卷积运算及算法的DSP实现

《现代信号处理课程设计》课程设计报告设计题目卷积运算及算法的DSP实现目录第1章总序..............................................31.1设计目的与背景.......................................错误!未定义书签。1.2设计要求.............................................错误!未定义书签。1.3设计思路简介.........................................错误!未定义书签。第2章系统开发平台与环境.................................错误!未定义书签。2.1CCS开发环境.........................................错误!未定义书签。2.2ICETEK-F2821-A开发实验板............................错误!未定义书签。第3章卷积算法设计过程...............................错误!未定义书签。3.1卷积算法设计总框图.................................错误!未定义书签。3.2卷计算法设计的原理.................................错误!未定义书签。第4章系统软件设计.......................................错误!未定义书签。4.1程序流程图...........................................错误!未定义书签。4.2程序源代码...........................................错误!未定义书签。第5章系统仿真..........................................错误!未定义书签。5.1仿真设置............................................错误!未定义书签。5.2仿真图..............................................错误!未定义书签。第6章总结..............................................错误!未定义书签。参考文献.................................................错误!未定义书签。第1章绪论1.1设计目的与背景1）设计背景卷积是在信号与线性系统的基础上或背景中出现的，脱离这个背景单独谈卷积是没有任何意义的，除了那个所谓褶反公式上的数学意义和积分（或求和，离散情况下）。信号与线性系统，讨论的就是信号经过一个线性系统以后发生的变化（就是输入输出和所经过的所谓系统，这三者之间的数学关系）。所谓线性系统的含义，就是，这个所谓的系统，带来的输出信号与输入信号的数学关系式之间是线性的运算关系。因此，实际上，都是要根据我们需要待处理的信号形式，来设计所谓的系统传递函数，那么这个系统的传递函数和输入信号，在数学上的形式就是所谓的卷积关系。卷积关系最重要的一种情况，就是在信号与线性系统或数字信号处理中的卷积定理。利用该定理,可以将时间域或空间域中的卷积运算等价为频率域的相乘运算，从而利用FFT等快速算法，实现有效的计算，节省运算代价。DSP（数字信号处理器）与一般的微处理器相比有很大的区别，它所特有的系统结构、指令集合、数据流程方式为解决复杂的数字信号处理问题提供了便利，本文选用F2812作为DSP处理芯片，通过对其编程来实现卷积。2）设计目的通过本次设计掌握并熟悉dsp的应用以及ICETEK-F2812-A的平评估板的使用，了解卷积算法的原理和计算方法，以及其特性与特点，并学习卷积算法的程序实现。并且通过本次设计来提高自己的动手实践能力，增加我们对本专业的各种芯片的了解，增强我们的专业素养。1.2设计要求利用C语言在CCS环境中编写一个卷积算法程序，并能利用已设计好的卷积器对一些常用信号进行卷积运算处理。1.3设计思路简介在TMS320C54x系统开发环境CCS（CodeComposerStudio）下对卷积的DSP实现原理进行讨论。利用C语言设计相应的算法，通过实验仿真，从输入信号和输出信号的时域和频域曲线可看出在DSP上实现的卷积算法能完成预定的计算任务。第2章系统开发平台与环境2.1CCS开发环境DSP开发工具：PC机+目标板+仿真器+CCS开发环境一般是先在CCS开发环境下编写程序（使用C语言、汇编语言或者两者混合）CCS内置软仿真simulator提供了编译，调试，运行功能。其作用主要是检测目标程序运行的正确性和连贯性！但不能够实时查看和控制。当程序成功运行通过后,通过仿真器（XDS510或者XDS560）与目标板连接，安装仿真器驱动，然后loadprogram到目标板，运行，利用仿真器提供的RTDX可实时查看存储器和寄存器变化。2.2ICETEK-F2821-A开发实验板第3章卷积算法设计过程3.1卷积算法设计总框图3.2卷积算法设计的原理1）卷积算法基础理论开始初始化DSP产生输入信号将卷积信号X（m）和H（m）输入在同一个坐标系内翻转：将H（m）以m=0的垂直轴为轴翻褶成H（-m）移位：将H（-m）移位n，即得H（n-m）相乘：再将H（n-m）和X（m）的相同m值的对应点值相乘相加：把以上所有点的对应点的乘积叠加起来，即得Y(n)值。取移位值nN值取遍整个坐标轴结束YES卷积的基本理论和公式卷积和：对离散系统“卷积和”也是求线性时不变系统输出响应（零状态响应）的主要方法。卷积和的运算在图形表示上可分为四步：A）翻褶现在亚变量坐标M上作出X（m）和H（m），将m=0的垂直轴为轴翻褶成H（-m）。B）移位将H（-m）移位n，即得H（n-m）。当n为正整数时，右移n位。当n为负整数时，左移n位。C）相乘再将H（n-m）和X（m）的相同m值的对应点值相乘。D）相加把以上所有点的对应点的乘积叠加起来，即得Y(n)值。依上法，取n=……，-2，-1，0，1，2，3，……各值，即可得全部Y（n）值。第4章系统软件设计4.1程序流程图程序的自编函数及其功能1）processing（int*input2，int*output2）调用形式：processing1（int*input2，int*output2）While（TRUE）执行dataIO2（）子程序执行dataIO（）子程序执行processing4（）子程序结束YESNO执行processing4（）子程序开始打印“volumeexampletarted\n”执行processing1（）子程序执行processing2（）子程序执行processing3（）子程序参数解释：input2、output为两个整型指针数组。返回值解释：返回一个“TURE”，让主函数的While循环保持连续。功能说明：对输入的input2buffer波形进行截取m点，再以零点的Y轴为对称轴进行翻褶，把生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT2指针开始的一段地址空间中。2）processing2（int*output2，int*output3）调用形式:processing2（int*output2，int*output3）参数解释：output2、output3为两个整形指针数组。返回值解释：返回了一个“TREN”,让主函数的While循环保持连续。功能说明：对输出的output2buffer波形进行作n点移位，然后把生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT3指针开始的一段空间中。3）processing3（int*input1，int*output2，int*output4）调用形式：processing3（int*input1，int*output2，int*output4）参数解释：output2、output4、input1为三个整型指针数组。返回值解释：返回了一个“TRUE”，让主函数的While循环保持继续。功能说明：对输入的input2buffer波形和输入的input1buffer做卷积和运算，然后把生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT4指针开始的地址空间中。4）processing4（int*input2，int*output1）调用形式：processing4（int*input2，int*output1）参数解释：output1、input为两个整型指针数组返回值解释：返回了一个“TRUE”，让主函数的循环保持继续。功能说明：对输入的input2buffer波形截取m点，然后把生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT1指针开始的一段地址空间中。4.2程序源代码源程序：#includeDSP281x_Device.h#includeDSP281x_Examples.h#includef2812a.h#includestdio.h#includevolume.hintinp1_buffer[BUFSIZE];intinp2_buffer[BUFSIZE];intout1_buffer[BUFSIZE];intout2_buffer[BUFSIZE];intout3_buffer[BUFSIZE];intout4_buffer[BUFSIZE*2];intsize=BUFSIZE;intain=MINGAIN;intzhy=0;intsk=64;unsignedintprocessingLoad=1;staticintprocessing1(int*output1,int*output2);staticintprocessing2(int*output2,int*output3);staticintprocessing3(int*input1,int*output2,int*output4);staticintprocessing4(int*input2,int*output1);staticvoiddataIO1(void);staticvoiddataIO2(void);int*input1=&inp1_buffer[0];int*input2=&inp2_buffer[0];int*output1=&out1_buffer[0];int*output2=&out2_buffer[0];int*output3=&out3_buffer[0];int*output4=&out4_buffer[0];voidmain(void){intjishu=0;int*input1=&inp1_buffer[0];int*input2=&inp2_buffer[0];int*output1=&out1_buffer[0];int*output2=&out2_buffer[0];//int*output3=&out3_buffer[0];int*output4=&out4_buffer[0];puts(volumeexamplestarted\n);while(TRUE){dataIO1();dataIO2();processing4(input2,output1);processing1(output1,output2);/*processing2(output2,output3);*/processing3(input1,output2,output4);jishu++;//在此处加断点}}staticintprocessing4(int*input2,int*output1){intm=sk;for(;m=0;m--){*output1++=(*input2++)*ain;}for(;(size-m)0;m++){output1[m]=0;}}staticintprocessing1(int*output1,int*output2){i