定的優(yōu)勢，因此得到廣泛的應(yīng)用；對于時變系統(tǒng)濾波器 的研究則導(dǎo)致了以卡爾曼濾波為代表的自適應(yīng)濾波理論的產(chǎn)生。自適應(yīng)濾波即利用前一時刻已獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動地調(diào)節(jié)（更新）現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號和噪聲未知的統(tǒng)計特性，或者隨時間變化的統(tǒng)計特性，從而實現(xiàn)最優(yōu)濾波。 實驗 三 基于 DSP的定時器 實現(xiàn)數(shù)字振蕩器 一、實驗?zāi)康? DSP 技術(shù)一般指將 DSP 處理器用于完成數(shù)字信號處理的方法與技術(shù)。目前的 DSP 芯片以其強大的數(shù)據(jù)處理功能在通信和其他信號處理領(lǐng)域得到廣泛注意并已成為開發(fā)應(yīng)用的熱點技術(shù)。 在本實驗中將介紹另一種獲得正弦 /余弦信號的方法，即利用數(shù)字振蕩器用疊代方法產(chǎn)生正弦信號。本實驗除了學(xué)習(xí)數(shù)字振蕩器的 DSP 實現(xiàn)原理外，同時還學(xué)習(xí) C54X 定時器使用以及中斷服務(wù)程序編寫。另外，在本實驗中我們將使用匯編語言和 C 語言分別完成源程序的編寫。 3 實驗原理 （ 1）數(shù)字振蕩器原理 設(shè)一個傳遞函數(shù)為陣線序列 sinkwT，其 z 變換為 111 BzAz1 Cz)z(H?????? 其中， A＝ 2coswT， B＝ 1,C=sinwT。設(shè)初始條件為 0，求出上式的反 Z 變換得 ： y[k]=Ay[k1]+By[k2]+Cx[k1] 這是個二階差分方程，其單位沖擊響應(yīng)即為 sinkwT。利用單位沖擊函數(shù) x[k1]的性質(zhì)，即僅當(dāng) k=1 時，x[k1]=1，代入上式得： k=0 y[0]=Ay[1]+By[2]+0=0 k=1 y[1]=Ay[0]+By[2]+c=c k=2 y[2]=Ay[1]+By[0]+0=Ay[1] k=3 y[3]=Ay[2]+By[1] k=n y[n]=Ay[n1]+By[n2] 在 k﹥ 2 以后， y[k]能用 y[k－ 1]和 y[k2]算出，這是一個遞歸得方法。 根據(jù)上面得說明，我們可以開始數(shù)字振蕩器得設(shè)計。 設(shè)該振蕩器得頻率為 2kHz,采樣率為 40kHz（通過定時器設(shè)置，每隔 25us 中斷一次，即產(chǎn)生一個 y[n]）則遞歸得差分方程系數(shù)為： A＝ 2coswT=2cos(2 PI 2020/40000)=2 B=1 C=sinwT=sin(2 PI 2020/40000)= 79BC22A 15 ?? C00022B 15 ?? 13C722C 15 ?? 為了便于定點 DSP 處理，我們將所有系數(shù)除以 2，然后用 16 為定點格式表示為： 這便是本實驗中查生 2kHz 陣線信號的三個系數(shù)。在本實驗中，主程序在初始化時先計算出 y[1]和 y[2],然后開放定時器中斷。以后每次進入定時器中斷服務(wù)程序時，利用前面的 y[1]和 y[2]，計算出新的所有 y[n]，通過 CCS 提供的圖形顯示工具，我們將在圖形窗口中看到一個正 弦信號波形。下面時初始化和中斷服務(wù)程序代碼片斷： 初始化程序代碼 初始化 y[1]和 y[2]: ssbx FRCT :置 FRCT =1，準(zhǔn)備進行小數(shù)乘法運算 st ＃ INIT_A,AA :將常數(shù) A 裝入變量 AA st ＃ INIT_B,BB :將常數(shù) B 裝入變量 BB st ＃ INIT_C,CC :將常數(shù) C 裝入變量 CC pshd CC :將變量 CC 壓入堆棧 popd y2 :初始化 y2=CC ld :裝 AA 到 T 寄存器 mpy y2,a :y2 乘系數(shù) A，結(jié)果放入 A 寄存器 sth a,y1 :將 A 寄存器得高 16 位存入變量 y1 中斷服務(wù)程序代碼 ld BB,T :將系數(shù) B 裝入 T 寄存器 mpy y2,a :y2 乘系數(shù) B，結(jié)果放入 A 寄存器 ltd y1 :將 y1 裝入 T 寄存器，同時復(fù)制到 y2 mac AA,a :完成新正弦數(shù)據(jù)的計算， a 寄存器中為 y1*AA+y2*BB sth a,l,y1 :將新數(shù)據(jù)存入 y1,因所有系數(shù)都除過 2，所以在 保存結(jié)果時轉(zhuǎn)移一位，恢復(fù)數(shù)據(jù)正常大小 sth a,l,y0 :將新正弦 數(shù)據(jù)存入 y0 (2)C54X 的定時器操作 C54X 的片內(nèi)定時器利用 CLKOUT 時鐘計數(shù)，用戶使用三個寄存器（ TIM,PRD,TCR）來控制定時器，參見表 4－ 1。在表 4－ 2 中列出了定時器控制寄存器的各個比特位的具體定義?！?VC5402 得另一個定時器（定時器 1）的控制寄存器分別為： 0 30（ TIM1）， 0 31（ PRD1）， 0 32（ TCR1）。 表 4－ 1‘ VC5402 定時器 0 的相關(guān)寄存器 寄存器地址 名稱 用途 0024h TIM 定時器寄存器，每計數(shù)一次自動減一 0025h PRD 定時器周 期寄存器，當(dāng) TIM 減為 0 后 ,CPU 自 動將 PRD 的值裝入 TIM 0026h TCR 定時器控制寄存器 表 4－ 2 定時器控制就存起（ TCR） bit 概要 比特 名稱 功能 15－ 12 保留 讀出時為 0 11 soft 該比特位與 10 位配合使用以決定定時器在使用仿真調(diào)試 時的狀態(tài) . Soft=0 當(dāng)進入仿真調(diào)試時，定時器立即停止工作。 Soft=1 當(dāng)計數(shù)器被減為 0 后，停止工作。 10 free 該比特位與 11 位配合使用以決定定時器在使用仿真調(diào)試 時的狀態(tài) free=0 根據(jù) 11 比特位決定定時器狀態(tài) free=1 忽略 11 比特位，定時器不受影像 9－ 6 PSC 定時器預(yù)置計數(shù)器。當(dāng) PSC 減為 0 后， CPU 自動將 TDDR裝入，然后 TIM 開始減 1。 5 TRB 定時器復(fù)位。當(dāng) TRB＝ 1 時， CPU 將 PRD 寄存器的值裝入 TIM 寄存器，將 TDDR 的值裝入 PSC 4 TSS 定時器停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時， TSS 被清除，定時器立刻開始工作。 TSS＝ 0 表示啟動定時器 TSS＝ 1 表示停止定時器 0－ 3 TDDR 定時器擴展周期。當(dāng) PSC 減到 0， CPU 自動將 TDDR 的值裝入 PSC，然后 TIM 減。所以整個定時器得 周期寄存器可以有 20 個比特（ PRD+TDDR） . 從上面的介紹可以看到定時器實際上可以有 20 個比特的周期寄存器。它對于 CLKOUT 信號計數(shù)，先將PSC 減 1，知道 PSC 為 0。這是 CPU 發(fā)出 TINT 中斷，同時在 TOUT 引腳輸出一個脈沖信號，脈沖寬度與 CLKOUT 一致。然后用 PDR 重新裝入 TIM，重復(fù)下去一直到系統(tǒng)或定時器復(fù)位。因而定時器中斷得頻率由一下的公式?jīng)Q定： TINT 的頻率＝)1P R D()1T D D R(t 1c ???? 其中 tc 表示 CLKOUT 的周期。定時器當(dāng)前得值可以通過讀取 TIM 寄存器和 TCR 寄存器的 PSC 比特位得到。 下面時本實驗中初始化定時器得程序片段： stm 10h,TCR :停止定時器 stm 2499,PDR : 設(shè)置 PDR 寄存器值為 2499 ， TINT 中 斷 頻 率 為Foutclk/(2499+1)=100MHz/2500=40KHz stm 20h,TCR :重新裝入 TIM 和 ,PSC，然后啟動定時器 （ 3） C54X 中斷的使用 在 C54X 中用戶可以通過中斷屏蔽酒釀 起 IMR 來決定開放或關(guān)閉一個中斷請求。圖 4－ 1 出了 C5402 得 IMR 寄存器的各個比特位的定義。