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1、课程设计一 FIR滤波器的DSP实现一、课程设计目的1、复习用C语言对数字信号处理器的编程方法，熟悉如何使用C5000系列数字信号处理器中的模数转换器；2、复习用窗函数法设计FIR数字滤波器；3、对TMS320VC5509编程实现不同参数的FIR滤波器。二、课程设计原理（一）TMS320VC5509简介TMS320VC5509是TI公司出产的定点DSP芯片，它的源代码与C54x系列兼容，但速度更快，时钟频率可达300MHz，功耗是C54x系列的1/6。C5509的CPU内部有2个乘法器、1个40位的加法器、1个16位的加法器、4个累加器。共有12组总线，其中3组数据存储器读总线，2组数据存储器
2、写总线，及相应5组数据存储器地址总线，程序存储器读总线及地址线各一组。片内外设资源也比C54x系列数字信号处理器丰富，4通道10位A/D、DMA单元、RTC电路、McBSP、定时器等。本设计中将用到A/D单元。TMS320C5509A内部有一个4通道10位A/D，相关寄存器有4个，通过对这4个寄存器的操作来控制A/D模块。1.、ADC控制寄存器：ADCCTLADCSTART：0 无作用；1 启动A/D转换CHSELECT：从4个模拟通道中选择一个作为输入信号Reserved：保留2、ADC数据寄存器：ADCDATAADCBUSY：0 ADC数据准备好，即A/D转换结束；1 正在进行A/D转换C
3、HSELECT：从4个模拟通道中选择一个作为输入信号ADCDATA：A/D转换得到的10位二进制数3、ADC时钟控制寄存器：ADCCLKCTLIDLEEN：0 不允许ADC处于休眠状态；1 允许ADC处于休眠状态CPUCLKDIV：决定ADC时钟频率ADC Clock：(CPU Clock) / ( CPUCLKDIV+1)4、 ADC时钟分频寄存器：ADCCLKDIVSAMPTIMEDIV：与CONVRATEDIV一起决定采样/保持周期ADC Sample and Hold Time = (ADC Clock Period)*2*(CONVRATEDIV+1+ SAMPTIMEDIV)CON
4、VRATEDIV：决定A/D转换时钟频率ADC Conversion Clock = (ADC Clock) / (2*( CONVRATEDIV+1)完成一次A/D转换需要13个A/D转换时钟，所以，一次转换时间是t = 13 / ADC Conversion Clock一次完整的A/D转换时间是采样/保持周期与转换时间的与，采样频率是其倒数ADC Total Conversion Time = ADC Sample and Hold Period+tSampling Rate = 1/ ADC Total Conversion Time（二）窗函数法设计FIR滤波器的原理根据阻带最小衰减与
5、过渡带宽选择合适的窗函数，实现不同指标的各种类型FIR数字滤波器的设计。1、利用窗函数设计FIR滤波器的具体步骤如下：（1）由给定的滤波器的幅频响应参数求出理想的单位脉冲响应hd(n)（下面已给出，直接用）。（2）根据下表，由阻带最小衰减选择窗函数类型w(n)，由设计指标与过渡带宽确定滤波器阶数N，对于高通滤波器，N只能取奇数。（3）计算滤波器的单位脉冲响应h (n) hd(n) w(n)。窗函数加窗后滤波器性能指标过渡带宽 阻带最小衰减/dB矩形窗0.92/N21三角形窗2.12/N25汉宁窗3.12/N44海明窗3.32/N53布拉克曼窗5.52/N742、理想滤波器单位脉冲响应hd(n)
6、(1) 理想低通滤波器单位脉冲响应(2) 理想高通滤波器单位脉冲响应(3) 理想带通滤波器单位脉冲响应(4) 理想带阻滤波器单位脉冲响应3、典型窗函数（1）矩形窗(Rectangle Window) （2）三角形窗(Bartlett Window)（3）汉宁(Hanning)窗，又称升余弦窗（4）海明(Hamming)窗，又称改进的升余弦窗（5）布拉克曼(Blankman)窗，又称二阶升余弦窗详细设计原理参见程佩青的数字信号处理教程第7.3节窗函数设计法。三、课程设计步骤观察实验箱各部分元件，连接电源线，打开实验箱上的主电源（位于左上角）与开发板电源（位于右下角）。1、安装驱动（1）将服务器u
7、ser14（或15、或16）上的FIRs文件夹拷贝到自己电脑的E盘中；（2）双击E盘FIRs文件夹中的usbdrv.exe，安装仿真器驱动程序到c:TI2下；（3）将方形下载线与实验箱上橙色铁盒接口相连；在弹出的“找到硬件向导”会话框中依次做如下操作：选“否，暂时不”下一步从列表指定位置安装下一步浏览框中选择c:TI2ICETEK完成。2、配置并运行CCS（1）双击Setup CCS2(C5000)；（2）在Import Configuration框中选择ICETEK USB Emulator for C55x，点击Import，点击close。（3）清除其他项（右键单击相应项，点击remov
8、e），保证My System下只有一项：C55xx XDS5510 Emulator，右键点击该项选Properties，在弹出的关联框中选Startup GEL Files标签，Startup GEL栏选择ICETCK-V5509-A.GEL，保存。关闭Setup CCS2(C5000)。至此，将目标板设置为通过USB口连接的实验箱。注意操作步骤的先后顺序必须正确（开实验箱电源、插USB下载线、运行CCS），若CCS不能运行则按此步骤重新操作。（4）打开CCS，在CCS下打开工程AD.pjt（project-open）。展开左侧source，双击main.c，阅读源文件。3、准备信号源进行A
9、D 输入（1）用一根信号线连接实验箱左侧信号源的波形输出A 端口与“A/D输入”模块的ADCIN2插孔，注意插头要插牢、插到底。这样，信号源波形输出A 的输出波形即可送到开发板的AD 输入通道0。（2）同理，用另一根信号线连接实验箱左侧信号源的波形输出B 端口与“A/D 输入”模块的ADCIN3插孔，使信号源波形输出B的输出波形送到开发板的AD输入通道1。（3）设置波形输出A：- 向内侧轻按波形频率选择钮、稍停顿，单步操作直到标有正弦波的指示灯点亮。- 向下拨动波形频率选择钮、稍停顿，单步操作直到标有100-1KHz 的指示灯点亮。- 上下调节幅值调整旋钮，将波形输出A 的幅值调到最大。（4）
10、设置波形输出B：- 向下拨动波形频率选择钮、稍停顿，直到标有1K-10KHz 的指示灯点亮。其他同上。4、将程序编译、链接、下载到目标板上，在指定位置设置断点，通过图形窗口观察并分析实验结果。（1）编译、链接无误后下载到目标板。（编译：Project - Compile File；链接：Project - Build；下载：File - Load Program - debug -*.out）（2）将鼠标移动到主程序中“asm ( nop);”行的起始位置，右键选“Toggle breakpoint”，在本行前出现红点，表示设置断点成功。选择菜单Debug - Animate运行程序。（3）通
11、过图形窗口观察输入、输出波形。选择菜单View - Graph- Time/Frequency，在弹出框中进行相应设置，图形观察窗口各项定义的意义参阅DSP课本369页。a) 观察低频信号图：选择菜单View-Graph-Time/Frequency，在弹出框中做如图所示设置。b）观察高频信号图：选择菜单View-Graph-Time/Frequency，在弹出框中做如下设置：Graph Title：AD1；Start Address：nADC1；其它值同上图。c）观察混频信号图：选择菜单View-Graph-Time/Frequency，在弹出框中做如下设置：Graph Title：x；St
12、art Address：xDSP Data Type：32-bit floating point；其他值同上图。d）观察滤波后信号图：选择菜单View-Graph-Time/Frequency，在弹出框中做如下设置：Graph Title：y；Start Address：yDSP Data Type：32-bit floating point；其他值同上图。5、一边调节输入信号的幅值、频率，一边观察各图的变化，分析仿真结果。6、停止程序运行（Debug-Halt）。认真阅读程序与参考资料，按“课程设计报告要求”完成报告。四、课程设计要求1、计算h(n)的子程序是哪个？2、启动A/D模块工作的语
13、句是哪两句？3、经A/D转换后得到的数字值放在哪个寄存器中？4、阅读main.c中的程序段：for(i=0; iLen; i+) rm= 0; r=0; if(iN) M=i; else M=N; for(j=0;jM;j+) r = hj*xi-j;rm = rm + r; yi = rm;写出该程序段实现的算法。5、已知CPU频率是144MHz，问ADC的采样频率为多大？读懂程序，写出程序中实现的FIR滤波器的截止频率值，程序中选用的窗函数w(n)与滤波器阶数N。6、修改程序实现一个高通滤波器，通带截止频率fp=1300Hz，阻带截止频率fst=700Hz，阻带衰减不小于50dB。通过计算确定窗函数及滤波器阶数N，并在此基础上修改程序，实现该高通滤波器，并通过图形观察窗口观察实验结果。打印出信号的时域波形图（输入、混频、输出）。7、修改程序实现一个带通滤波器，通带频率是500Hz-5000Hz，过渡带宽为400Hz，阻带衰减不小于40dB。通过计算确定窗函数及滤波器阶数N，并在此基础上修改程序，实现该带通滤波器。打印出信号的时域波形图（输入、混频、输出）。五、课程设计报告要求1、写出课程设计题目、目的；2、完成课程设计要求中的内容，回答问题、编程、将实验结果打印出来。3、程序只写相应设计内容的主要部分，不用写程序的公共部分。第 9 页