基于DSP的数字滤波器的设计与仿真及利用DSP实现自适应滤波Word文档下载推荐.docx
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最基本的FIR滤波器可用下式表示：
k=0
y（n）=å
h（k）x（n-k）
其中x（n-k）输入采样序列，h（k）是滤波器系数，N是滤波器的阶数Y（n）表示滤波器的输出序列，也可以用卷积来表示输出序列y（n）与x（n）、h（n）的关系，如
下：
3.2操作步骤
y（n）=x（n）*h（n）
（1）打开FDATOOL,根据滤波要求设置滤波器类型、通带截止频率、指定阶数、采样频率等。
指定完设计参数后单击按钮DesignFilter，生成滤波器系数。
（2）把生成的滤波器系数传到目标DSP。
选择菜单Targets->
ExporttoCodeComposerStudio（tm）IDE，打开ExporttoCHeaderFile对话框，选择Cheaderfile，指定变量名（滤波器阶数和系数向量），输出数据类型可选浮点型或32b，16b整型等，根据自己安装选择目标板板号和处理器号，单击OK，保存该头文件，需指定文件名（filtercoeff．h）和路径（保存在c：
\ti\myprojects\fir工程中）。
（3）修改CCS汇编程序，删掉数据前的所有文字，在开头加上.data，第二行加coeff.word,在每行的前面加上.word，比且把每行的最后的逗号去掉。
（4）编译汇编程序，如果有错误，按错误进行修改；
没错误，则往下执行。
（5）加载初始化DATA数据。
运行程序，查看输入输出波形，修改相应参数进行调试
第4章详细设计
在本实验中使用MATLAB模拟产生信号，观察滤波前的时域波形和频域波形。
MATLAB仿真后，使用得到的滤波器参数，进行DSP编程，在DSP中实现带通滤波，并使用CCS的频谱分析功能，查看DSP的滤波效果。
MATLAB程序流程图如图4.1所示
号
初始化
进行滤波
生成fir滤波器
画出原始信号频谱图
产生需要虑波信
图4.1MATLAB程序流程图
CCS汇编程序流程图如图4.2所示
图
输入原始信号
画出滤波后信号频谱
是
是否有待滤波数据
滤波结束
本次滤波结束待滤波系数减一
做滤波算法
为原始信号和系数指定寄存器
定义滤波器系数
图4.2CCS汇编程序流程图
第5章实验过程
5.1汇编语言实验步骤与内容
Error!
Nobookmarknamegiven.MATLAB辅助DSP实现FIR,其总体过程为在DSP 中编写处理程序，在MATLAB中利用滤波器设计、分析工具（FDATOOL） ,根据指定的滤波器性能快速设计一个FIR ,然后把滤波器系数以头文件形式导入CCS中,头文件中MATLAB辅助DSP实现FIR数字滤波器含滤波器阶数和系数数组,在MATLAB中调试、运行DSP 程序并显示、分析处理后的数据。
使用该方法,便于采用汇编语言来实现程序。
头文件名不变,当MATLAB中设计的滤波器系数改变时,相应头文件中系数也改变,方便了程序调试、仿真。
（1）在MATLAB中先编写程序，查看待滤波和已滤波的信号的时域和频域波形，如图5.1和图5.2所示。
图5.1待滤波信号的时域图 图5.2待滤波信号的频域图
利用FDATOOL设计FIR滤波器的参数，操作步骤如图5.3所示。
图5.3 FIR滤波器的参数
打开Export，把Numerator改为B,如图5.4所示。
图5.4Export设置
已滤波的信号的时域和频域波形，如图5.5和图5.6所示。
图5.5已滤波信号时域波形图 图5.6已滤波信号频域波形图
MATLAB滤波器设计工具在完成FIR设计后,如图5.7所示，在Exportas中选择16bit符号整数输出，然后单击OK按钮。
生成fir.hC语言头文件。
将系数稍作修改，调整后拷贝到程序的系数初始化空间即可。
图5.7MATLAB输出数值转换图
（2）在CCS中编写汇编语言程序，进行调试，实现带通滤波的功能。
在CCS
IDE 中建立LHM.pjt工程,用汇编语言编写处理主程序fir.asm。
另外根据板上的存储器配置方式,编写存储器配置文件fir.cmd文件,将MATLAB生成的LHM.h和input1.dat文件拷贝到LHM.pjt工程文件夹下，进行编译、链接,生成可执行文件LHM.out。
（3）加载初始化data数据，图5.8所示。
图5.8data初始化图
运行程序，查看输入输出波形，修改相应参数进行调试。
5.2实验过程中出现的错误及解决的办法
（1）在MATLAB程序设计中，采样频率设置的过小，截止频率大于采样频率的一半，运行的时候图形出现错误。
（2）FIR.m中的采样频率要和开始设置时的采样频率一致，否则结果会出现偏差。
（3）在CCS中未定义标号，程序运行错误。
（4）在.h文件中未把coeff顶格写，编译时出现错误。
（5）未将fir.h和input.dat文件考入工程文件中。
（6）间接寻址过程中，程序中丢失。
（7）在View的Graph中单击Time/frequency出现graphpropertydialog
框，未修改抽样点数。
显示的图形出现差异
5.3CCS程序运行后的各种输出结果
在View的Graph中单击Time/frequency出现graphpropertydialog框。
将显示类型，图形名称，起始地址，抽样点数，数据类型等分别进行设置，输
出各种波形。
输出滤波前的信号时域波形。
首先，设置如图5.9所示，输出滤波前的信号时域波形。
图5.9Graphpropertydialog设置框图
单击OK后生成如下图5.10波形。
图5.10滤波前信号波形图
图5.10为滤波前的信号，波形很杂乱，从时域上很难看出信号的周期性。
修改
相应设置，输出如图5.11所示滤波前信号频谱。
图5.11滤波前信号频谱波形图
经过滤波后，时域波形频谱波形如图5.12和5.13所示。
图5.12滤波后信号时域波形图
图5.13滤波后信号频谱图
由上述的所有截图可知，输入参数中，通带截止频率和阻带截止频率是比较重要的两个参数，不宜过小，过小滤掉的高频成分太多，很难还原出远波形的形状，也不宜过大，过大滤波效果欠佳。
在本课程设计中，通带截止频率选用4000Hz,阻带截止频率选用4500Hz，因此，显示图形时的，时域显示的抽样点数为1024，频域显示的带宽为0.5Hz。
对比滤波前后信号的时域图5.10和5.12、频谱波形图5.11和5.13可以知道，滤波前的时域信号的波形图的波形很杂乱，很难看出信号的周期性，滤波后周期性也相对的明显起来了；
滤波前信号分布在整个频带上，滤波后阻带范围内的基本被滤掉，这些都可以从上述截图看出。
附件：
源程序清单
用线性缓冲区实现FIR滤波器程序清单：
.title “FIR1.ASM”
.mmregs
.def start
x .usect “x”，8
PA0 .set 0
PA1 .set 1
.data
COEF：
.word 1*32768/10
.word 2*32768/10
.word -4*32768/10
.word 3*32768/10
.word 1*32768/10
.text
start:
SSBX FRCT
STM #x+7,AR2STM #6,AR0
LD #x+1,DPPORTRPA1,@x+1
FIR1:
RPTZ A,#6
MACD *AR2-,COEF,ASTH A,*AR2
PORTW*AR2+,PA0BD FIR1
PORTRPA1,*AR2+0
.end
用循环缓冲区实现FIR滤波器程序清单：
.title“FIR2.ASM”
.bss y,1
xn .usect“xn”,7
b0 .usect“b0”,7
table:
.word 4*32768/10
.word 5*32768/10
.word 6*32768/10
.word 7*32768/10
STM #b0,AR1RPT #6
MVPD table,*AR1+STM #xn+6,AR2STM #b0+6,AR3STM #7,BK
STM #-1,AR0
LD #xn,DPPORTRPA1,@xn
FIR2:
MAC*AR2+0%,*AR3+0%,ASTH A,@y
PORTW@y,PA0BD FIR2
PORTRPA1,*AR2+0%
汇编程序清单
lhm.h文件内容：
coeff
.word
-85,-64,-61,-36,8,62,110,136,131
96,42,-11,-44,-44,-11,39,85,106
88,37,-29,-83,-101,-73,-7,70,124
131,82,-5,-96,-151,-144,-72,37,140
191,162,61,-76,-191,-231,-174,-35,132
256,278,180,-7,-208,-337,-330,-176,72
316,445,392,156,-178,-475,-599,-470,-108
361,745,857,594,-6,-748,-1336,-1456,-893
386,2192,4154,5816,6768,6768,5816,4154,2192
386,-893,-1456,-1336,-748,-6,594,857,745
361,-108,-470,-599,-475,-178,156,392,445
316,72,-176,-330,-337,-208,-7,180,278
256,132,-35,-174,-231,-191,-76,61,162
191,140,37,-72,-144,-151,-96,-5,82
131,124,70,-7,-73,-101,-83,-29,37
88,106,85,39,-11,-44,-44,-11,42
96,131,136,110,62,8,-36,-61,-64
-85
Fir.asm内容：
.title "
fir.asm"
.global_c_int00ORDER .set154
D_LEN .set1024 ;
TheLengthofInputDataxn .usect"
xn"
（ORDER-1）
a0.usect"
a0"
（ORDER-1）input.usect"
input"
D_LENoutput.usect"
output"
D_LEN
.copy "
HM.h"
;
Getcoefsfrom"
coef.h"
.asg AR0,FIR_INDEX
.asg AR2,FIR_DATA
.asg AR3,FIR_COEF
.asg AR5,DATA_IN
.asg AR6,DATA_OUT
_c_int00:
SSBX
FRCT
STM
#a0,FIR_COEF
;
Copya0（coefs）
to
FIR_COEF（AR3）
RPT #ORDER-1
MVPD #coeff,*FIR_COEF+STM #1,FIR_INDEX
STM #xn,FIR_DATA ;
Copy xn（data） toFIR_DATA（AR2）
RPTZA,#ORDER-1
STL A,*FIR_DATA+
STM #（xn+ORDER-1）,FIR_DATASTM #（a0+ORDER-1）,FIR_COEF
STM#input,DATA_IN ;
Getdatafrom"
STM#output,DATA_OUT ;
Writedatato"
STM#D_LEN-1,BRC
RPTBD next-1
STM #ORDER,BKLD *DATA_IN+,A
FIR:
STL A,*FIR_DATA+%RPTZA,（ORDER-1）
MAC *FIR_DATA+0%,*FIR_COEF+0%,A;
FIRSSTH A,*DATA_OUT+
nextFIR_END:
B FIR_END
FIR.m的程序如下：
fs=40000;
%/采样HzN=1024 %数据个数T=1/fs;
%采样周期n=0:
N-1;
df=n*（fs/N）%待滤波信号波形xin=randn（1,1024）figure
（1）
plot（xin）%待滤波信号频谱xinff=abs（fft（xin））;
figure
（2）
plot（df,xinff）%滤波后信号波形y_filter_out=filter（B,1,xin）%Y=FILTER（B,A,X）figure（3）
plot（y_filter_out）%滤波后信号频谱
yff=fft（y_filter_out）;
figure（4）
plot（df,yff）
xin=xin/max（xin）;
%归一化
xto_ccs=round（32767*xin）%取整
fid=fopen（'
input1.dat'
'
w'
）;
%打开文件fprintf（fid,'
16511000\n'
%输出文件头
fprintf（fid,'
%d\n'
xto_ccs）;
%输出fclose（fid）;
DSP课程设计
实 验 报 告
利用DSP实现自适应滤波
目 录
一、设计任务书 2
二、设计内容 2
三、设计方案、算法原理说明 4
四、程序设计、调试与结果分析 5
五、设计（安装）与调试的体会 17
六、参考文献 18
一、设计任务书
自适应滤波不仅能够选择信号，而且能够控制信号的特性。
自适应滤波器具有跟踪信号和噪声变化的能力，它的系数能够被一种自适应算法所修改。
利用DSP可以实时地对信号进行自适应滤波。
DSP利用直接存储器访问方式DMA采集数据时不打扰CPU，因此CPU可以对信号进行实时地滤波。
本设计要求利用DSP的DMA方式进行信号采集和信号输出，同时对外部输入的信号进行数字滤波。
1.设计要求及目标
基本部分：
（1）对DMA进行初始化；
（2）对A/D、D/A进行初始化；
（3）编写DMA通道传输程序，实现数据实时采集和实时地输出；
（4）设计子自适应滤波算法，或调用DSPLIB中的自适应函数，实现对信号的自适应滤波。
发挥部分：
（1）滤波后信号实时输出的同时，将数据存放在数据文件中；
（2）利用自适应滤波实现语音信号回波对消。
2.设计思路
首先利用DSP的DMA方式对外部信号进行实时采集，外部模拟信号先进行A/D转换，利用
MCBSP的接收寄存器接收数据。
编写自适应滤波算法程序，或调用DSPLIB中的lms滤波函数，对信号进行自适应滤波。
滤波后信号存放数据区满发出中断，请求信号输出。
利用DMA方式将传输输出数据，经D/A转换后输出。
3.要求完成的任务
（1）编写C语言程序，并在CCS集成开发环境下调试通过；
（2）利用信号发生器产生输入信号，经DSP运算后正确地在示波器上显示；
（3）按要求撰写设计报告。
二、设计内容
按照实验要求，本实验与老师上课讲过是FIR滤波器实验有很多共同点。
我们从上课做过的实验的FIR_DMA.pjt出发，使其完成自适应滤波的功能。
1.DMA部分：
本实验利用DMA直接传输数据，利用DMA完成数据传输而不影响CPU，因此数据传输速度快。
C5402有6个可独立编程的DMA通道：
DMA0~DMA5，允许6个不同的DMA操作。
每个DMA通道受各自的5个16位寄存器控制：
l源地址寄存器DMSRC和目的地址寄存器DMDST ：
指明了数据传输读取和写入的位置
l单元计数寄存器DMCTR：
规定DMA传送数据的个数（DMCTR值减1）
l同步事件和帧计数寄存器DMSEFC：
规定DMA传送数据的同步事件类型和传送一块数据所含帧信号的个数。
l传输模式控制寄存器DMMCR：
规定了DMA通道的传输模式。
2.自适应算法部分：
DSPLIB库是一个为C语言程序员开发TMS320C54x而建立的经过优化的DSP函数库。
包含50多采用汇编语言编写的常用信号处理程序，可以由C语言调用。
调用DSPLIB库函数时，在工程中要添加库文件54xdsp.lib，在C源程序中要包含dsplib.h头文件。
我们应用通过DSPLIB中的自适应函数dlms实现滤波，下面是dlms函数的相关描述。
shortoflag=dlms（DATA*x,DATA*h,DATA*r,DATA**d,DATA*des,DATAstep,ushortnh,ushortnx）
Argumentsx[nx] Pointertoinputvectorofsizenx
h[nh] Pointertofiltercoefficientvectorofsizenh
hisstoredinreversedorder:
h（n–1）,...h（0）whereh[n]isatthelowestmemoryaddress.
Memoryalignment:
hisacircularbufferandmuststartinak-bitboundary（thatis,thekLSBsofthestartingaddressmustbezeros）wherek=log2（nh）
r[nx] Pointertooutputdatavectorofsizenx.rcanbeequaltoxdbuffer[nh]Pointertolocationcontainingtheaddressofthedelaybuffer
thedelaybufferisacircularbufferandmuststartinak-bitboundary（thatis,thekLSBsofthestartingaddressmustbezeros）wherek=log2（nh）
des[nx] Pointertoexpectedoutputarray
step Scalefactortocontrollearningcurverate=2*mu
nh Numberoffiltercoefficients.Filterorder=nh–1.nh>
=3nx Lengthofinputandoutputdatavectors
oflag Overflowflag
Ifoflag=1a32-bitoverflowhasoccurred
Ifoflag=0a32-bitoverflowhasnotoccurred
其中x指向输入向量，r指向输出向量，h为滤波向量，d指向延迟缓冲区，des指向期望输出向量，step为归一化因素，nh为滤波系数个数，nx为输出向量长度。
oflag=1表示有溢出；
oflag=0表示无溢出。
三、设计方案、算法原理说明
在许多DSP的应用场合，由于无法预先知道信号和噪声的特性或者它们是随时间变化
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