DSP期末考试实验报告.docx
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DSP期末考试实验报告
重庆邮电大学
学生实验报告
课程名称：
DSP应用与设计专业班级：
通信与信息系统1班
学生学号：
学生姓名：
所属院部：
通信工程学院指导教师：
代少升
实验项目名称：
语音信号采集、放送与FIR滤波实验学时4学时
实验地点：
逸夫楼315实验开始日期：
2010-11-24
一、实验目的和要求
（一）、实验目的
（1）熟悉CCS平台设计开发流程并会调试程序；
（2）掌握语音信号采集与放送的原理以及FIR滤波原理；
（3）掌握程序设计流程图以及用到各个模块的作用和定义；
（二）、实验要求
（1）注意掌握CCS开发DSP应用程序的步骤；
（2）完成语言信号的采集；
（3）完成语言信号噪声的加入；
（4）完成FIR滤波，使语音清晰；
（5）左声道输出带噪声语音效果，右声道输出FIR语音效果；
（6）调试程序要记录调试过程中出现的问题及解决办法；
（7）编写程序要规范、正确，上机调试过程和结果要有记录，并注意调试程序集成环境的掌握及应用，不断积累编程及调试经验；
（8）提交实验报告，具体包括：
实验内容，实验原理和程序设计流程，实验原代码，实验测试结果（附波形图）。
二、实验仪器和设备
计算机一台，装有ccs3.3运行环境、DSP实验箱（包括仿真器）、麦克风输入设备、耳机输出设备
三、实验过程
（一）设计前了解和准备：
（1）此次实验主要用到了三个模块，第一个是AIC23的立体声语音解码芯片，第二个是MCBSP0的多通道缓冲串口，第三个是I2C总线模块。
另外还用到了DSP的FIR滤波实现。
（2）三个模块的基本介绍和FIR基础知识：
AIC23芯片：
AIC23是可编程芯片，内部有11个16位寄存器，编程设置这些寄存器可得到所需的采样频率、输入输出增益和传输数据格式等。
该控制接口有SPI和I2C两种工作模式，由芯片上的MODE引脚进行选择：
MODE=0为I2C模式，MODE＝1为SPI模式。
AIC23的I2C接口地址由引脚的状态决定，＝0时地址为0011010，＝1时地址为0011011。
（注意：
在该开发板上我们已经直接将MODE接口接地，即低电平0，此时则只
运行于I2C模式。
）
MCBSP模块：
MCBSP为多通道缓冲串口，用于实现DSP芯片与AIC23芯片之间的数据传输，在实验中我们用到了MCBSP0的模块进行数据接收和发送。
I2C模块：
I2C总线定义：
I2C（Inter－IntegratedCircuit）总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备
I2C总线特点：
I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。
由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本，I2C要求从器件有一个地址。
FIR滤波：
FIR：
有限脉冲响应滤波器。
特点：
线性相位，非递归结构。
既具有严格的线性相位（就是不同频率分量的信号经过fir滤波器后他们的时间差不变）。
图像处理以及数据传输，都要求信道具有线性相位特性。
FIR滤波器的单位抽样响应是有限长的，因而滤波器性能稳定。
（3）程序需要配置的模块：
初始化DSP的时钟和寄存器。
MCBSP寄存器配置。
I2C寄存器配置。
AIC23寄存器配置。
实现程序代码，包括FIR滤波实现。
初始化配置：
DSP通过I2C总线将配置命令发送到AIC23，配置完成后AIC23开始工作。
（4）大致实验原理和步骤：
第一步：
通过麦克风利用芯片AIC23进行带噪声的语音信号采集，由于AIC本身自带A/D转化，采集得到的数据传输保存于MCBSP数据接收寄存器DDR。
第二步：
DSP对MCBSP中的数据进行FIR滤波，并送给MCBSP中的数据发送寄存器DXR。
第三步：
DXR中数据回传给AIC23，并利用它带的D/A转换进行输出，从而能听到滤波后的信号。
（二）实验流程图设计：
设计流程图如下：
（三）三大模块初始化代码：
（1）AIC23的初始化代码（附注解）：
//AIC23的11个控制寄存器各基地址定义
#defineAIC23_LT_LINE_CTL0x00//0
#defineAIC23_RT_LINE_CTL0x02//1
#defineAIC23_LT_HP_CTL0x04//2
#defineAIC23_RT_HP_CTL0x06//3
#defineAIC23_ANALOG_AUDIO_CTL0x08//4
#defineAIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL0x0A//5
#defineAIC23_POWER_DOWN_CTL0x0C//6
#defineAIC23_DIGITAL_IF_FORMAT0x0E//7
#defineAIC23_SAMPLE_RATE_CTL0x10//8
#defineAIC23_DIG_IF_ACTIVATE0x12//9
#defineAIC23_RESET_REG0x1E//F–让寄存器复位
//部分控制寄存器各个位的初值设置
//数字音频控制接口寄存器各位定义
#defineDIGIF_FMT_MS0x40
#defineDIGIF_FMT_LRSWAP0x20
#defineDIGIF_FMT_LRP0x10
#defineDIGIF_FMT_IWL0x0c
#defineDIGIF_FMT_FOR0x03
#defineDIGIF_FMT_IWL_160x00
#defineDIGIF_FMT_IWL_200x04
#defineDIGIF_FMT_IWL_240x08
#defineDIGIF_FMT_IWL_320xc0
#defineDIGIF_FMT_FOR_MSBRIGHT0x00
#defineDIGIF_FMT_FOR_MSLEFT0x01
#defineDIGIF_FMT_FOR_I2S0x02
#defineDIGIF_FMT_FOR_DSP0x03
//电源控制寄存器各位定义
#definePOWER_DEV0x80
#definePOWER_CLK0x40
#definePOWER_OSC0x20
#definePOWER_OUT0x10
#definePOWER_DAC0x08
#definePOWER_ADC0x04
#definePOWER_MIC0x02
#definePOWER_LINE0x01
//采样率控制寄存器各位定义
#defineSRC_CLKOUT0x80
#defineSRC_CLKIN0x40
#defineSRC_SR0x3c
#defineSRC_BOSR0x02
#defineSRC_MO0x01
#defineSRC_SR_440x20
#defineSRC_SR_320x18
//模拟音频通道控制寄存器各位定义
#defineANAPCTL_STA0xc0
#defineANAPCTL_STE0x20
#defineANAPCTL_DAC0x10
#defineANAPCTL_BYP0x08
#defineANAPCTL_INSEL0x04
#defineANAPCTL_MICM0x02
#defineANAPCTL_MICB0x01
//数字音频通道控制寄存器各位定义
#defineDIGPCTL_DACM0x08
#defineDIGPCTL_DEEMP0x06
#defineDIGPCTL_ADCHP0x01
#defineDIGPCTL_DEEMP_DIS0x00
#defineDIGPCTL_DEEMP_320x02
#defineDIGPCTL_DEEMP_440x04
#defineDIGPCRL_DEEMP_480x06
#defineDIGIFACT_ACT0x01//数字接口激活寄存器初始化
#defineLT_HP_CTL_LZC0x80//耳机左通路音频控制寄存器
#defineRT_HP_CTL_RZC0x80//耳机右通路音频控制寄存器
voidAIC23_Init（）//音频芯片AIC23初始化模块
{
I2C_Init（）;//调用I2C初始化程序用来打开AIC23
//初始化AIC23并打开各个模块
AIC23_Write（AIC23_RESET_REG,0）;//AIC23寄存器复位
AIC23_Write（AIC23_POWER_DOWN_CTL,0）;/*节电模式设置，所有部分都为工作状态*/
AIC23_Write（AIC23_ANALOG_AUDIO_CTL,ANAPCTL_DAC|ANAPCTL_INSEL）;
//模拟音频通道控制，打开DAC，ADC输入选择方式为麦克风输入方式
AIC23_Write（AIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL,0）;//数字音频通道控制
//line输入的音频方式调节
AIC23_Write（AIC23_LT_LINE_CTL,0x000）;//左通路音频方式调节
AIC23_Write（AIC23_RT_LINE_CTL,0x000）;//右通路音频方式调节
AIC23_Write（AIC23_DIGITAL_IF_FORMAT,DIGIF_FMT_MS|
DIGIF_FMT_IWL_16|DIGIF_FMT_FOR_DSP）;/*选定AIC23为主模式，
数据长为16bit，DSP格式*/
AIC23_Write（AIC23_SAMPLE_RATE_CTL,SRC_SR_44|SRC_BOSR|SRC_MO）;
//选定USB模式采样率为44.1KHZ，
//打开耳机通路调节
AIC23_Write（AIC23_LT_HP_CTL,0x07f）;//耳机左通路控制调节音量增益为+6db
AIC23_Write（AIC23_RT_HP_CTL,0x07f）;//耳机右通路控制调节音量增益为+6db
AIC23_Write（AIC23_DIG_IF_ACTIVATE,DIGIFACT_ACT）;//数字接口激活
McBSP0_InitSlave（）;//设置McBSP0用来控制发送来的数据
}
//AIC23控制口写入，利用I2C激活AIC23
voidAIC23_Write（unsignedshortregaddr,unsignedshortdata）
{
unsignedcharbuf[2];
buf[0]=regaddr;
buf[1]=data;
I2C_Write（I2C_AIC23,2,buf）;//用I2C激活AIC23
}
（2）MCBSP0的初始化代码（附注解）：
voidMcBSP0_InitSlave（）//MCBSP初始化模块
{
PC55XX_MCSPpMCBSP0=（PC55XX_MCSP）C55XX_MSP0_ADDR;/*使用库函
PC55XX_MCSP*/
//初始化MCBSP0的SPCR1和SPCR2这两个控制寄存器
Write（pMCBSP0->spcr1,0）;
Write（pMCBSP0->spcr2,0）;
//设置接收和传输的大小，并设置接收和传输时不需要延迟
Write（pMCBSP0->xcr1,XWDLEN1_32）;/*设置输出控制寄存器xcr1来传输字节长度*/
Write（pMCBSP0->xcr2,XPHASE_SINGLE|XDATDLY_0）;/*设置输出控制寄存器
cxcr1在传输数据时，不需要延迟一个时钟输出*/
Write（pMCBSP0->rcr1,RWDLEN1_32）;/*设置输入控制寄存器rcr1的读入字节长度*/
Write（pMCBSP0->rcr2,RPHASE_SINGLE|RDATDLY_0）;/*设置输入控制寄存器rcr1在接收数据时，不需要延迟一个时钟接收*/
/*设置PCR时钟信号控制寄存器，确定时钟信号的极性，当CLKXP为
0的时候为正极性，时钟以上升沿开始；反之，时钟以下降沿开始*/
Write（pMCBSP0->pcr,PCR_CLKXP）;
//对发送和接收进行复位
SetMask（pMCBSP0->spcr2,SPCR2_XRST）;//复位SPCR2中的XRST寄存器
SetMask（pMCBSP0->spcr1,SPCR1_RRST）;//复位SPCR1中RRST寄存器
}
（3）I2C的初始化代码（附注解）：
I2C_Init（）//I2C的初始化模块
{
PC55XX_I2CpI2C=（PC55XX_I2C）C55XX_I2C_ADDR;/*利用到库文件中的PC55XX_I2C*/
ClearMask（pI2C->icmdr,ICMDR_IRS）;/*重置I2C寄存器ICMDR，发送一个信号激活I2C总线*/
pI2C->icpsc=dspclk.pllmult;/*配置I2C总线的时钟信号，AIC23使用的是晶振输入，所以I2C时钟寄存器ICPSC直接用时钟信号dspclk.pllmult*/
//配置I2C信号的时钟信号（SCL）频率
Write（pI2C->icclkl,10）;
Write（pI2C->icclkh,10）;
WriteMask（pI2C->icoar,ICOAR_OADDR,ICOAR_MASK_7）;//设置I2C主从地址。
SetMask（pI2C->icmdr,ICMDR_IRS|ICMDR_MST）;/*第二次对ICMDR赋值，表示I2C寄存器配置完成，I2C总线准备工作；*/
}
I2C_Disable（）//I2C关闭模块
{
PC55XX_I2CpI2C=（PC55XX_I2C）C55XX_I2C_ADDR;
//让I2C控制寄存器重启（如果没重启寄存器的情况下时钟改变了）
ClearMask（pI2C->icmdr,ICMDR_IRS）;
}
//I2C的写模块
voidI2C_Write（unsignedshortintdevice,intcount,unsignedchar*bytedata）
{
PC55XX_I2CpI2C=（PC55XX_I2C）C55XX_I2C_ADDR;//调用库函数PC55XX_I2C
intI;
//设置I2C的控制寄存器用来写大小为count的数据
Write（pI2C->iccnt,count）;/*设置需要通过I2C来传输的数据大小，大小为count*/
WriteMask（pI2C->icsar,device,ICSAR_MASK_7）;/*设置DSP想要读写的从地址*/
//激活ICMDR模式寄存器中的相应位，从而定义控制方式
WriteMask（pI2C->icmdr,
ICMDR_STT|ICMDR_STP|ICMDR_TRX,
ICMDR_STT|ICMDR_STP|ICMDR_TRX）;
//STT代表的开始位，STP代表的结束位，TRX代表的传输模式
//传输数据
for（i=0;i{
Write（pI2C->icdxr,bytedata[i]）;/*DSP通过ICDXR这个寄存器发送数据bytedata[i]*/
while（!
（pI2C->icstr&ICSTR_ICXRDY））;/*检测DSP发送寄存器ICSTR是否发送完毕*/
}
}
//I2C的读模块
voidI2C_Read（unsignedshortintdevice,intcount,unsignedchar*bytedata）
{
PC55XX_I2CpI2C=（PC55XX_I2C）C55XX_I2C_ADDR;//使用库函数PC55XX_I2C
inti;
//设置I2C的控制寄存器用来读大小为count的数据
Write（pI2C->iccnt,count）;/*设置需要通过I2C来传输的数据大小，大小为count*/
WriteMask（pI2C->icsar,device,ICSAR_MASK_7）;/*设置DSP想要读写的从地址*/
//激活ICMDR模式寄存器中的相应位，从而定义控制方式
WriteMask（pI2C->icmdr,
ICMDR_STT|ICMDR_STP,//这里的ICMDR_TRX没写即代表为默认1，读模式
ICMDR_STT|ICMDR_STP|ICMDR_TRX）;
//接收count大小的数据
for（i=0;i{
while（!
（pI2C->icstr&ICSTR_ICRRDY））;/*检测DSP接收寄存器ICRRX是否接收完毕*/
bytedata[i]=pI2C->icdrr;//拷贝数据到bytedata[i]数组进行保存。
}
}
（四）主函数和关键程序代码：
（1）main（）函数代码（附注释）：
voidmain（）
{
SDRAM_init（）;//初始化EMIF外部扩展接口
EnableAPLL（）;//打开时钟锁相环
PLL_Init（40）;//初始化时钟
AIC23_Init（）;//调用AIC23初始化模块
PLL_Init（120）;//初始化时钟
for（;;）
{
AIC23_Mixer（）;//调用关键实现程序
}
}
（2）关键实现函数AIC23_Mixer（）代码（附注释）：
#defineAUTIODATALEFT0x0d000
#defineAUTIODATARIGHT0x17000
int*pAudioLeft,*pAudioRight;
voidAIC23_Mixer（）
{
PC55XX_MCSPpMCBSP0=（PC55XX_MCSP）C55XX_MSP0_ADDR;
intleft,right;//定义左右声道变量
int*pl,*pr,nAudioCount;
inti;
pAudioLeft=pl=（int*）AUTIODATALEFT;
pAudioRight=pr=（int*）AUTIODATARIGHT;
nAudioCount=0;
for（i=0;ifor（i=0;iwhile
（1）
{
while（!
ReadMask（pMCBSP0->spcr2,SPCR2_XRDY））;//等待数据传输完成
（*pl）=left=Read（pMCBSP0->ddr1）;//读入左声道数据
right=Read（pMCBSP0->ddr2）;//读入右声道数据
x[NX-1]=left/16;//防止滤波时数据溢出
fir2（x,h,r,db,NX,NH）;//调用滤波程序计算当前输出
（*pr）=r[NX-1];//数组r的最后一个单元为当前输出
Write（pMCBSP0->dxr1,left）;//将原来数据送左声道输出
Write（pMCBSP0->dxr2,r[NX-1]）;//将滤波后的数据送右声道输出
nAudioCount++;pl++;pr++;//循环使用缓冲区
if（nAudioCount>=1024）
{
nAudioCount=0;//断点位置
pl=pAudioLeft;
pr=pAudioRight;
}
for（i=0;i{
x[i]=x[i+1];
}
}
}
注意：
其中这些定义中还包含了很多头文件以及系统库函数的引用，这些大部分为CCS软件提供，具体的设置略，以上仅为核心模块初始化以及主程序实现部分代码。
四、实验运行结果
实验运行结果：
在设置断点处设置断点，下载进实验板后点一直运行，麦克风输入声音，由于原
来数据保存于AUTIODATALEFT，滤波后数据保存于AUTIODATARIGHT，所以可以在CCS
软件中打开图形观察窗口监视动态变化，开两个窗口，观察基地址分别对应
AUTIODATALEFT（0x0d000），AUTIODATARIGHT（0x17000），取一个输入点停止运行
截得各个部分的频域图和时域图分别如下：
图1带噪声声波时域图
图2滤波后声波时域图
图3带噪声声波频域图
图4滤波后声波频域图
五、实验心得
虽然本科是学习过这门课程但是由于一些原因学的很粗糙，这学期通过学习DSP这门课程，让我加深了对DSP的了解，让我进一步熟悉了CCS开发环境以及设计运行调试过程，认识到AIC23语音芯片和I2C协议以及MCBSP模块的各个工作原理以及三者之间的关系，学会对模块的初始化怎么定义和编写的流程。
使我对DSP产生了浓厚的兴趣，激发了我学习DSP的积极性，从这次实验结果上来说，清晰的结果使我对书本上的知识应用到了实验中，很满足。
该实验通过FIR滤波器滤波后把噪声滤除掉了，从时域图来看，原来的带有毛刺的音频波形滤波后变得平滑，从频域图来看，噪声所在的频域段基本上被滤除掉。
实验的成功离不开老师、师兄、师姐的耐心指导！
在这里谢谢老师、师兄、师姐的教导！
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