DSP实验报告.docx
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DSP实验报告
DSP实验报告
软件实验
１无限冲激响应滤波器（IIR）算法
一．实验目的
1．掌握设计IIR数字滤波器的原理和方法。
2．熟悉IIR数字滤波器特性。
3．了解IIR数字滤波器的设计方法。
二．实验设备
PC兼容机一台，操作系统为Windows2000（或Windows98，WindowsXP，以下默认为Windows2000），安装CodeComposerStudio2.21软件。
三．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]=0.7757y[n-1]+0.1122x[n]+0.1122x[n-1]。
５．程序流程图：
四．实验步骤
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
C:
\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0502-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…进行如下图所示设置。
*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“CleAeDisplay”功能。
6．设置断点：
在程序iir.c中有注释“breakpoint”的语句上设置软件断点。
7．运行并观察结果：
⑴选择“Debug”菜单的“Animate”项，或按F12键运行程序。
⑵观察“IIR”窗口中时域图形；观察滤波效果。
8．退出CCS
五．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。
实验代码：
#include
#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（）
{
nIn=0;nOut=0;
fInput=fOutput=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++;//breakpoint
if（nOut>=256）
{
nOut=0;
}
}
}
floatInputWave（）
{
for（i=IIRNUMBER-1;i>0;i--）
{
fXn[i]=fXn[i-1];
fYn[i]=fYn[i-1];
}
fXn[0]=sin（（double）fSignal1）+cos（（double）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）;
}
２快速傅立叶变换（FFT）算法
一．实验目的
1．掌握用窗函数法设计FFT快速傅里叶的原理和方法；
2．熟悉FFT快速傅里叶特性；
3．了解各种窗函数对快速傅里叶特性的影响。
二．实验设备
PC兼容机一台，操作系统为Windows2000（或Windows98，WindowsXP，以下默认为Windows2000），安装CodeComposerStudio2.0软件。
三．实验原理
1．FFT的原理和参数生成公式：
FFT并不是一种新的变换，它是离散傅立叶变换（DFT）的一种快速算法。
由于我们在计算DFT时一次复数乘法需用四次实数乘法和二次实数加法；一次复数加法则需二次实数加法。
每运算一个X（k）需要4N次复数乘法及2N+2（N-1）=2（2N-1）次实数加法。
所以整个DFT运算总共需要4N^2次实数乘法和N*2（2N-1）=2N（2N-1）次实数加法。
如此一来，计算时乘法次数和加法次数都是和N^2成正比的，当N很大时，运算量是可观的，因而需要进对DFT的算法减少运算速度。
根据傅立叶变换的对称性和周期性，我们可以将DFT运算中有些项合并。
我们先设序列长度为N=2^L，L为整数。
将N=2^L的序列x（n）（n=0,1,……，N-1），按N的奇偶分成两组，也就是说我们将一个N点的DFT分解成两个N/2点的DFT，他们又从新组合成一个如下式所表达的N点DFT：
一般来说，输入被假定为连续的。
当输入为纯粹的实数的时候，我们就可以利用左右对称的特性更好的计算DFT。
我们称这样的RFFT优化算法是包装算法：
首先2N点实数的连续输入称为“进包”。
其次N点的FFT被连续运行。
最后作为结果产生的N点的合成输出是“打开”成为最初的与DFT相符合的2N点输入。
使用这战略，我们可以划分FFT的大小，它有一半花费在包装输入O（N）的操作和打开输出上。
这样的RFFT算法和一般的FFT算法同样迅速，计算速度几乎都达到了两次DFT的连续输入。
下列一部分将描述更多的在TMS320C54xx上算法和运行的细节。
5．程序流程图：
四．实验步骤
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
C:
\ICETEK\VC5416AES61\VC5416AES61\Lab0503-FFT\FFT.pjt。
3．编译并下载程序。
4．打开观察窗口：
*选择菜单View->Graph->Time/Frequency…进行如下图所示设置。
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“CleAeDisplay”功能。
6．设置断点：
在程序FFT.c中有注释“breakpoint”的语句上设置软件断点。
7．运行并观察结果。
⑴选择“Debug”菜单的“Animate”项，或按F12键运行程序。
8.退出CCS。
5.实验结果
通过观察频域和时域图，程序计算出了测试波形的功率谱，与CCS计算的FFT结果相近。
实验代码：
#include
#definePI3.1415926
#defineSAMPLENUMBER128
voidInitForFFT（）;
voidMakeWave（）;
intINPUT[SAMPLENUMBER],DATA[SAMPLENUMBER];
floatfWaveR[SAMPLENUMBER],fWaveI[SAMPLENUMBER],w[SAMPLENUMBER];
floatsin_tab[SAMPLENUMBER],cos_tab[SAMPLENUMBER];
voidFFT（floatdataR[SAMPLENUMBER],floatdataI[SAMPLENUMBER]）;
main（）
{
inti;
InitForFFT（）;
MakeWave（）;
for（i=0;i{
fWaveR[i]=INPUT[i];
fWaveI[i]=0.0f;
w[i]=0.0f;
}
FFT（fWaveR,fWaveI）;
for（i=0;i{
DATA[i]=w[i];
}
while
（1）;//breakpoint
}
voidFFT（floatdataR[SAMPLENUMBER],floatdataI[SAMPLENUMBER]）
{
intx0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,xx;
inti,j,k,b,p,L;
floatTR,TI,temp;
/**********followingcodeinvertsequence************/
for（i=0;i{
x0=x1=x2=x3=x4=x5=x6=0;
x0=i&0x01;x1=（i/2）&0x01;x2=（i/4）&0x01;x3=（i/8）&0x01;x4=（i/16）&0x01;x5=（i/32）&0x01;x6=（i/64）&0x01;
xx=x0*64+x1*32+x2*16+x3*8+x4*4+x5*2+x6;
dataI[xx]=dataR[i];
}
for（i=0;i{
dataR[i]=dataI[i];dataI[i]=0;
}
/**************followingcodeFFT*******************/
for（L=1;L<=7;L++）
{/*for
（1）*/
b=1;i=L-1;
while（i>0）
{
b=b*2;i--;
}/*b=2^（L-1）*/
for（j=0;j<=b-1;j++）/*for
（2）*/
{
p=1;i=7-L;
while（i>0）/*p=pow（2,7-L）*j;*/
{
p=p*2;i--;
}
p=p*j;
for（k=j;k<128;k=k+2*b）/*for（3）*/
{
TR=dataR[k];TI=dataI[k];temp=dataR[k+b];
dataR[k]=dataR[k]+dataR[k+b]*cos_tab[p]+dataI[k+b]*sin_tab[p];
dataI[k]=dataI[k]-dataR[k+b]*sin_tab[p]+dataI[k+b]*cos_tab[p];
dataR[k+b]=TR-dataR[k+b]*cos_tab[p]-dataI[k+b]*sin_tab[p];
dataI[k+b]=TI+temp*sin_tab[p]-dataI[k+b]*cos_tab[p];
}/*ENDfor（3）*/
}/*ENDfor
（2）*/
}/*ENDfor
（1）*/
for（i=0;i{
w[i]=sqrt（dataR[i]*dataR[i]+dataI[i]*dataI[i]）;
}
}/*ENDFFT*/
voidInitForFFT（）
{
inti;
for（i=0;i{
sin_tab[i]=sin（PI*2*i/SAMPLENUMBER）;
cos_tab[i]=cos（PI*2*i/SAMPLENUMBER）;
}
}
voidMakeWave（）
{
inti;
for（i=0;i{
INPUT[i]=sin（PI*2*i/SAMPLENUMBER*3）*1024;
}
}
硬件实验
实验4.2：
发光二极管阵列显示实验
一．实验目的
通过实验学习使用5416ADSP的扩展端口控制外围设备的方法，了解发光二极管阵列的控制编程方法。
二．实验设备
计算机，ICETEK-VC5416-AE实验箱（或ICETEK仿真器ICETEK-VC5416-AE系统板相关连线及电源）。
三．实验原理
1．扩展接口ICETEK-VC5416-AE是一块以TMS320VC5416ADSP为核心的DSP扩展评估板，它通过扩展接口与实验箱的显示/控制模块连接，可以控制其各种外围设备。
2．发光二极管显示阵列的显示是由扩展端口控制，扩展在IO接口的两个寄存器EWR和SNR提供具体控制。
3．实验程序流程图：
四．实验步骤
1．实验准备：
⑴连接实验设备
⑵将ICETEK-CTR板的供电电源开关拨动到“开”的位置。
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。
5．编译、下载程序。
6．运行程序观察结果。
7．结束程序运行，退出CCS。
五．实验结果与分析
实验结果：
可以看到发光二极管依次点亮。
分析：
本程序使用循环延时的方法，如果想实现较为精确的定时，可使用通用计时器，在通用计时器中断中取得延时，改变显示内容。
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