【文章內容簡介】 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 用的目的，其應用范圍涉及幾乎所有的工程技術領域。 在數字信號處理的應用中，數字濾波器很重要而且得到了廣泛的應用。按照數字濾波器的特性，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（ IIR）與有限長沖擊響應（ FIR）等等。其中，線性時不變的數字濾波器是最基本的類型；而由于數字系統(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，這種濾波器一般需要用遞歸模型來實現，因而有時也稱之為遞歸濾波器，而 FIR 濾波器的沖 激響應只能延續(xù)一定時間，在工程實際中可以采用遞歸的方式實現，也可以采用非遞歸的方式實現，但其結構主要還是是非遞歸結構，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，避免被處理信號產生相位失真，而線性相位體現在時域中僅僅是 h(n)在時間上的延遲，這個特點在圖像信號處理、數據傳輸等波形傳遞系統(tǒng)中是非常重要的，且不會發(fā)生阻塞現象，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和系統(tǒng)絕對穩(wěn)定的優(yōu)勢，因此得到廣泛的應用；對于時變系統(tǒng)濾波器 的研究則導致了以卡爾曼濾波為代表的自適應濾波理論的產生。自適應濾波即利用前一時刻已獲得的濾波器參數等結果，自動地調節(jié)（更新）現時刻的濾波器參數，以適應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，從而實現最優(yōu)濾波。 實驗 三 基于 DSP的定時器 實現數字振蕩器 一、實驗目的 DSP 技術一般指將 DSP 處理器用于完成數字信號處理的方法與技術。目前的 DSP 芯片以其強大的數據處理功能在通信和其他信號處理領域得到廣泛注意并已成為開發(fā)應用的熱點技術。 在本實驗中將介紹另一種獲得正弦 /余弦信號的方法，即利用數字振蕩器用疊代方法產生正弦信號。本實驗除了學習數字振蕩器的 DSP 實現原理外，同時還學習 C54X 定時器使用以及中斷服務程序編寫。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）數字振蕩器原理 設一個傳遞函數為陣線序列 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，其單位沖擊響應即為 sinkwT。利用單位沖擊函數 x[k1]的性質，即僅當 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。 根據上面得說明，我們可以開始數字振蕩器得設計。 設該振蕩器得頻率為 2kHz,采樣率為 40kHz（通過定時器設置，每隔 25us 中斷一次，即產生一個 y[n]）則遞歸得差分方程系數為： 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。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，準備進行小數乘法運算 st ＃ INIT_A,AA :將常數 A 裝入變量 AA st ＃ INIT_B,BB :將常數 B 裝入變量 BB st ＃ INIT_C,CC :將常數 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 A，結果放入 A 寄存器 sth a,y1 :將 A 寄存器得高 16 位存入變量 y1 中斷服務程序代碼 ld BB,T :將系數 B 裝入 T 寄存器 mpy y2,a :y2 乘系數 B，結果放入 A 寄存器 ltd y1 :將 y1 裝入 T 寄存器，同時復制到 y2 mac AA,a :完成新正弦數據的計算， a 寄存器中為 y1*AA+y2*BB sth a,l,y1 :將新數據存入 y1,因所有系數都除過 2，所以在 保存結果時轉移一位，恢復數據正常大小 sth a,l,y0 :將新正弦 數據存入 y0 (2)C54X 的定時器操作 C54X 的片內定時器利用 CLKOUT 時鐘計數，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 的相關寄存器 寄存器地址 名稱 用途 0024h TIM 定時器寄存器，每計數一次自動減一 0025h PRD 定時器周 期寄存器，當 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試 時的狀態(tài) . Soft=0 當進入仿真調試時，定時器立即停止工作。 Soft=1 當計數器被減為 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試 時的狀態(tài) free=0 根據 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 定時器預置計數器。當 PSC 減為 0 后， CPU 自動將 TDDR裝入，然后 TIM 開始減 1。 5 TRB 定時器復位。當 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 定時器停止狀態(tài)。當系統(tǒng)復位時， 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 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，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，重復下去一直到系統(tǒng)或定時器復位。因而定時器中斷得頻率由一下的公式決定： 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。