DSP实验六-FIR-数字滤波器的实验报告

实验六FIR数字滤波器6.1实验目的数字滤波的作用是滤除信号中某一部分频率分量。信号经过滤波处理，就相当于信号频谱与滤波器的频率响应相乘的结果。从时域来看，就是输入信号与滤波器的冲激响应作卷积和。数字滤波器在各种领域由广泛的应用，例如数字音响、音乐和语音合成、躁声消除、数据压缩、频率合成、谐波消除、过载检测、相关检测等。本实验主要学习数字滤波器的DSP实现原理和C54X编程技巧，并通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱的变化。该实验应该安排在串口和定时器操作实验之后进行。6.2实验要求该实验涉及到DSP的串口、中断响应等复杂操作，应该在完成前面的串口和定时器实验后完成。本实验重点研究FIR滤波器的DSP实验方法，没有讨论FIR滤波器的设计原理和方法。你可以使用数字滤波器辅助设计软件包或自行计算FIR滤波器的系数。本实验例子利用DES320PP－U评估板的模拟信号输出通道产生一个1KHz的方波,然后利用信号输入通道对产生的方波进行低通滤波,得到一个1KHz的正弦信号，并使用CCS的图形显示工具显示输入和输出的波形。这里我们使用的是一个38阶的对称结构的FIR低通滤波器，其采样频率Fs为25KHZ，通带截止频率1.2KHZ，阻带截止频率为2.8KHZ，阻带衰减为-40dB。6.3实验原理1)FIR滤波器的实现如果FIR滤波器的冲激响应为h(0)，h(1)，...，h(N-1)。X(n)表示滤波器在n时刻的输入，则n时刻的输出为：y(n)=h(0)x(n)+h(1)x(n-1）+...+h(N-1)x[n-(N-1)]DES320PP-U数字信号处理仿真/教学实验系统使用与实验指导指令可以方便地实现上面的计算。图6-1说明了使用循环寻址实现FIR滤波器的方法。为了能正确使用循环寻址，必须先初始化BK，块长为N。同时，数据缓冲区和冲激响应（FIR滤波器的系数）的开始地址必须是大于N的2的最小幂的倍数。例如，N=11，大于N的最小2的幂为16，那么数据缓冲区的第一个地址应是16的倍数，因此循环缓冲区起始地址的最低4位必须是0。图6-1FIR滤波器存储器里的数据存储方式在图6-1中，滤波系数指针初始化时指向h(N-1)，经过一次FIR滤波计算后，在循环寻址的作用下，仍然指向h(N-1)。而数据缓冲区指针指向的是需要更新的数据，如x(n)。在写入新数据并完成FIR运算后，该指针指向x(n-(N-1))。所以,使用循环寻址可以方便地完成滤波窗口数据的自动更新.使用带MAC指令的循环寻址模式实现FIR滤波器，程序片段如下：(输入数据在AL中,滤波结果在AH中)STM#1,AR0；AR0=1STM#N,BK；BK=N,循环寻址BUFFER大小为NSTLA,*FIR_DATA_P+%；更新滤波窗口中的采样数据RPTZA,#(N-1)；重复MAC指令N次,先将A清零MAC*FIR_DATA_P+0%,*FIR_COFF_P+0%,A；完成滤波计算。注意FIR滤波系数存放在；数据存储区另一种方法是利用C54x系列芯片的提供的FIRS指令来实现FIR滤波器。图6-2为一种有限单位冲激响应呈现对中心点对称的FIR滤波器。长度为N的线性相位FIR滤波器的输出表达式为：Σ−==−+−−−/210()()[()((1))]NkynhkxnkxnNk图6-2N阶均衡FIR滤波器框图要利用FIRS指令,需要将输入数据缓冲分成两个,循环缓冲区大小寄存器的值设为N/2。图6-3显示了输入序列在两个循环缓冲器里的存储情况。设辅助寄存器AR2指到缓冲区1（Buffer1）的顶部，AR3指到缓冲区2（Buffer2）的底部。每次进行滤波之前,应先将缓冲区1顶部的数据移到缓冲区2的底部,新来的一个样本存储到缓冲区1中时,并对缓冲区1指针AR2加1(使用循环寻址)。处理器然后使用FIRS指令进行乘加运算，即h(0){x(0)+x(-N+1)。当然,在使用FIRS指令前,需要预先计算一次求和,以初始化A。在RPTZ重复指令和循环寻址的配合下,完成FIR滤波.滤波完成后，需要对两个数据缓冲的指针进行修正，以便对下一个点进行处理。将Buffer1的指针减1和Buffer2的指针减2，使他们指向各自缓冲的数据队列的最后。图6-316点FIRS滤波数据存放使用带FIRS指令的循环寻址模式实现FIR滤波器，程序片段如下：(输入数据在AL中,滤波结果在B中)STM#1,AR0；AR0=1STM#（N/2）,BK；BK=N/2,循环寻址BUFFER大小为NMVDD*ar2,*ar3；更新Buffer2STLA,*ar2+%；更新滤波窗口中的采样数据ADD*ar2+0%,*ar3+0%；初始化ARPTZB,#(N/2-1)；重复FIRS指令N/2次,先将B清零DES320PP-U数字信号处理仿真/教学实验系统使用与实验指导*ar2+0%,*ar3+0%,filter_coff+N/2；完成滤波计算。注意FIR滤波系数存放在程序；存贮区，filter_coff为系数起始地址MAR*ar2-%；修改Buffer1指针MAR*+ar3(-2)%；修改Buffer2指针2)AC01的初始化DSE320PP-U使用AC01作为模拟信号接口。AC01提供一个14bit的D/A和一个14bit的A/D通道。AC01与VC5402通过串口0连接。DSP通过串口可以控制AC01的采样频率、增益、低通/高通滤波器的截止频率等参数。这一步是通过读写AC01的寄存器来实现的。下面是初始化AC01的代码，有关AC01的详细介绍请参考AC01的技术手册。；----------------------------------------------------------------------；ThefollowingcodesareinitalizedAC01,ALLAC01setupsame!；----------------------------------------------------------------------idle1；初始化AC01时仅仅打开串口0的发送中断，而且中断服务idle1；程序中简单地将A寄存器的值写入到串口0发送寄存器。idle1；开始初始化时，将A寄存器设置为0！idle1ld#600h,aidle1；waitforint.....ld#3,aidle1；send#3，AC01的1号寄存器为采样率控制寄存器ld#00105h,a；fs=10M/2/A/B=25k，采样率设置为25KHz；flp=10M/2/40/A=25k(allpass)；fhp=fs/200=125Hz(notuse!)；A=05,B=40(0x28)idle1；send1thregs-05hld#3,aidle1；send#3ld#00228h,aidle1；send2thregs-28hld#3,aidle1；send#3ld#00300h,aidle1；send3thregs-00hld#3,aidle1；send#3ld#00405h,aidle1；send4thregs-05h(AD&DA0dB)ld#3,aidle1；send#3ld#00505h,aidle1；send5thregs-05h(highpassfilterdisable)ld#3,aidle1；send#3ld#00600h,aidle1；send6thregs-00hld#3,aidle1；send#3ld#00700h,aidle1；send7thregs-0ld#3,aidle1；send#3ld#800h,aidle1；send8thregs-0ld#0h,a；---------------------------------------------------------------------------------------------------------；初始化AC01完成！利用AC01的D/A通道产生一个1KHz的方波，作为FIR滤波器的输入信号。由于串口发送中断将每0.04ms（25KHz）产生一次，所以我们将一个周期的方波信号分25次送出，这样经D/A变化后便可得到1KHz的方波。产生方波的数据参见如下：；************************************************************************；Thefollowingdataisusedbymakewave!whenusing,mustcopytowavebuffer；************************************************************************wave_data：；freqabout1kHz.word03ffch；+2volt.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word03ffch.word0c000h；-2volt.word0c000h.word0c000h.word0c000h.word0c000h.word0c000h.word0c000h.word0c000h.word0c000h.word0c000h.word0c000h.word0c000h4)串口的初始化和串口中断服务程序本实验通过DSP的串口0输入/输出数据。在串口通讯中，数据时钟和帧同步信号都由AC01产生，所以VC5402将使用外部时钟和帧同步信号。串口设置代码如下，详细介绍请参见串口操作实验：；******************************************************************；ThefollowingcodesareusedtoinitalizeMcBSP0!；******************************************************************stm#0,spsa0；chooseSPCR10stm#2000h,spcr10；receivesign_extendinDRRstm#1,spsa0；chooseSPCR20stm#0c0h,spcr20；fs-int!stm#2,spsa0；chooseRCR10stm#40h,39hstm#3,spsa0；chooseRCR20stm#0,39hstm#4,spsa0；chooseXCR10stm#40h,xcr10stm#5,spsa0；chooseXCR20stm#0,39hstm#0eh,spsa0；choosePCR0stm#0dh,pcr0；fsislowactive,riseedgeofclkx,fallingedge；ofclkrstm#7h,spsa0stm#8000h,39hrpt#0ffffhnopstm#00h,dxr10ldm22h,astm#1,38hstm#0c1h,39h；startMcBSP0send!完成串口设置后，还需要修改中断向量表以便正确响应串口0的接收和发送中断请求。本实验中使用发送中断产生方波信号和完成对AC01的初始化；使用接收中断存贮输入的数据，并设置新数据到达标志。主循环在检测到该标志后，调用FIR滤波程序，完成对输入数据的处理。另外，为了方便观察，我们还使用了一个定时器，交替使XF为高和低。所以，在滤波程序正常运行时，你会看到D2在不停地闪烁。6.4实验内容本实验需要使用‘C54X汇编语言实现FIR滤波器，并通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱的变化。实验分以下几步完成：1)短接JP1