【導(dǎo)讀】北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院。畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書。請你于2020年11月1日--2020年4月6日期間完成。學(xué)號20838712087學(xué)生李維鑫：。指導(dǎo)教師評分參考標(biāo)準(zhǔn)。2基本理論的掌握及外語、計算機應(yīng)用15. 3數(shù)據(jù)（事實）真實可靠，綜合分析、解決問題能力30. 4設(shè)計（論文）水平、創(chuàng)新意識15. 5完成的工作量和工作態(tài)度15. 6全文規(guī)范、圖紙、圖表、文字表達(dá)能力及書寫質(zhì)量15. 數(shù)字濾波技術(shù)是數(shù)字信號處理的核心技術(shù)，而FIR數(shù)字濾波器因其具有嚴(yán)格的線。本文主要研究了數(shù)字濾波器的基本理論，并對有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器FIR的設(shè)。計和實現(xiàn)進(jìn)行了分析和研究，尤其是在MATLAB環(huán)境下FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計，主要。以選擇濾波器四種類型及七種窗函數(shù)的仿真程序，進(jìn)行了具體的仿真分析。方法，主要是在MATLAB中調(diào)試仿真DSP程序來尋找系數(shù)的快速傳遞法。TMS320C55x為主芯片設(shè)計了一個高性能的FIR數(shù)字濾波器系統(tǒng)，主要是時鐘信號產(chǎn)

　　

【正文】 耗的電流是比較小的。時鐘電路也需要消耗一部分電流，而且這部分電流是恒定的，與 CPU 和外設(shè)的激活度無關(guān)。本設(shè)計中采用 TI 公司的芯片 TPS73HD318 來提 供電源。該芯片電源輸入為 5V，可提供兩路輸出電壓，一路為 V，一路為 ，每路最大輸出電流為 750mA，還提供兩個寬度為 200ms 的低電平復(fù)位信號，可直接與C55X 的復(fù)位引腳連接。與 C55X 連接圖如下 : 圖 電源連接電路 /數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 模數(shù) /數(shù)模轉(zhuǎn)換采用芯片 TLC320AD50C(下面簡稱 AD50C)，該芯片最高采樣速率可達(dá)北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 ，通過 DSP 編程設(shè)置，可進(jìn)行 16位 A/D 和 D/A的高分辨率、低速信號轉(zhuǎn)換。該芯片內(nèi)部 ADC 之后有抽樣濾波器， DAC 之前有插值濾波器，接收和發(fā)送可同時進(jìn)行 。 TLC320AD50C與 C55X 的 McBSP 串行口直接相連，不需要外圍電路不，占用并行總線，避免了總線沖突。連接圖如下 : 圖 C55X 和 ADSOC 的硬件連接 C55X 工作于 SPI 方式的從機模式，它的 BFSX, BCLKR, BCLKX 通過寄存器配置為外部輸入 。AD50 工作在主機模式 (M/S=1)，它的 SCLK 配置為內(nèi)部產(chǎn)生，這樣數(shù)據(jù)接收 /發(fā)送幀同步信號 (FS)、移位時鐘信號 (SCLK)均由 AD50C 產(chǎn)生。串行口的接收 /發(fā)送過程受AD50C的控制。該種連接方式不占并行總線，避免了總線沖突。 FLASH 接口設(shè)計 FLASH 芯片采用使用 SST39VF040，該芯片是 SST公司的 39 系列多用途閃存，它是單電壓讀寫操作，有極高的可靠性，功耗較低，具有塊區(qū)域擦除能力。 DSP 的 I/O 端口8000H 映射為 SST39VF040 的 A15~A8 地址的控制信號使能，即當(dāng)對 I/O 端口 8000H 寫數(shù)據(jù)的時候， A15~A18 分別等于數(shù)據(jù)的低 4 位，當(dāng)對外部存儲空間操作時，首先向 Il0端口 8000H 寫入數(shù)據(jù)。在本設(shè)計中，使用外部數(shù)據(jù)空間 8000H~FFFFH，所以寫入的是數(shù)據(jù) 0,實際對應(yīng) SST39VF040 數(shù)據(jù)空 間 的 OOOOH~7FFFH。這樣設(shè)置以后，將 DSP 上使用的外部數(shù)據(jù)空間映射到了 SST39VF040 的數(shù)據(jù)空間。接口電路如下圖所示。 在編寫引導(dǎo)程序之前，要編制一個引導(dǎo)表，內(nèi)容包括 :引導(dǎo)方式標(biāo)識、預(yù)置 SWWSR和 BSCR 寄存器的值、程序入口 (XPC)、程序入口地址 (PC)、用戶程序長度、首塊存放目標(biāo) (XPC)、首塊存放目標(biāo)地址 (PC)等。 北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 C55X 與 FLASH 接口電路 FLASH 控制管腳的邏輯關(guān)系如下 :(其中，“十”表示邏輯或 ) DSCE? , WRM S T R BOE /?? , WRM S T R BWE /?? , 外擴 RAM 芯片采用 IS61LV6416，該芯片是一種高速 CMOS 靜態(tài) RAM 存儲容量為64Kx16 位，數(shù)據(jù)存取時間為 10ns，能滿足高速運行需要。其工作電壓為 ，與 C55X工作電壓一致，無需電平轉(zhuǎn)換。與 C55X 連接圖如圖 。這是一種優(yōu)化的混和程序和數(shù)據(jù)區(qū)外接 RAM 的方法，省去了 C55X 的地址線 A15，這種方法可充分利用外部擴展 RAM，不會因內(nèi)部 RAM和外部 RAM 的地址重疊而造成外部 RAM 的浪費。 圖 C55X 與 RAM 連接電路 北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 5 FIR濾波器的 DSP程序?qū)崿F(xiàn) 使 在初期階段，因 DSP 的性能指標(biāo)較低，主要用匯編語言來編寫高效、專用的程序代碼，后來隨著 DSP 運算速度的提高，采用 C 語言編程來降低開發(fā)難度、縮短開發(fā)周期，但關(guān)鍵程序段仍結(jié)合 DSP 硬件編寫 DSP 匯編程序。如今，高效的信號處理工具M(jìn)ATLAB 逐漸滲透到 DSP 設(shè)計中。利用 MATLAB 輔助 DSP 程序開發(fā)，提高了程序開發(fā)效率，縮短了軟件開發(fā)周期。 TMS320C55x 對數(shù)字濾波器算法的實現(xiàn)在指令集和硬件結(jié)構(gòu)上都有考慮。它有 MAC指令，該指令將數(shù)據(jù)區(qū)的兩個數(shù)相乘，然后再與累加器中的值累加，運算結(jié)果仍存在累加器中為下次操作 準(zhǔn)備 。在硬件上有間接尋址時的循環(huán)尋址功能，即將濾波器系數(shù)保存在一個可循環(huán)尋址的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，尋址指針由低地址自動增長，當(dāng)達(dá)到緩沖區(qū)頂部時，自動返回低地址重新尋址，這樣，配合單指令重復(fù)指令 RPT，就可以快速實現(xiàn)卷積操作 。 傅氏級數(shù)法的 DSP 程序?qū)崿F(xiàn) 在第三章最后算出了濾波器四種類型的系數(shù)表達(dá)式?？梢愿鶕?jù)系數(shù)表達(dá)式采用 C語言來編程實現(xiàn)濾波算法。下面是 FIR帶通濾波器算法程序段 : void firbpf(double lpass, double hpass) { int t。 for（ t=O。tFLen。t++) { double m。 m=sin((t(FLen1)/)*hpass*pi)/((t(FLen1)/)*pi)。 h(t)=msin((t(FLen1 )/)*lpass*pi)/((t(FLen1 )/)*pi)。 } if(t==((FLen1)12)) h[t]=hpasslpass。 } 相應(yīng)的其它三種類型 FIR 濾波器算法程序都可以由對應(yīng)的系數(shù)表達(dá)式編寫出來。 利用 匯編程序 實現(xiàn) FIR 濾波器 匯編程序調(diào)試首先在 CCS 中建立新的工程 , 然后將匯編語言源文件 (.asm或 . c)文件以及中斷向量文件 (. asm)、位文件 (. cmd)添加到工程中。 編譯 通過后 ，生成可執(zhí)行文件 (*.out 文件 )，下載到 DSP 程序存儲器中， 這時打開 Momery 窗口 , 可以看到數(shù)據(jù)存儲器已經(jīng)被劃分 coff_ fir, d_ data_ buffer, in_ buffer,out_ buffer等區(qū)。編譯并將整個 FIR 項目成功地下載到目標(biāo)系統(tǒng)板后 , FIR 程序就可以在 EVM 板上運行 進(jìn)行調(diào)試 （程序見附錄 A） 。下圖 為 程序流程圖。 北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 在主程序中，在 flag = 0 處設(shè)置斷點；單擊“ Run”運行程序，程序?qū)⑦\行至斷點處停止；用 View / Graph / Time/Frequency 打開一個圖形觀察窗口如圖 。 圖 主程序 系統(tǒng)初始化 輸入緩沖區(qū)初始化為零 根據(jù)指標(biāo)生成系數(shù) 開放中斷 等待中斷 中斷程序 是否采集到256 個數(shù)據(jù) 輸入信號值歸一化 輸入緩沖區(qū)值下移一位，加入最新輸入信號 進(jìn)行乘加運算 返回 是 否 北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 設(shè)置觀察圖形窗口變量及參數(shù)為：采用雙蹤觀察啟始地址分別為 x和 y，長度為256 的單元中數(shù)值的變化，數(shù)值類型為 32 位浮點型變量，這兩個數(shù)組中分別存放的是經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的輸入混疊信號（輸入信號）和對該信號進(jìn)行 FIR 濾波的結(jié)果；單擊“ Animate”運行程序，調(diào)整觀察窗口并觀察濾波結(jié)果 如下圖 圖 輸入混頻與濾波后信號 比較濾波前與濾波后的信號，可以看到， 通過測試波形可以看到， 濾波后的信號比濾波前的信號要平滑很多，確實達(dá)到了濾波效果。 在實驗中，還可通過改變混頻信號的混疊情況，來觀察濾波器的濾波情況，如加大或減小高頻率的幅度 (頻率 )或者改變?yōu)V波器的長度及采樣頻率來觀察 DSP 芯片的濾波效果。圖為 加大高頻率信號的幅度時濾波效果。圖 80的濾波效果。圖 為減小濾波器階數(shù)到 30 階的濾波效果，可看出濾波器的階數(shù)越高，濾波效果相對越好。 圖 加大濾波的濾波情況 北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 80 階濾波效果 圖 30 階濾波效果 小結(jié) 一般用 DSP 芯片實現(xiàn) FIR濾波器，都是先在 MATLAB 里設(shè)計相應(yīng)的濾波器，得到濾波器系數(shù)，然后在 DSP匯編程序中，對相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行 Q15格式轉(zhuǎn)換處理，如系數(shù) ，轉(zhuǎn)換成 Q15 格式，采用偽指令寫成 .word *32768 形式，再采用相關(guān)的匯編指令來實現(xiàn) FIR 濾波器算法。 得到濾波器系數(shù)的方法很多，但在調(diào)試仿真階段，每改變一次濾波器參數(shù)，相關(guān)的系數(shù)就會改變，在 DSP 程序中也要做相應(yīng)修改，這給調(diào)試仿真帶來很大麻煩，濾波器設(shè)計效率低，這樣就想尋求更快更便捷的設(shè)計方法。如果在 MATLAB 中生成濾波器系數(shù)后，以某種形式建立一種連接，把系數(shù)傳到 CCS 中，供 DSP 濾波算法程序使用，當(dāng)MATLAB 中設(shè)計的濾波器系數(shù)改變時，相應(yīng)在 CCS 中也改變，這樣就可達(dá)到快速設(shè)計的目的。 在解決的過程中，發(fā)現(xiàn)可通過 FDATooI 中的 Export to code poser studio(IDE)，把濾 波器的系數(shù)以頭文件形式傳到 CCS 中，頭文件中包含濾波器的階數(shù)和系數(shù)數(shù)組。在 DSP 程序中包含該頭文件，便于采用 C 語言來實現(xiàn)程序。頭文件名不變，每當(dāng) MATLAB 中的系數(shù)改變時，相應(yīng)的頭文件中系數(shù)也改變，方便了調(diào)試仿真。 本文中采用匯編語言編寫 FIR 濾波子程序，在主程序中用 C 語言調(diào)用。這樣就需要了解 DSP 匯編程序與 C 語言之間的參數(shù)傳遞及有關(guān)的調(diào)用關(guān)系。通過 TI 相關(guān)英文文北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 檔，知道在 C55X 自帶的 dsplib 庫中有相應(yīng)的用匯編語言編寫并已優(yōu)化的 FIR 濾波器源程序，這些程序都符合 TI的軟件編程規(guī)范，在 CCS 中的對選項 build options 進(jìn)行設(shè)置就可直接調(diào)用，另外還要把 C55X 的 dsplib 加到工程中，在程序中包含 頭文件。下面是庫的幾種 FIR函數(shù) 。 （ 1） hort fir(data *x, data *h,*r, data ,*dbuffer, ushort nh, ushort nx) 這是一種直接型的濾波器函數(shù)， x為輸入樣本向量， h 為系數(shù)向量， r 為輸出向量，dbuffer 為緩沖區(qū)， nh 為系數(shù)個數(shù)， nx 為輸入樣本數(shù)。 （ 2） firdec(data *x, data *h, data *r, data *dbuffer, ushort nh, ushort nx)采用抽取法。 （ 3） firinterp(data*x, data*h, data*r, data *dbuffer, ushort nh, ushort nx)采用插入法。 （ 4） int firs(data *x, data *r, data *dbuffer, ushort nh2,ushort nx)對稱、均衡型。 （ 5） int firs2(data *x, data *h, data *r, data *dbuffer, ushort nh2,ushort nx)一般型。 也可以把庫的函數(shù)復(fù)制到自己的工程名下，再進(jìn)行編譯，這跟函數(shù)調(diào)用一樣，直接使用。在 C程序中，參數(shù)是以指針形式建立的 。在匯編程序中，通過建立局部幀的形式來從右到左接受參數(shù)的地址，即建立了匯編與 C 的調(diào)用關(guān)系。其中，由 FDATooI 得到的頭文件的數(shù)據(jù)類型與 dsplib庫中函數(shù)的類型不同， C55X的數(shù)據(jù)是 16位，由 FDATool傳遞系數(shù)給 CCS 時，應(yīng)選擇有符號的 16 位整數(shù)，還有相應(yīng)的修改。 版本以上的 MATLAB 中都集成了 MATLAB Link to Code Composer Studio(tm)功能，可以通過特殊函數(shù) run， reset， write， read, create 等在 MATLAB 中直接調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)，并能將目標(biāo)系統(tǒng)的輸出結(jié)果返送給 MATLAB。具體過程為 :先在 MATLAB 中設(shè)計 FIR 濾波器，編寫模擬信號，通過濾波器濾波，得到相應(yīng)的濾波信號，以數(shù)據(jù)文件的形式保存模擬信號與濾波后的信號。然后在 CCS 中編寫 DSP 程序，編譯并修改，直到?jīng)]有錯誤，然后 MATLAB 把模擬信號寫給 DSP 程序，經(jīng) DSP 芯片濾波后， MATLAB 把濾波信號讀回，跟 MATLAB 中的濾波信號進(jìn)行比較 ，即 MATLAB 直接控制運行 CCS 中的 DSP程序。此方法在仿真、調(diào)試中非常有用。 北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 結(jié) 論 本文就 DSP 實現(xiàn) FIR 數(shù)字濾波器進(jìn)行了研究。在 FIR 濾波器系統(tǒng)設(shè)計的研究中，通過編程進(jìn)行濾波處理驗證，處理速度比較快，相位響應(yīng)只有固定的時間延遲，沒有延遲失真，具有嚴(yán)格線性 。硬件電路功耗比較低，能夠滿足一定的實時性，在以后的設(shè)計中盡量往提高濾波器集成度和可靠度努力 ，理論及應(yīng)用上有一定的借鑒價值。而且，在調(diào)試、仿真設(shè)計過程中， 記錄下了實驗過程中遇到的問題