FIR 数字滤波器(DSP实验报告)

FIR数字滤波器一、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。二、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)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)] 使用MAC或FIRS指令可以方便地实现上面的计算。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RPTZ A,#(N-1)    ；重复MAC指令N次,先将A清零MAC *FIR_DATA_P0%,*FIR_COFF_P0%,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。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，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 *ar20%,*ar30%  ；初始化ARPTZ B,#(N/2-1)     ；重复FIRS指令N/2次,先将B清零FIRS *ar20%,*ar30%,filter_coffN/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。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 ！idle1 ld #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,a3)1KHz方波信号的产生利用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：wave_data：；freqabout1kH.word  03ffch     ；2volt.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  03ffch.word  0c000h     ；-2volt.word  0c000h.word  0c000h.word  0c000h.word  0c000h.word  0c000h.word  0c000h.word  0c000h.word  0c000h.word  0c000h.word  0c000h.word  0c000h4)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：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,dxr10ldm 22h,astm #1,38hstm #0c1h,39h   ； startMcBSP0send!三、实验本实验需要使用‘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JP12，使得DES320PP-U的模拟信号输出通道与模拟信号输入通道相连。2)启动CCS，在Project选项中打开fir5402.pjt文件。3)使用Build选项完成编译、连接，然后使用File菜单中的LoadProgram将OUT文件装入。按F5键启动程序运行，若有示波器，可以观察DSE320PP-U板上的JP12的引脚输出的1KHz的方波。4)请使用Debug->Halt暂停程序的执行。在Project管理栏中打开fir5402.asm文件，并在ccs_show（在fir子程序中）行后的nop语句处上增加一个断点。添加断点的方法是先用鼠标单击某行，将光标移动到需要增加断点的行上，然后选择工具栏的手状图标。当该行被设置了一个断点后，可以看到红色的圆点。5)选择View->Graph->Time/Frequency菜单打开一个图形显示窗口。将“StartAddress”项改为地址0x1800，将“DisplayDataSize”项设置为128，将“DSPDataType”改为“16-bitsignedinteger”。这样，将在图形显示窗口中显示从0x1800（信号输入缓冲）开始的128个点的16位有符号整数。再打开一个图形窗口，显示从地址0x1020（滤波信号输出缓冲）开始的128点的16位有符号整数。6)选择Debug->Animate项运行程序。Animate运行和Run运行基本一致，只是使用Run运行时，若遇到断点，将停下来，直到用户再次使用Run命令才恢复运行。而使用Animate运行时，若遇到断点，CCS刷新所有的显示窗口，如寄存器、CPU、MEM、图形显示等，然后自动恢复运行。所以，你能看到连续更新的滤波输出。