《DSP》课程设计IIR算法的软硬件实现.docx

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《DSP》课程设计IIR算法的软硬件实现

《DSP》课程设计

题目：

IIR算法的软硬件实现

学生姓名：

XXXXXXXX

学号：

XXXXXXXXX

专业：

XXXXXXXX

院（系）：

XXXXXXXX

IIR算法的软硬件实现

摘要：

本课题通过软件设计IIR数字滤波器，并对所设计的滤波器进行仿真：

应用DSP集成开发环境—CCS调试程序，用TMS320F2812实现IIR数字滤波。

具体工作包括：

对IIR数字滤波器的基本理论进行分析和探讨。

应用DSP集成开发环境调试程序，用TMS320F2812来实现IIR数字滤波。

通过硬件液晶显示模块验证试验结果，并对相关问题进行分析。

关键词：

数字滤波器；DSP；TMS320F2812；无限冲激响应滤波器（IIR）。

引言：

21世纪是数字化的时代，随着信息处理技术的飞速发展，数字信号处理技术逐渐发展成为一门主流技术。

相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等。

这些优势决定数字滤波器的应用越来越广泛。

数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，被广泛应用于语音图像处理、数字通信、谱分析、模式识别、自动控制等领域。

实验原理

1．无限冲激响应数字滤波器的基础理论。

2．模拟滤波器原理（巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器）。

3．数字滤波器系数的确定方法。

4．根据要求设计低通IIR滤波器

要求：

低通巴特沃斯滤波器在其通带边缘1kHz处的增益为-3dB，12kHz处的阻带衰减为30dB，采样频率25kHz。

设计：

-确定待求通带边缘频率fp1Hz、待求阻带边缘频率fs1Hz和待求阻带衰减-20logδsdB。

模拟边缘频率为：

fp1=1000Hz，fs1=12000Hz阻带边缘衰减为：

-20logδs=30dB

-用Ω=2πf/fs把由Hz表示的待求边缘频率转换成弧度表示的数字频率，得到Ωp1和Ωs1。

Ωp1=2πfp1/fs=2π1000/25000=0.08π弧度

Ωs1=2πfs1/fs=2π12000/25000=0.96π弧度

-计算预扭曲模拟频率以避免双线性变换带来的失真。

由w=2fstan（Ω/2）求得wp1和ws1，单位为弧度/秒。

wp1=2fstan（Ωp1/2）=6316.5弧度/秒

ws1=2fstan（Ωs1/2）=794727.2弧度/秒

-由已给定的阻带衰减-20logδs确定阻带边缘增益δs。

因为-20logδs=30，所以logδs=-30/20，δs=0.03162

-计算所需滤波器的阶数：

因此，一阶巴特沃斯滤波器就足以满足要求。

-一阶模拟巴特沃斯滤波器的传输函数为：

H（s）=wp1/（s+wp1）=6316.5/（s+6316.5）

由双线性变换定义s=2fs（z-1）/（z+1）得到数字滤波器的传输函数为：

因此，差分方程为：

y[n]=0.3307y[n-1]+0.3346x[n]+0.3346x[n-1]

硬件框图

程序流程图

调试过程与步骤：

一、软件实现

1．实验准备

-设置软件仿真模式。

-启动CCS

2．打开工程，浏览程序，工程目录为D:

\dsp\t6\iir\iir.pjt

3．编译并下载程序

4．打开观察窗口：

*选择菜单View->Graph->Time/Frequency…，进行如下设置：

*选择菜单View->Graph->Time/Frequency…，进行如下设置：

5．清除显示：

在以上打开的窗口中单击鼠标右键，选择弹出式菜单中“ClearDisplay”功能。

6．设置断点：

在程序iir.c中有注释“/*请在此句上设置软件断点*/”的语句上

置软件断点。

7.运行并观察结果

⑴选择“Debug”菜单的“RUN”项，或按F5键运行程序。

⑵观察“IIR”窗口中时域图形；观察滤波效果。

实验结果

输入波形为一个低频率的正弦波与一个高频的余弦波叠加而成。

如图：

通过观察频域和时域图，得知：

输入波形中的低频波形通过了滤波器，而高频部分则被衰减。

附IIR算法相对应C语言编程及汇编程序

/*===========================================

=============================================*/

#include"DSP281x_Device.h"//DSP281xHeaderfileIncludeFile

#include"DSP281x_Examples.h"//DSP281xExamplesIncludeFile

#include"f2812a.h"

#include"math.h"

#defineIIRNUMBER2

#defineSIGNAL1F1000

#defineSIGNAL2F4500

#defineSAMPLEF10000

#definePI3.1415926

floatInputWave（）;

floatIIR（）;

floatfBn[IIRNUMBER]={0.0,0.7757};

floatfAn[IIRNUMBER]={0.1122,0.1122};

floatfXn[IIRNUMBER]={0.0};

floatfYn[IIRNUMBER]={0.0};

floatfInput,fOutput;

floatfSignal1,fSignal2;

floatfStepSignal1,fStepSignal2;

floatf2PI;

inti;

floatfIn[256],fOut[256];

intnIn,nOut;

main（void）

{

nIn=0;nOut=0;

f2PI=2*PI;

fSignal1=0.0;

fSignal2=PI*0.1;

//fStepSignal1=2*PI/30;

//fStepSignal2=2*PI*1.4;

fStepSignal1=2*PI/50;

fStepSignal2=2*PI/2.5;

while

（1）

{

fInput=InputWave（）;

fIn[nIn]=fInput;

nIn++;nIn%=256;

fOutput=IIR（）;

fOut[nOut]=fOutput;

nOut++;

if（nOut>=256）

{

nOut=0;/*请在此句上设置软件断点*/

}

}

}

floatInputWave（）

{

for（i=IIRNUMBER-1;i>0;i--）

{

fXn[i]=fXn[i-1];

fYn[i]=fYn[i-1];

}

fXn[0]=sin（fSignal1）+cos（fSignal2）/6.0;

fYn[0]=0.0;

fSignal1+=fStepSignal1;

if（fSignal1>=f2PI）fSignal1-=f2PI;

fSignal2+=fStepSignal2;

if（fSignal2>=f2PI）fSignal2-=f2PI;

return（fXn[0]）;

}

floatIIR（）

{

floatfSum;

fSum=0.0;

for（i=0;i

{

fSum+=（fXn[i]*fAn[i]）;

fSum+=（fYn[i]*fBn[i]）;

}

return（fSum）;

}

/*========================================*/

IIR:

ADDBSP,#4

MOVBAH,#0

MOVBAL,#0

MOVL*-SP[4],ACC

MOVWDP,#0xFE00

MOV@0,#0

MOVAL,@0

CMPBAL,#2

SBL7,GEQ

L6:

SETCSXM

MOVLXAR4,#0x3F8016

MOVACC,@0<<1

ADDL@XAR4,ACC

MOVLACC,*+XAR4[0]

MOVL*-SP[2],ACC

MOVLXAR4,#0x3F8012

MOVACC,@0<<1

ADDL@XAR4,ACC

MOVLACC,*+XAR4[0]

LCRFS$$MPY

MOVL*-SP[2],ACC

MOVLACC,*-SP[4]

LCRFS$$ADD

MOVL*-SP[4],ACC

SETCSXM

MOVWDP,#0xFE00

MOVACC,@0<<1

MOVLXAR4,#0x3F801E

ADDL@XAR4,ACC

MOVLACC,*+XAR4[0]

MOVLXAR4,#0x3F801A

MOVL*-SP[2],ACC

MOVACC,@0<<1

ADDL@XAR4,ACC

MOVLACC,*+XAR4[0]

LCRFS$$MPY

MOVL*-SP[2],ACC

MOVLACC,*-SP[4]

LCRFS$$ADD

MOVL*-SP[4],ACC

MOVWDP,#0xFE00

INC@0

MOVAL,@0

CMPBAL,#2

SBL6,LT

L7:

MOVLACC,*-SP[4]

SUBBSP,#4

LRETR

/*======================================

=======================================*/

二、IIR算法硬件实现

1．实验准备

⑴连接实验设备。

⑵准备信号源进行AD输入。

①取出2根实验箱附带的信号线（如右图，两端均为单声道语音插头）。

②用1根信号线连接实验箱左侧信号源的波形输出A端口和“A/D输入”模块的“ADCIN0”插座注意插头要插牢、到底。

这样，信号源波形输出A的输出波形即可送到ICETEK-F2812A板的AD输入通道0。

③用1根信号线连接实验箱左侧信号源的波形输出B端口和“A/D输入”模块的“ADCIN1”插座注意插头要插牢、到底。

这样，信号源波形输出B的输出波形即可送到ICETEK-F2812A板的AD输入通道1。

④设置波形输出A：

-向内侧按波形频率选择旋钮，直到标有正弦波的指示灯点亮。

-上下调节波形频率选择旋钮，直到标有100-1KHz的指示灯点亮。

-调节幅值调整旋钮，将波形输出A的幅值调到适当位置。

⑤设置波形输出B：

-向内侧按波形频率选择旋钮，直到标有正弦波的指示灯点亮。

-上下调节波形频率选择旋钮，直到标有1K-10KHz的指示灯点亮。

-调节幅值调整旋钮，将波形输出B的幅值调到适当位置。

注意：

由于模数输入信号未经任何转换就进入DSP，所以必须保证输入的模拟信号的幅度在0-3V之间。

必须用示波器检测信号范围，保证最小值0V最大值3V，否则容易损坏DSP芯片的模数采集模块。

2．设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真（Emulator）方式下运行

3．启动CodeComposerStudio2.21

选择菜单Debug->ResetCPU。

4．打开工程文件

工程目录：

D:

\dsp\t7\mixerfir\mixerfir.pjt

5．编译、下载程序，选择菜单Debug->GoMain，使程序运行到main函数入口位置。

6．观察窗口

-打开源程序IIR.c，查看源代码。

7．运行程序观察结果

按CTR控制板的K6键，实现滤波显示，K7键实现混频显示，按K8实现键A、B两信号源分屏显示。

8．观察动态效果，调节信号源输出，观察滤波器输出

改变信号源输入的波形、频率参数，观察动态效果。

9．退出CCS

实验结果

按CTR控制板的K6键，实现滤波显示，K7键实现混频显示，按K8实现键A、B两信号源分屏显示。

本实验是低通滤波，按K6键后将信号源B的波形滤掉

结果分析

通过无限冲激响应滤波器（IIR）算法的硬件实现与软件实现IIR算法相对比，所设计的IIR滤波器收到较好的效果，完成了设计要求。

心得体会：

我在老师认真负责的指导下，顺利地完成了关于DSP芯片TMS320F2812的八个实验，并从中收获很多。

王忠勇老师曾给我们讲DSPs芯片及DSP系统与信息类专业的一些课程有许多联系，以及DSP本身的许多特点。

但是并不能理解老师所讲的内容，感觉很抽象，不知道从何处入手，但随着课程学习逐渐接近尾声，与此同时开始的实践实验，自己才逐渐深入全面的了解DSP，理论水平得到了一定程度的提高，但同时也处在一些问题。

DSP设计涉及到多门课程的相关知识，这需要我们在课程的学习过程中，经常回顾一些基础理论知识，经过认真思考与分析，达到解决问题的目的。

在这个过程中，我不仅复习了以前的一些知识，并且通过理论联系实际，对相关知识点有了更深层次的认识。

从课前复习相关实验内容、原理到课题论文的完成，我收获了很多，学到了很多，受益匪浅。

在这个过程中，我复习了数字滤波器的原理和设计方法，对DSP编程有了更深的认识和掌握了一定的编程能力。

团结是成功的基石。

在这几次的实验过程中，团队协作的精神得以充分的体现。

当遇到困难的时候，同学与同学之间，同学与指导老师之间有了很好的交流和沟通，这也是实验能够认真完成的一重要因素。

此外，我要感谢指导老师们以及高年级的学长们，因为这些实验是在他们认真负责的态度下完成的。

实验过程中他们在软件操作和相关理论、算法等方面给了我们耐心的指导，正是由于他们的付出，才能使我们顺利完成实验。

从他们身上我懂得了做事要有严谨认真、勤于动脑，勤于实践的态度。