【正文】 FIR濾波器，通過調(diào)用四種窗口函數(shù)，截取不同的帶通與低通濾波原型，滿足以下性能要求：帶通濾波器：下阻帶邊緣：，；下通帶邊緣：，上通帶邊緣：，；上阻帶邊緣：，低通濾波器：，；，； （5）研究DSP的結(jié)構(gòu)特點，了解TI公司的TMS3205410 DSP器件，掌握DSP系統(tǒng)的構(gòu)成及軟硬件設(shè)計方法和CCS軟件的調(diào)試方法；并以TI公司的TMS3205410 DSP為核心處理器，在DSP上實現(xiàn)FIR濾波器系統(tǒng)。 典型的DSP系統(tǒng)上圖是一個用DSP做信號處理的典型框圖。于是先對輸入模擬信號進行調(diào)整，輸出的模擬信號經(jīng)過A/D變換后變成DSP可以處理的數(shù)字信號，DSP根據(jù)實際需要對其進行相應(yīng)的處理，如FFT、卷積等；處理得到的結(jié)果仍然是數(shù)字信號，可以直接通過相應(yīng)通信接口將它傳輸出去，或者對它進行D/A變換將其轉(zhuǎn)換為模擬采樣值，最后再經(jīng)過內(nèi)插和平滑濾波就得到了連續(xù)的模擬波形模擬信號。DSP應(yīng)用定義系統(tǒng)性能指標硬件調(diào)試選擇DSP芯片軟件編程硬件設(shè)計系統(tǒng)集成軟件調(diào)試系統(tǒng)測試和調(diào)試 DSP基本設(shè)計流程在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，常常要用到FIR數(shù)字濾波器，這是因為用FIR濾波器可以逼近任意幅頻特性的濾波器，并獲得很好的性能。本次數(shù)字濾波器的實現(xiàn)采用線性緩沖區(qū)法。在開始計算前，先給循環(huán)緩沖區(qū)中所有單元全部賦值為0，開始計算后，每來一個新的輸入數(shù)據(jù)，將其按順序?qū)懭胙h(huán)緩沖區(qū)，并將循環(huán)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)于濾波器系數(shù)按相應(yīng)的規(guī)則進行K次乘法累加計算，產(chǎn)生一個輸出數(shù)據(jù)。如此循環(huán)直到輸入數(shù)據(jù)序列計算結(jié)束。循環(huán)緩沖區(qū)法的數(shù)據(jù)尋址示意圖如下圖4所示：H(K1)H(K2)X(n(K1))X(n+1)X(n(k2))H(1)H(0)X(n1)X(n1)X(n)X(n)X(n(K2))?！?.H(1) 初始狀態(tài) n時刻的輸入采樣 更新一個數(shù)據(jù)后 循環(huán)緩沖區(qū)法執(zhí)行過程圖循環(huán)緩沖區(qū)法的具體步驟如下：（1）定義兩個長度為K的數(shù)組，一個用來存放濾波系數(shù)h[n],另一個用來存放輸入數(shù)據(jù)a[n]。循環(huán)緩沖區(qū)法實現(xiàn)的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)比較緊湊，占用存儲資源較少，結(jié)合DSP的循環(huán)尋址方法可以方便、高效的實現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器。用DSP實現(xiàn)Z算法是十分方便的，常用的方法有兩種：線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法。FIR濾波器的核心算法是計算輸入信號與濾波器系數(shù)的卷積。在TMS3205410中可以用macd指令完成卷積。Pmad是表示程序存儲器地址的16位常數(shù)。這條指令在執(zhí)行時，先把指令中的pmad常數(shù)送到程序地址寄存器的PAR中，然后將Smem地址中的數(shù)據(jù)用PAR地址在程序存儲器中讀取的數(shù)據(jù)相乘，并將乘積結(jié)果累加到由Src指定的累加器中。若采用repeat指令重復(fù)執(zhí)行macd指令，則在執(zhí)行指令的最后，PAR寄存器自動加1，這樣當(dāng)macd再次執(zhí)行時就直接用PAR中的地址讀取程序存儲器中的數(shù)據(jù)。但是若用repeat指令執(zhí)行macd，進入流水線后只要一個周期就可以執(zhí)行一次macd指令。對于輸入序列，它在兩個循環(huán)緩沖器里的存儲情況如下，要建立緩沖區(qū)首先將循環(huán)緩沖區(qū)大小寄存器的值設(shè)為N/2輔助寄存器AR4指到緩沖區(qū)1（Bufferl）的頂部 AR5指到緩沖區(qū)2（Buffer2）的底部，新來一個樣本存儲到緩沖區(qū)1中時，應(yīng)先將緩沖區(qū)1頂部的數(shù)據(jù)移到緩沖區(qū)2底部，處理器然后進行乘加運算，濾波程序每步運算后AR4 指向數(shù)據(jù)移到的下一個窗口，而 AR5則指向下一個輸入數(shù)據(jù)，對于下一步運算AR4指向地址1，AR5指向地址N/2?！? FIR系數(shù)存儲格式示意圖考慮到在執(zhí)行macd指令時是將低地址的數(shù)據(jù)復(fù)制到高地址來完成延遲功能，所以在用macd指令計算卷積時，先計算x(nN+1)與h(N1)的乘積，最后才計算x(n)與h(0)的乘積。 顯示模塊本系統(tǒng)的具體硬件方案框圖如下圖： 硬件方案框圖 在本系統(tǒng)設(shè)計中采用了 TI 的TMS320VC5402 作為其核心處理單元。它采用先進的修正哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)共有8 條總線（1 條程序存儲器總線、3 條數(shù)據(jù)存儲總線和4 條地址總線）。TMS320VC5402的豐富的片上外圍電路（通用I/O 引腳，定時器，時鐘發(fā)生器， HPI 接口，多通道緩沖串行口McBSP）使其與外部接口方便[2]。在本數(shù)字濾波器系統(tǒng)中選擇了 TI 公司的TLV 1570 芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，8 V 低電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。其功能時序圖如下： TLV1570 的功能時序圖 從功能時序圖可以看出該器件包含 8 通道輸入多路復(fù)用器、高速的10 位ADC、內(nèi)部的電壓參考源和高速的串行接口。其中每個取樣和轉(zhuǎn)換過程需要16 個系統(tǒng)工作時鐘。如下圖所示： TLV5608 的功能時序圖。使用該方法，便于采用語言來實現(xiàn)程序。軟件整體設(shè)計流程如下圖所示： 軟件整體設(shè)計流程圖 測量模塊測量模塊設(shè)計流程圖如下圖所示： 測量模塊設(shè)計流程圖四、 系統(tǒng)測試與總結(jié) 硬件調(diào)試中要注意到的問題 在本系統(tǒng)的硬件調(diào)試中主要測試步驟如下:①首先測量電路板的電源和地是否有短路現(xiàn)象，電路板上所采用器件多為小封裝器件，管腳間距小，容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，焊接完成后要認真檢查。上電后應(yīng)快速檢測電路板上主要電源芯片的輸出電壓和DSP 內(nèi)核電壓，以免損壞電路板上器件。④用示波器查看系統(tǒng)中主要的時鐘信號的波形，包括DSP 輸入時鐘信號、DSP 輸出時鐘信號、ADC 和DAC 的系統(tǒng)時鐘信號及幀同步時鐘信號(需要結(jié)合DSP 的開發(fā)環(huán)境和仿真器進行測試)。 軟件調(diào)試中要注意到的問題 利用 TMS320VC5402 實現(xiàn)FIR 的程序中應(yīng)注意以下幾點：。輸入數(shù)據(jù)塊和系數(shù)塊都放在雙尋址數(shù)據(jù)存儲區(qū)，起始地址為m 位地址邊界（2mN）。由于使用了循環(huán)尋址，數(shù)據(jù)和系數(shù)的指針在操作后以循環(huán)的方式增1。利用TMS320VC5402 的FIRS 指令和循環(huán)尋址，可以更簡潔的方法實現(xiàn)對稱抽頭的FIR 濾波器。程序設(shè)置斷點運行后，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