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1、实验4: FIR数字滤波器的DSP编程实现 一、实验目的： 了解一个FIR数字滤波器DSP程序的设计、编写和建立的过程。 学习使用simulator调试滤波器程序的方法。了解使用simulator进行程序调试，如何输入测试信号，观察输出结果。二、实验原理： FIR滤波器的结构和数据存储方式对于一个FIR滤波器，假定其冲激响应为，输入信号为x(n),则有以下差分方程:其对应的滤波器传递函数为：可以用横截型(又称直接型或卷积型)FIR数字滤波器的结构图表示（图8-6-1）。图8-6-1 横截型FIR滤波器的结构图由上面的公式和结构图可知,FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算。它不断地从输入端读入
2、样本值x(n)，经延时()，做乘法累加，再输出滤波结果y(n)。在实际编程中,的实现方法有两种:线性缓冲区法和循环缓冲区法。本实验采用了循环缓冲区法。循环缓冲区法的主要特点是:对于N级FIR滤波器，在数据存储区开辟一个称为滑窗的具有N个单元的缓冲区，滑窗中存放最新的N个输入样本值。每次输入新的样本时，新的样本将改写滑窗中最老的数据，其它数据则不需要移动。编写程序时利用片内BK（循环缓冲区长度）寄存器对滑窗进行间接寻址，因而循环缓冲区地址是首尾相邻的。如图8-6-2所示，图中假定N=6。图8-6-2 利用循环缓冲区法实 现假定第一次执行完后，间接寻址的辅助寄存器ARx指向x(n-5)。然后，从I
3、/O口输入数据x(n+1)，将原来存放x(n-5)的数据存储器单元改写为x(n+1)。同样，当进行完第二次乘法累加运算后，ARx最后指向x(n-4)。这时，再从I/O口输入数据x(n+2)，将原来存放x(n-4)的数据存储器单元改写为x(n+2)。利用循环缓冲区法的主要优点是：不需要移动数据，可将循环缓冲区定位在数据存储器的任何位置（而线性缓冲区则要求必须定位在DARAM中）。本实验是一个使用CCS的simulator进行滤波器基本程序调试的实验，其输入信号x(n)用.inc文件输入。以下灰色字体内容可以不看。 FIR数字滤波器的设计FIR数字滤波器的设计可以采用C、Fortron等高级语言来
4、实现，其编程较为复杂。我们采用MATLAB中信号处理工具箱的有关指令，可以很方便地求出FIR滤波器系数。例：设计一个FIR低通滤波器，通带边界频率为1500Hz，通带波纹小于1dB；阻带边界频率为2000Hz，阻带衰减大于40dB；采样频率为8000Hz。FIR滤波器的设计可以用MATLAB窗函数法进行，例如选择Hamming窗，其程序为：b=fir1(16,1500/8000*2);FIR数字滤波器系数b为：b0=1.16797e-018 b1=0. b2=0. b3=-0. b4=-0. b5=-0. b6=0. b7=0. b8=0. b9=0. b10=0. b11=-0. b12=-
5、0. b13=-0. b14=0. b15=0. b16=1.16797e-018 将上述系数存盘，建立一个数据文件（如fir01.txt）。 建立DSP汇编程序的FIR滤波器系数文件上述系数必须转换成Q15格式，并放置在DSP汇编程序的.inc文件中，进行FIR滤波器的汇编程序的汇编、链接时，inc文件将被自动地加入到工程中去。从MATLAB中产生的fir01.txt文件，通过执行转换命令，将自动变换为firdata.inc滤波器系数文件。转换命令为（在MATLAB下）：！firdat fir01.txt将产生firdata.inc文件。其内容如下：N.set17COFF_FIR: .sec
6、t COFF_FIR .word 0.word 158.word 263.word -290.word -1406.word -951.word 3186.word 9287.word 12272.word 9287.word 3186.word -951.word -1406.word -290.word 263.word 158 产生滤波器输入信号的文件在使用CCS的Simulator进行滤波器特性的测试时，需要输入时间信号x(n)。以下是一个产生输入信号的C语言程序，这个信号是频率为1000Hz和2500Hz的正弦波合成的波形。文件名为firinput.c。#include #inclu
7、de void main()int i;double f256;FILE *fp;if(fp=fopen(firin.inc,wt)=NULL)printf(cant open file! n);return;fprintf(fp,INPUT: .sect %cINPUT %c n,);for(i=0;iROM1PAGE 0 .data : INTRAM1 PAGE 1 FIR_COFF: INTRAM2 PAGE 1 FIR_BFR : INTRAM3 PAGE 1 FIR_VARS: INTRAM4 PAGE 1 .stack : B2B PAGE 1 三、实验任务： 在CCS上建立fir
8、工程，并运行fir.out程序。建立fir工程，对汇编程序进行汇编、链接，如有错误则进行修改、调试，当汇编、链接成功后，运行fir.out程序。【即 File 然后 load program 然后运行fir.out程序 】下载程序 观察输入信号的波形及频谱单击ViewGraphTime/Frequency，按图8-6-3改变各选项。其中，由.cmd可知输入信号的数据放在程序区0x00a2开始的地址中。其波形为频率为1000Hz和2500Hz正弦信号的合成信号。将图8-6-3“Display Type”项改为“FFT Magnitude”,则将显示输入信号的频谱图。 观察输出信号的波形及频谱利用Debug菜单下的命令Run运行程序后,仍选择ViewGraphTime/Frequency，将图8-6-3中数据区开始的地址改变为0x2400,按“OK”,将显示滤波器输出信号或者频谱图。四、实验设备：微机主机一台 (已安装CCS C5000和MATLAB软件包)五、思考题：（一）如何确定FIR滤波器的输入、输出等主要数据在DSP存储器中的位置？（二）CCS的Graph功能有何作用,如何使用它观察输入输出波形及其频谱?