基于DSP的卷积算法的实现.docx
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基于DSP的卷积算法的实现
DSP课程考核论文
课程名称：
DSP原理与应用教程
题目：
基于DSP的卷积算法的实现
专业：
班级：
姓名：
学号：
目录
摘要.......................................................................3
绪论.......................................................................3
课程设计方案及原理.............................................3
课程设计步骤及过程.............................................10
总结.......................................................................16
参考文献.................................................................16
基于DSP的卷积算法的实现
摘要:
卷积和（简称卷积）是信号处理中常用的算法之一。
数字卷积运算通常采用两种方法：
线性卷积和圆卷积。
为了能使卷积运算在C54x系列DSP上的实现方法，首先要对数字卷积的基本概念作深入了解。
使大家从根本上掌握卷积的实现方法，我们以模拟信号的卷积和数字信号的卷积为主，以及他们在C54x系列DSP上的实现方法。
绪论：
在通信和信号处理中，常用的运算，如卷积，自相关，滤波和快速傅里叶交换等。
都具有较高的密度性和复杂性，而这些运算中所用到的最基本的是乘法-累加运算。
C54x的硬件及软件设计使其具有快速的进行乘法-累加运算功能，并具有丰富的软件资源为这些算法的实施提供有力的条件。
因此，这种芯片在通信及信号处理等领域得到广泛的应用。
本节主要介绍卷积算法在DSP原理中的应用。
课程设计方案及原理
一、实验目的
1．掌握用窗函数法设计卷积算法的原理和方法；
2．熟悉卷积算法特性；
3．了解各种窗函数对卷积算法的影响。
二、实验设备
计算机，CodeComposerStudio2.0for’C5000系统。
三、实验原理
1．卷积的基本原理和公式
卷集和：
对离散系统“卷积和”也是求线性时不变系统输出响应（零状态响应）的主要方法。
卷积和的运算在图形表示上可分为四步：
Y（n）=∑X（m）h（n−m）=X（n）*h（n）
m=−∞
1）翻褶先在哑变量坐标M上作出x（m）和h（m），将m=0的垂直轴为轴翻褶成h（-m）。
2）移位将h（-m）移位n，即得h（n-m）。
当n为正整数时，右移n位。
当n为负整数时，左移n位。
3）相乘再将h（n-m）和x（m）的相同m值的对应点值相乘。
4）相加把以上所有对应点的乘积叠加起来，即得y（n）值。
依上法，取n=…,-2,-1,0,1,2,3,…各值，即可得全部y（n）值。
2.程序流程图
3．程序的自编函数及其功能
（1）processing1（int*input2,int*output2）
调用形式：
processing1（int*input2,int*output2）
参数解释：
intput2、output2为两个整型指针数组。
返回值解释：
返回了一个“TREN”，让主函数的while循环保持连续。
功能说明：
对输入的input2buffer波形进行截取m点，再以零点的Y轴为对称轴进行翻褶，把生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT2指针开始的一段地址空间中。
（2）processing2（int*output2,int*output3）
调用形式：
processing2（int*output2,int*output3）
参数解释：
output2、output3为两个整型指针数组。
返回值解释：
返回了一个“TREN”，让主函数的while循环保持连续。
功能说明：
对输出的output2buffer波形进行作n点移位，然后把生成的波形上的各点
的值存入以OUTPUT3指针开始的一段地址空间中。
（3）processing3（int*input1,int*output2,int*output4）
调用形式：
processing3（int*input1,int*output2,int*output4）
参数解释：
output2、output4、input1为三个整型指针数组。
返回值解释：
返回了一个“TREN”，让主函数的while循环保持连续。
功能说明：
对输入的input2buffer波形和输入的input1buffer作卷积和运算，然后把
生成的波形上的各点的值存入以OUTPUT4指针开始的一段地址空间中。
（4）processing4（int*input2,int*output1）
调用形式：
processing4（int*input2,int*output1）
参数解释：
output1、input2为两个整型指针数组。
返回值解释：
返回了一个“TREN”，让主函数的while循环保持连续。
功能说明：
对输入的input2buffer波形截取m点，然后把生成的波形上的各点的值存
入以OUTPUT1指针开始的一段地址空间中。
源程序如下：
#include
#include"volume.h"
/*Globaldeclarations*/
intinp1_buffer[BUFSIZE];
intinp2_buffer[BUFSIZE];/*processingdatabuffers*/
intout1_buffer[BUFSIZE];
intout2_buffer[BUFSIZE];
intout3_buffer[BUFSIZE];
intout4_buffer[BUFSIZE*2];
intsize=BUFSIZE;
intain=MINGAIN;
intzhy=0;
intsk=64;/*sk代表所开的bufsize的大小,需修改它.输入文件sine.dat为32点,sine11.dat,
sin22.dat,sin33.dat,sin44.dat为64点的输入波形.*/
/*volumecontrolvariable*/
unsignedintprocessingload=1;/*processingroutine//loadvalue*/
/*Functions*/
externvoidload（unsignedintloadValue）;
staticintprocessing1（int*output1,int*output2）;
staticintprocessing2（int*output2,int*output3）;
staticintprocessing3（int*input1,int*output2,int*output4）;
staticintprocessing4（int*input2,int*output1）;
staticvoiddataIO1（void）;
staticvoiddataIO2（void）;
/*
*========main========
*/
voidmain（）
{
int*input1=&inp1_buffer[0];
int*input2=&inp2_buffer[0];
int*output1=&out1_buffer[0];
int*output2=&out2_buffer[0];
int*output3=&out3_buffer[0];
int*output4=&out4_buffer[0];
puts（"volumeexamplestarted\n"）;
/*loopforever*/
while（TRUE）
{
/*
*Readinputdatausingaprobe-pointconnectedtoahostfile.
*Writeoutputdatatoagraphconnectedthroughaprobe-point.
*/
dataIO1（）;
dataIO2（）;
/*applygain*/
processing4（input2,output1）;
processing1（output1,output2）;
processing2（output2,output3）;
processing3（input1,output2,output4）;
}
}
/*
*========processing========
*
*FUNCTION:
applysignalprocessingtransformtoinputsignal.
*
*PARAMETERS:
addressofinputandoutputbuffers.
*
*RETURNVALUE:
TRUE.
*/
staticintprocessing4（int*input2,int*output1）
{intm=sk;
for（;m>=0;m--）
{
*output1++=*input2++*ain;
}
for（;（size-m）>0;m++）
{output1[m]=0;
}
////load（processingload）;
return（TRUE）;
}
staticintprocessing1（int*output1,int*output2）
{
intm=sk-1;
for（;m>0;m--）
{
*output2++=*output1++*ain;
}
/*additionalprocessing//load*/
//load（processingload）;
return（TRUE）;
}
staticintprocessing2（int*output2,int*output3）
{intn=zhy;
size=BUFSIZE;
for（;（size-n）>0;n++）
{*output3++=output2[n];
}
/*for（;n>0;n--）
{*output3++=0;
}*/
//load（processingload）;
return（TRUE）;
}
staticintprocessing3（int*input1,int*output2,int*output4）
{intm=sk;
inty=zhy;
intz,x,w,i,f,g;
for（;（m-y）>0;）
{i=y;
x=0;
z=0;
f=y;
for（;i>=0;i--）
{g=input1[z]*output2[f];
x=x+g;
z++;
f--;
}
*output4++=x;
y++;
}
m=sk;
y=sk-1;
w=m-zhy-1;
for（;m>0;m--）
{
y--;
i=y;
z=sk-1;
x=0;
f=sk-y;
for（;i>0;i--,z--,f++）
{g=input1[z]*output2[f];
x=x+g;
}
out4_buffer[w]=x;
w++;
}
//load（processingload）;
return（TRUE）;
}
/*
*========dataIO========
*
*FUNCTION:
readinputsignalandwriteprocessedoutputsignal.
*
*PARAMETERS:
none.
*
*RETURNVALUE:
none.
*/
staticvoiddataIO1（）
{
/*dodataI/O*/
return;
}
staticvoiddataIO2（）
{
/*dodataI/O*/
return;
}
课程设计步骤及过程
1．实验准备
（1）连接设备
①关闭计算机和实验箱电源。
②如使用PP型仿真器则用附带的并口连线连接计算机并口和仿真器相应接口。
③检查ICETEK-VC5416-A板上DIP开关MP/MC的位置，应设置在“OFF”位置（靠近
复位按钮），即设置DSP工作在MP方式。
④关闭实验箱上三个开关。
（2）开启设备
①打开计算机电源。
②打开实验箱电源开关，
③如使用USB型仿真器用附带的USB电缆连接计算机和仿真器相应接口，注意仿真器上
两个指示灯均亮。
（3）设置CodeComposerStudio为Simulator方式：
参见“CodeComposerStudio入门实验”之四.2。
（4）启动CodeComposerStudio2.0
2．打开工程，浏览程序，工程目录为C:
\ICETEK-VC5416-EDULab\Lab20-Convolve3．编译并下载程序
4．设置输入数据文件
请在c程序中的如下两行上设置probepoint：
dataIO1（）;1
dataIO2（）;
设置方法是把光标指示到这一行上，按鼠标右键，从显示的菜单上分别选择probepoint。
在c程序的“dataIO1（）;”行上设置breakpoint。
5．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：
-在弹出的三个图形窗口中单击鼠标右键，选择“ClearDisplay”。
6.设置波形输入文件
-选择“File”菜单中的“FileI/O…”，打开“FileI/O”窗口；单击“AddFile”按钮，在“FileInput”窗口中选择C:
\ICETEK-VC5416-EDULab\Lab20-Convolve目录下的sin.dat文件，单击“打开”按钮；在“Address”项中输入inp1_buffer，在“Length”项中输入32，在“WarpAround”项前加上选择标记，单击“AddProbePoint”按钮；
-在“Break/Probe/ProfilePoints”窗口中单击“ProbePoint”列表中的“Convolve.cline52NoConnection”，再单击“Connect”项尾部的展开按钮，在显示的展开式列表中选择列表末尾的“FILEIN:
C:
\..\SIN.DAT”，单击“Replace”按钮，单击“确定”按钮。
-在“FileI/O”窗口中单击“确定”，完成设置。
-选择“File”菜单中的“FileI/O…”，打开“FileI/O”窗口；单击“AddFile”按钮，在“FileInput”窗口中选择C:
\ICETEK-VC5416-EDULab\Lab20-Convolve目录下的sin.dat文件，单击“打开”按钮；在“Address”项中输入inp2_buffer，在“Length”项中输入32，在“WarpAround”项前加上选择标记，单击“AddProbePoint”按钮；
-在“Break/Probe/ProfilePoints”窗口中单击“ProbePoint”列表中的“Convolve.cline53NoConnection”，再单击“Connect”项尾部的展开按钮，在显示的展开式列表中选择列表末尾的“FILEIN:
C:
\..\SIN.DAT”，单击“Replace”按钮，单击“确定”按钮。
-在“FileI/O”窗口中单击“确定”，完成设置。
7．运行程序，观察结果
-按F5键运行程序，待程序停留在软件断点；观察刚才打开的三个图形窗口，其中显示的是输入和输出的时域波形；
-观察频域波形：
在各图形窗口中单击鼠标右键，选择“Properties…”，在“GraphProperty
Dialog”中的第1项“DisplayType”项中选择“FFTMagnitude”，单击“OK”完成；这时图形窗口中显示波形的频域图。
（也可再打开显示频域图的窗口）
-验算结果：
在各频域窗口中的波形上单击鼠标左键，将光标停到统一的位置（通过观察窗口状态栏中的第1个浮点数表示其坐标值），读取状态栏中的第2个浮点数，为卷积计算的输入和输出结果，请验算：
Output≈Input1*Input2。
8．将输入波形文件改成其他波形：
选择“File”、“FileI/O…”，将2个文件删除，将第1个文件换成SIN11.DAT，讲第2个文件换成SIN22.DAT；输入“Length”改为64，其他不变。
再按F5运行，停止后观察波形。
9．将第2个输入波形改成SIN33.DAT，观察卷积运算后的波形。
10．将第2个输入波形改成SIN44.DAT，观察卷积运算后的波形。
.
其波形如图
AT，观察卷积运算后的波形。
*图表分析
输入图形频域图形采用通过频域采样取值比较，卷积后的结果与标准值只有很的误。
所以说卷积实验结果正确，卷积程序正确无误。
总结：
在本次DSP课程设计中我们以四人一组，在课前我们由组长分工，每人分别做着不同的工作，确保了我们本次课程设计的成功。
在本次设计中，我们从查阅资料，到编写程序再到软件仿真，在这个过程中我们充分的利用了所学的知识，并在老师的指导下，按时按质完成了本次课程设计。
通过本次课程设计我们充分的锻炼了自己的动手能力，并把课堂上所学的知识运用到了实际中，达到了我们预期的效果，也为我们以后工作打下了一个好的前提。
参考文献：
郭开轩.2007数字信号处理器（DSP）及其芯片结构特点
胡建凌徐盛2003数字信号处理的应用和设计上海上海交通大学出版社
王念旭2001DSP基础与应用系统设计北京北京航空航天大学出版社
张雄伟陈亮徐光辉2003DSP芯片的原理及开发应用电子出版社
周霖2004信号处理技术应用北京国防工业出版社
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