DSP实验报告2.docx

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DSP实验报告2

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告

班级：

姓名：

学号：

实验一快速傅立叶变换（FFT）的实现

一、实验目的

在数字信号处理系统中，FFT作为一个非常重要的工具经常使用，甚至成为DSP运算能力的一个考核因素。

FFT是一种高效实现离散付氏变换的算法。

离散付氏变换的目的是把信号由时域变换到频域，从而可以在频域分析处理信息，得到的结果再由付氏逆变换到时域。

本实验的目的在于学习FFT算法，及其在TMS320C54X上的实现，并通过编程掌握C54X的存储器管理、辅助寄存器的使用、位倒序寻址方式等技巧，同时练习使用CCS的探针和图形工具。

另外在BIOS子目录下是一个使用DSP/BIOS工具实现FFT的程序。

通过该程序，你可以使用DSP/BIOS提供的分析工具评估FFT代码执行情况。

二、实验原理

1）基2按时间抽取FFT算法

对于有限长离散数字信号{x[n]}，0≤n≤N-1，其离散谱{x[k]}可以由离散付氏变换（DFT）求得。

DFT的定义为：

可以方便的把它改写为如下形式：

不难看出，WN是周期性的，且周期为N，即

WN的周期性是DFT的关键性质之一。

为了强调起见，常用表达式WN取代W以便明确其周期是N。

2）实数FFT运算

对于离散傅立叶变换（DFT）的数字计算，FFT是一种有效的方法。

一般假定输入序列是复数。

当实际输入是实数时，利用对称性质可以使计算DFT非常有效。

一个优化的实数FFT算法是一个组合以后的算法。

原始的2N个点的实输入序列组合成一个N点的复序列，之后对复序列进行N点的FFT运算，最后再由N点的复数输出拆散成2N点的复数序列，这2N点的复数序列与原始的2N点的实数输入序列的DFT输出一致。

使用这种方法，在组合输入和拆散输出的操作中，FFT运算量减半。

这样利用实数FFT算法来计算实输入序列的DFT的速度几乎是一般复FFT算法的两倍。

本实验就用这种方法实现了一个256点实数FFT（2N=256）运算。

a.实数FFT运算序列的存储分配

如何利用有限的DSP系统资源，合理的安排好算法使用的存储器是一个比较

要的问题。

3）计算所求信号的功率

由于最后所得的FFT数据是一个复数，为了能够方便的在虚拟频谱仪上观察该

信号的特征，我们通常对所得的FFT数据进行处理——取其实部和虚部的平方和，

即求得该信号的功率。

三、实验内容

1）启动CCS，在Project菜单相项中打开FFT目录下的fft.pjt文件。

2）用鼠标展开左面项目栏，打开fft.asm源程序。

3）使用Bulid命令完成编译、连接，并使用LoadProgram将生成的fft.out装入5402片内存储器。

4）将光标移动到“callget_input”行，并设置一个探针点。

将光标移动到下一行“nop”语句，使用工具设置一个断点。

5）在File菜单中打开选项“FileI/O”，使用“AddFile”在FFT目录下打开数据文件fft.dat，然后修改“Address”参数为0x2300，修改“Length”参数为256。

这表示程序执行到探针点时，将从fft.dat文件中读出256个数据，并将数据放入0x2300开始的存储器中。

你可以选择“WrapAround”，循环使用该数据文件。

6）选择“AddProbePoint”，将探针点与数据文件连接起来。

选择探针点，然后在“Connect”选项中选择需要使用的数据文件名，再选择“Replace”，按确定键完成。

这时将返回图7所示的对话框。

你可以看到“Probe”项被自动修改为“Connected”，表示探针已经与数据文件成功相连。

7）完成探针设置后，可以使用F5或“Run”命令启动程序运行。

程序执行到探针点时自动从数据文件读出256个点的数据放入输入缓冲0x2300。

8）在“View”菜单项下选择“Graph->Time/Frequency”，打开一个图形工具以便显示输入数据波形。

将“StartAddress”改为0x2300，将“AcquisitionBufferSize”改为128，将“DSPDataType”改为“16-bitsignedinteger”，这样即可显示128个输入点波形。

9）调整窗口显示大小，将光标移动到源程序的“b_c_int00”这行，使用Debug中的“RuntoCursor”项，程序将执行到这行并停下。

这时FFT程序已经计算完成。

再打开一个波形显示窗口，这次仅仅将“StartAddress”改为0x2200，便可以显示计算完成后的谱波形。

10）选择“Debug”下的“Animate”运行程序，这时程序将循环运行，不断从数据文件fft.dat中读出数据，并计算其频谱。

这时你可以看到连续的输入/输出波形。

11）选择原始数据波形窗口，单击鼠标右键，进入“Properties”属性对话框。

你可以将“DisplayType”改为“FFTMagnitude”，这时输入数据将显示其频谱，对比两个图形，看看谱线的位置一样吗？

12）清除所有断点、探针点，关闭CCS的源程序窗口和上面的工程文件fft.pjt，然后在Project菜单下打开BIOS目录下fft.pjt文件。

这时一个使用DSP/BIOS工具实现FFT的例子。

为了使用DSP/BIOS的工具分析工具，我们将FFT的源程序做了一点修改。

将FFT子程序做为一个中断函数，并在DSP/BIOS的周期模块中调用。

所以在DSP/BIOS的配置文件中增加一个周期模块PRD0，并且设置每1ms执行一次，即每1ms执行一次FFT子程序。

。

这时的主程序仅仅完成一次数据输入，然后返回DSP/BIOS。

以后DSP/BIOS将每隔1ms启动一次周期函数，完成一次FFT。

13）在File菜单中用LoadProgram装入BIOS目录下的demo5402.out文件。

参照前面的函数中的“callwait_input”设置一个探针点，并建立数据文件连接。

这时应该将输入数据读到0x2900开始的存储器中。

在FFT子程序process中设置一个断点，启动程序运行。

14）程序将在第一次进入周期函数执行FFT子程序时停下来。

使用图形工具观察输入信号波形（启始地址0x2900）。

将FFT子程序执行完，然后再使用图形工具观察FFT后的波形（启始地址0x2800）。

15）清除所有断点，以便程序连续运行。

使用Tools菜单下的DSP/BIOS选项打开“RTAControlPanel”窗口，再打开“ExecutionGraph”窗口。

在“RTAControlPanel”控制窗口中选择“enableSWIlogging”、“enablePRDlogging”和“gobalhostenable”。

恢复程序运行，观察FFT程序执行情况。

18）在Tools->DSP/BIOS->CPULoadGraph窗口，观察CPU占用情况。

修改周期函数的周期，重新编译、连接、装入程序并运行，看看CPU占用比有何变化？

实验二FIR数字滤波器

一、实验目的

数字滤波的作用是滤除信号中某一部分频率分量。

信号经过滤波处理，就相当于信号频谱与滤波器的频率响应相乘的结果。

从时域来看，就是输入信号与滤波器的冲激响应作卷积和。

数字滤波器在各种领域由广泛的应用，例如数字音响、音乐和语音合成、躁声消除、数据压缩、频率合成、谐波消除、过载检测、相关检测等。

本实验主要学习数字滤波器的DSP实现原理和C54X编程技巧，并通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱的变化。

该实验应该安排在串口和定时器操作实验之后进行。

二、实验原理

1）FIR滤波器的实现

如果FIR滤波器的冲激响应为h（0），h

（1），...，h（N-1）。

X（n）表示滤波器在n时刻的输入，则n时刻的输出为：

y（n）=h（0）x（n）+h

（1）x（n-1）+...+h（N-1）x[n-（N-1）]

使用MAC或FIRS指令可以方便地实现上面的计算。

使用带MAC指令的循环寻址模式实现FIR滤波器，程序片段如下：

（输入数据在AL中,滤波结果在AH中）

STM#1,AR0；AR0=1

STM#N,BK；BK=N,循环寻址BUFFER大小为N

STLA,*FIR_DATA_P+%；更新滤波窗口中的采样数据

RPTZA,#（N-1）；重复MAC指令N次,先将A清零

MAC*FIR_DATA_P+0%,*FIR_COFF_P+0%,A；完成滤波计算。

注意FIR滤波系数存放在数据存储区

2）AC01的初始化

DSE320PP-U使用AC01作为模拟信号接口。

AC01提供一个14bit的D/A和一个14bit的A/D通道。

AC01与VC5402通过串口0连接。

DSP通过串口可以控制AC01的采样频率、增益、低通/高通滤波器的截止频率等参数。

这一步是通过读写AC01的寄存器来实现的。

3）1KHz方波信号的产生

利用AC01的D/A通道产生一个1KHz的方波，作为FIR滤波器的输入信号。

由于串口发送中断将每0.04ms（25KHz）产生一次，所以我们将一个周期的方波信号分25次送出，这样经D/A变化后便可得到1KHz的方波。

4）串口的初始化和串口中断服务程序

本实验通过DSP的串口0输入/输出数据。

在串口通讯中，数据时钟和帧同步信号都由AC01产生，所以VC5402将使用外部时钟和帧同步信号

三、实验内容

本实验需要使用‘C54X汇编语言实现FIR滤波器，并通过CCS的图形显示工具观

察输入/输出信号波形以及频谱的变化。

实验分以下几步完成：

1）短接JP12，使得DES320PP-U的模拟信号输出通道与模拟信号输入通道相连。

2）启动CCS，在Project选项中打开fir5402.pjt文件。

3）使用Build选项完成编译、连接，然后使用File菜单中的LoadProgram将OUT文件装入。

按F5键启动程序运行，若有示波器，可以观察DSE320PP-U板上的JP12的引脚输出的1KHz的方波。

4）请使用Debug->Halt暂停程序的执行。

在Project管理栏中打开fir5402.asm文件，并在ccs_show（在fir子程序中）行后的nop语句处上增加一个断点。

添加断点的方法是先用鼠标单击某行，将光标移动到需要增加断点的行上，然后选择工具栏的手状图标。

当该行被设置了一个断点后，可以看到红色的圆点。

5）选择View->Graph->Time/Frequency菜单打开一个图形显示窗口。

将“StartAddress”项改为地址0x1800，将“DisplayDataSize”项设置为128，将“DSPDataType”改为“16-bitsignedinteger”。

这样，将在图形显示窗口中显示从0x1800（信号输入缓冲）开始的128个点的16位有符号整数。

再打开一个图形窗口，显示从地址0x1020（滤波信号输出缓冲）开始的128点的16位有符号整数。

6）选择Debug->Animate项运行程序。

Animate运行和Run运行基本一致，只是使用Run运行时，若遇到断点，将停下来，直到用户再次使用Run命令才恢复运行。

而使用Animate运行时，若遇到断点，CCS刷新所有的显示窗口，如寄存器、CPU、MEM、图形显示等，然后自动恢复运行。

所以，你能看到连续更新的滤波输出。

四、实验心得

在学习过程中，我学习到了很多关于信号处理的实践方法，让我对DSP有了更深一步的认识，这些都是在书本学习中无法理解的。

但是，这次学习仅仅提供了简单的实验，不是现实生活中的真正使用，带有的理想成分太大，得到的结果也是非常的“理想”。

虽然离实际应用还有一段距离，但是让我对“DSP”这门课的知识融汇连接在一起，印象深刻。

实验一快速傅立叶变换（FFT）算法实验

一．实验目的

1．加深对DFT算法原理和基本性质的理解；

2．熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用；

3．学习用FFT对连续信号和时域信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。

二．实验设备

计算机，CCS2.0版软件，实验箱，DSP仿真器，导线

三．基本原理

1．离散傅立叶变换DFT的定义：

将时域的采样变换成频域的周期性离散函数，频域的采样也可以变换成时域的周期性离散函数，这样的变换称为离散傅立叶变换，简称DFT。

2．FFT是DFT的一种快速算法，将DFT的N2步运算减少为（N/2）log2N步，极大的提高了运算的速度。

3．旋转因子的变化规律、蝶形运算规律及基2FFT算法。

四．实验步骤

1．底板的开关SW4的第1位置ON，其余置OFF。

其余开关不用具体设置。

2．板子上的SW7开关的第1位置OFF，其余位置ON

3.正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电。

4.启动CCS2.0，Project/Open打开“algorithm\01_fft”子目录下“fft.pjt”工程文件；双击“fft.pjt”及“Source”可查看各源程序；加载“Debug\fft.out”；

5.单击“Debug\Gomain”进入到主程序，在主程序“flag=0；”处设置断点；

6.单击“Debug\Run”运行程序，或按F5运行程序；程序将运行至断点处停止；

7.用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置该观察图形窗口变量及参数；采用双踪观察在启始地址分别为px和pz，长度为128，数值类型为16位整型，px：

存放经A/D转换后的输入信号；pz：

对该信号进行FFT变换的结果；

8.单击“Debug\Animate”运行程序，或按F10运行；观察窗口并观察输入信号波形及其FFT变换结果；

9.单击“Debug\Halt”暂停程序运行，关闭窗口，本实验结束。

五、子程序流程图：

六、实验结果

在CCS2.0环境，同步观察输入信号波形及其FFT变换结果（下图观察窗口中px波形在上面,pz波形在下面）

五、实验心得

机器和软件能告诉我们怎么去做，这是前人帮我们建立的基础，而我们可以通过设置参数，需要告诉机器怎么去做。

适当修改cmd文件和源程序，能更改程序和数据的大小和位置，然后再通过观察机器自动生成的map文件可以了解DSP代码的确切信息，从而了解到程序的大小和位置，，这也是工程上的需要。

通过学习DSP这门课程，我认识到动手能力的重要，让我收获很大。

实验一快速傅立叶变换（FFT）算法实验

一．实验目的

1．加深对DFT算法原理和基本性质的理解；

2．熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用；

3．学习用FFT对连续信号和时域信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。

二．实验设备

计算机，CCS2.0版软件，实验箱，DSP仿真器，导线

三．基本原理

1．离散傅立叶变换DFT的定义：

将时域的采样变换成频域的周期性离散函数，频域的采样也可以变换成时域的周期性离散函数，这样的变换称为离散傅立叶变换，简称DFT。

2．FFT是DFT的一种快速算法，将DFT的N2步运算减少为（N/2）log2N步，极大的提高了运算的速度。

3．旋转因子的变化规律、蝶形运算规律及基2FFT算法。

四．实验步骤

1．底板的开关SW4的第1位置ON，其余置OFF。

其余开关不用具体设置。

2．板子上的SW7开关的第1位置OFF，其余位置ON

3.正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电。

4.启动CCS2.0，Project/Open打开“algorithm\01_fft”子目录下“fft.pjt”工程文件；双击“fft.pjt”及“Source”可查看各源程序；加载“Debug\fft.out”；

5.单击“Debug\Gomain”进入到主程序，在主程序“flag=0；”处设置断点；

6.单击“Debug\Run”运行程序，或按F5运行程序；程序将运行至断点处停止；

7.用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置该观察图形窗口变量及参数；采用双踪观察在启始地址分别为px和pz，长度为128，数值类型为16位整型，px：

存放经A/D转换后的输入信号；pz：

对该信号进行FFT变换的结果；

8.单击“Debug\Animate”运行程序，或按F10运行；观察窗口并观察输入信号波形及其FFT变换结果；

9.单击“Debug\Halt”暂停程序运行，关闭窗口，本实验结束。

五、子程序流程图：

六、实验结果

在CCS2.0环境，同步观察输入信号波形及其FFT变换结果（下图观察窗口中px波形在上面,pz波形在下面）

五、实验心得

机器和软件能告诉我们怎么去做，这是前人帮我们建立的基础，而我们可以通过设置参数，需要告诉机器怎么去做。

适当修改cmd文件和源程序，能更改程序和数据的大小和位置，然后再通过观察机器自动生成的map文件可以了解DSP代码的确切信息，从而了解到程序的大小和位置，，这也是工程上的需要。

通过学习DSP这门课程，我认识到动手能力的重要，让我收获很大。

实验一快速傅立叶变换（FFT）算法实验

一．实验目的

1．加深对DFT算法原理和基本性质的理解；

2．熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用；

3．学习用FFT对连续信号和时域信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。

二．实验设备

计算机，CCS2.0版软件，实验箱，DSP仿真器，导线

三．基本原理

1．离散傅立叶变换DFT的定义：

将时域的采样变换成频域的周期性离散函数，频域的采样也可以变换成时域的周期性离散函数，这样的变换称为离散傅立叶变换，简称DFT。

2．FFT是DFT的一种快速算法，将DFT的N2步运算减少为（N/2）log2N步，极大的提高了运算的速度。

3．旋转因子的变化规律、蝶形运算规律及基2FFT算法。

四．实验步骤

1．底板的开关SW4的第1位置ON，其余置OFF。

其余开关不用具体设置。

2．板子上的SW7开关的第1位置OFF，其余位置ON

3.正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电。

4.启动CCS2.0，Project/Open打开“algorithm\01_fft”子目录下“fft.pjt”工程文件；双击“fft.pjt”及“Source”可查看各源程序；加载“Debug\fft.out”；

5.单击“Debug\Gomain”进入到主程序，在主程序“flag=0；”处设置断点；

6.单击“Debug\Run”运行程序，或按F5运行程序；程序将运行至断点处停止；

7.用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置该观察图形窗口变量及参数；采用双踪观察在启始地址分别为px和pz，长度为128，数值类型为16位整型，px：

存放经A/D转换后的输入信号；pz：

对该信号进行FFT变换的结果；

8.单击“Debug\Animate”运行程序，或按F10运行；观察窗口并观察输入信号波形及其FFT变换结果；

9.单击“Debug\Halt”暂停程序运行，关闭窗口，本实验结束。

五、子程序流程图：

六、实验结果

在CCS2.0环境，同步观察输入信号波形及其FFT变换结果（下图观察窗口中px波形在上面,pz波形在下面）

实验二卷积（Convolve）算法实验

一、实验目的

1．了解卷积算法的原理；

2．掌握TMS320’C54X程序的编译和调试方法；

3．掌握在CCS环境下，编写和调试程序的方法。

二、实验设备

计算机，CCS2.0版软件，DSP仿真器，E300实验箱，信号输入线

三、实验原理

卷积的基本原理。

四、实验步骤

1.底板的开关SW4的第1位置ON，其余置OFF。

其余开关不用具体设置；

2.板子上的SW7开关的第1位置OFF，其余置ON；

3.正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱连接；启动CCS3.1，用Project/Open打开“04_convolve\convolve.pjt”工程文件；双击“convolve.pjt”及“Source”可查看源程序；并加载“convolve.out”；

4.在”Convolve.c”文件中最后的“flag=0”处，设置断点；单击“Debug\Run”运行程序，程序运行到断点处停止；

5.用View/Graph/Time/Frequency打开图形观察窗口；设置观察图形窗口变量及参数；采用双踪观察两路输入变量Input及Impulse的波形，波形长度为512，数值类型为32位浮点型；

6．打开一个图形观察窗口，以观察卷积结果波形；该观察窗口的参数设置为：

变量为Output，长度为1024，数据类型为32位浮点数；

7.调整观察窗口，观察两路输入波形和卷积结果波形；

8.关闭“convolve.pjt”工程文件，关闭各窗口，实验结束。

五、子程序流程图

六、实验结果

设置好CCS的环境，打开本工程，编译、下载、运行。

用图形观察窗口观察y[]数组中的波形数据如下：

七、实验心得

在这门课程学习中，我的最大体会是要学会强迫自己动手，整合思路，查找资料，为己所用。

平时所学的理论知识只是基础，真正应用软件做设计的时候才能知道自己的局限性。

一味停留在老师的教学中自己能做的实在是少之又少。

老师只是在较高的层次上为自己的学习指明道路，为整体概念指出思路。

所以就应该学会利用资料，首先就是互联网，然后是图书馆。

由于时间限制，最合理的资料应该是互联网，快速，方便。

搜集到资料以后不能照抄，应该仔细阅读，读懂，然后根据自己的要求改变参数。

总之，只有知道怎么自己学习，才能知道怎么自己动手，实在收获颇丰。