【正文】 菜單設(shè)置GEL菜單選項(xiàng)，方便直觀的修改變量配置參數(shù)等。 CCS介紹：CCS是一種針對TMS320系列DSP的集成開發(fā)環(huán)境，在Windows操作系統(tǒng)下，采用圖形接口界面，提供環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤分析等工具。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。MATLAB應(yīng)用非常之廣泛。而要得到一個(gè)因果的線性相位濾波器，它的hd(n)長度為N，必須滿足公式23 （23） h(n)可以看做是hd(n)與窗函數(shù)w(n)的乘積，如公式24所示 h(n)= hd(n)w(n) （24）這種操作叫做加窗，其中根據(jù)w(n)的不同定義，可以得到不同的窗結(jié)構(gòu)在頻域中，因果FIR濾波器響應(yīng)由和窗響應(yīng)的周期卷積得到，公式如下: = （25） 常用的窗函數(shù)有矩形窗、三角形（Bartlett）窗、漢寧（Hanning）窗、哈明（Hamming）窗、布萊克曼（Blackman）窗、凱澤（Kaiser）窗等。我們用表示理想的選頻濾波器，它在通帶上具有單位增益和線性相位，在阻帶上具有零響應(yīng)。　　其相應(yīng)的z變換為如公式22所示，其中zi為N1階多項(xiàng)式 （22）　 普通的直接型FIR濾波器結(jié)構(gòu)如下圖2所示：圖2 FIR濾波器的直接型結(jié)構(gòu) 窗函數(shù)的設(shè)計(jì)原理 FIR濾波器通常采用窗函數(shù)方法來設(shè)計(jì)。FIR濾波器是有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，它具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1)可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí)，保證精確、嚴(yán)格的線性相位；避免被處理的信號產(chǎn)生相位失真，這一特點(diǎn)在寬頻帶信號處理、陣列信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)中非常重要； (2)由于FIR濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)是有限長序列，因此FIR濾波器沒有不穩(wěn)定的問題； (3)由于FIR濾波器一般為非遞歸的結(jié)構(gòu)，因此在有限精度運(yùn)算下，不會出現(xiàn)遞歸結(jié)構(gòu)中極性震蕩等不穩(wěn)定現(xiàn)象，誤差較小。FIR濾波器是有限長單位沖激響應(yīng)濾波器,在結(jié)構(gòu)上是非遞歸型的。如下圖1所示為本題目的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。其中語音信號的采集與回放是采用TLV320AIC23芯片，對語音信號進(jìn)行A/D，D/A轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對語音信號的數(shù)字處理與回放。三、課程設(shè)計(jì)要求： 使用Matlab對FIR濾波器的設(shè)計(jì)； 編寫FIR濾波處理的DSP程序，查看并記錄處理后的信號頻譜； 通過D/A實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，回放處理后的聲音； 正確、完整的闡述設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果； 繪制程序的流程圖，并文字說明。培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，以及團(tuán)隊(duì)合作能力。 基于FIR的語音信號濾波、內(nèi)容和要求一、課程設(shè)計(jì)目的：通過本次課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生對DSP這門課程所學(xué)的基礎(chǔ)知識、理論加以理解，學(xué)以致用。初步培養(yǎng)學(xué)生對工程設(shè)計(jì)的獨(dú)立工作能力，掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：通過DSP處理器通過A/D采集音頻信號，在CCS軟件中分析音頻信號的頻譜圖，使用Matlab設(shè)計(jì)相應(yīng)的FIR數(shù)字濾波器（低通）并得到濾波器H(z)的系數(shù)，然后根據(jù)這些系數(shù)，編寫DSP程序（C語言或匯編）對已采集信號進(jìn)行處理，最后在CCS軟件中得到處理后音頻信號的頻譜圖，比較濾波前后信號的頻譜圖。 2 設(shè)計(jì)基本原理及軟件簡介 設(shè)計(jì)總體方案本題目通過DSP處理器通過A/D采集音頻信號，在CCS軟件中分析音頻信號的頻譜圖，使用Matlab設(shè)計(jì)相應(yīng)的FIR數(shù)字濾波器（低通）并得到濾波器H(z)的系數(shù)，然后根據(jù)這些系數(shù)，編寫DSP程序（C語言或匯編）對已采集信號進(jìn)行處理，最后在CCS軟件中得到處理后音頻信號的頻譜圖，比較濾波前后信號的頻譜圖。DSP芯片主要是將轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的語音信號用DSP算法對其進(jìn)行處理，并將處理后的信號傳送到輸出端。 語音信號的采集與輸入對采集的語音信號A/D轉(zhuǎn)換DSP信號處理器設(shè)計(jì)FIR濾波器編寫DSP程序?qū)V波后的語音信號D/A轉(zhuǎn)換回放語音信號圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 FIR濾波器的原理及特點(diǎn)數(shù)字濾波器有兩類：IIR數(shù)字濾波器和FIR數(shù)字濾波器。它可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí),保證精確嚴(yán)格的線性相位。FIR濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （21）式中：N為FIR濾波器的抽頭數(shù)；x(n)為第n時(shí)刻的輸入樣本；h(i)為FIR濾波器第i抽頭系數(shù)。窗設(shè)計(jì)的基本思想是，首先選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)睦硐脒x頻濾波器（它總是具有一個(gè)非因果，無限持續(xù)時(shí)間脈沖響應(yīng)），然后街區(qū)（加窗）它的脈沖響應(yīng)得到線性相位和因果FIR濾波器。 為了從hd(n)得到一個(gè)FIR濾波器，必須同時(shí)在兩邊截取hd(n)。 設(shè)計(jì)軟件簡介： MATLAB介紹：MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶直接進(jìn)行下載就可以用。CCS有兩種工作模式：即軟件仿真器模式和硬件在線編程模式，其軟件仿真器模式可以脫離DSP芯片，在PC機(jī)上模擬DSP的指令集和工作機(jī)制用于前期算法的實(shí)現(xiàn)和調(diào)試；其硬件在線編程模式，可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在DSP芯片上，與硬件開發(fā)板組合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。3 設(shè)計(jì)的步驟和過程 語音信號的錄放在選擇模轉(zhuǎn)換芯片型號時(shí)，需要考慮A/D的轉(zhuǎn)換精度、采樣速率以及芯片的工作電壓和接口電壓。根據(jù)這次設(shè)計(jì)要求，選擇的芯片是TI公司的TLV320AIC23芯片。并采集語音信號。 FIR濾波器的Matlab設(shè)計(jì)fir1就是采用經(jīng)典窗函數(shù)法設(shè)計(jì)線性相位FIR數(shù)字濾波器的函數(shù)，且具有標(biāo)準(zhǔn)低通，帶通，高通,帶阻等類型。ftype39。常用的窗函數(shù)有矩形窗、三角形（Bartlett）窗、漢寧（Hanning）窗、哈明（Hamming）窗、布萊克曼（Blackman）窗、凱澤（Kaiser）窗等。其具體操作流程為：把Hd()展成Fs，得Hd(n)；對Hd(n)自然截短到所需的長度；將截短后Hd(n)的右移M個(gè)采樣間隔，得h(n)；將h(n)乘以合適的窗口，即得所要濾波器的沖擊響應(yīng)，窗函數(shù)以利用所求得的單位抽樣響應(yīng)，即可用硬件構(gòu)成濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)H(z)。首先進(jìn)行帶限濾波和抽樣，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字比特流，由耐奎斯特樣定理可知為了保證信息完整抽樣頻率至少是輸入帶限信號最高頻率的2倍。FIR濾波器的DSP軟件實(shí)現(xiàn)方法有兩種，一種是用C語言實(shí)現(xiàn)，一種是用匯編語言實(shí)現(xiàn)，本次課程設(shè)計(jì)采用用C語言來實(shí)現(xiàn)，其軟件流程圖如下圖4所示開始濾波結(jié)束輸入語音信號數(shù)據(jù)定義濾波器系數(shù)為原始信號和數(shù)據(jù)指定寄存器做濾波算法圖4 C語言程序流程圖 TMS320F2812芯片介紹TMS320F2812是TI公司的一款用于控制的高性能、高性價(jià)比的32位定點(diǎn)DSP芯片。最高可在150MHz主頻下工作，并帶有18K16位0等待周期片上SRAM和128K16位片上FLASH。另外，該器件還有3個(gè)獨(dú)立的32位CPU定時(shí)器，以及多達(dá)56個(gè)獨(dú)立編程的GPIO引腳，可外擴(kuò)大于1M16位程序和數(shù)據(jù)存儲器。 TMS320F2812芯片具有如下功能；(1)在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；(2)程序和數(shù)據(jù)空間分離，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)。 (5)具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；(6)支持流水線操作，使取值、譯碼、和執(zhí)行等操作可重疊執(zhí)行 TLV320AIC23芯片介紹TLV320AIC23是TI公司推出的一款高性能立體聲音頻編解碼器，內(nèi)置耳機(jī)輸出放大器，支持mic和line in二選一的輸入方式。TLV320AIC23的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)集成在芯片內(nèi)部．采用先進(jìn)的過采樣技術(shù)．可以在8kHz至96kHz的采樣率下提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣數(shù)據(jù)。同時(shí)。節(jié)電模式為15μw)。 程序調(diào)試結(jié)果啟動CCS，輸入實(shí)驗(yàn)程序代碼，進(jìn)行編譯并加載到DSP中。先打開項(xiàng)目，然后編譯、加載實(shí)驗(yàn)程序，然后點(diǎn)擊菜單debug—Go main就進(jìn)入預(yù)先編譯的實(shí)驗(yàn)程序然后打開波形觀察窗口，路徑是View—Graph—Time/Frequence，將顯示類型，圖形名稱，起始地址，抽樣點(diǎn)數(shù)，數(shù)據(jù)類型等分別進(jìn)行設(shè)置如下圖5所示。同理要觀察頻域的原始波形和濾波后的波形，也按上述步驟操作，其波形觀察窗口如下圖7所示，其中PC指原始的時(shí)域信號的經(jīng)過傅里葉變換所得到的頻域波形，PD指濾波后的時(shí)域信號的經(jīng)過傅里葉變換所得到的頻域波形，其波形輸出圖如圖8所示。圖5 設(shè)置時(shí)域各項(xiàng)參數(shù)圖6 原始信號時(shí)域波形及時(shí)域?yàn)V波后波形圖7 設(shè)置頻域各項(xiàng)參數(shù)圖8 原始信號頻域波形及頻域?yàn)V波后波形 結(jié)果分析 本次課程設(shè)計(jì)所用的FIR低通通濾波器，其目的就是要濾除高頻部分。圖6是原始語音信號時(shí)域波形及時(shí)域?yàn)V波后的波