DSP技术与应用基础实验报告模板终极版Word文件下载.docx

1、5实验五 卷积算法67891011121314151617181920福建农林大学金山学院信息工程类实验报告 专业： 年级： 姓名： 学号： 实验课程：实验室号：_ 实验设备号： 实验时间：指导教师签字： 成绩：1实验目的和要求1掌握 Code Composer Studio 2.21 的安装和配置步骤过程。2了解 DSP 开发系统和计算机与目标系统的连接方法。3了解 Code Composer Studio 2.21 软件的操作环境和基本功能，了解 TMS320C55xx 软件开发过程。 学习创建工程和管理工程的方法。 了解基本的编译和调试功能。 学习使用观察窗口。 了解图形功能的使用。2实

2、验原理*开发 TMS320C55xx 应用系统一般需要以下几个调试工具来完成：-软件集成开发环境（Code Composer Studio 2.21）：完成系统的软件开发，进行软件和硬件仿真调试。它也是硬件调试的辅助手段。-开发系统（ICETEK 5100-USB 或 ICETEK 5100-PP）：实现硬件仿真调试时与硬件系统的通信，控制和读取硬件系统的状态和数据。-评估模块（ICETEK VC5509-A 或 ICETEK VC5509-C 等）：提供软件运行和调试的平台和用户系统开发的参照。*Code Composer Studio 2.21 主要完成系统的软件开发和调试。它提供一整套的

3、程序编制、维护、编译、调试环境，能将汇编语言和 C 语言程序编译连接生成 COFF （公共目标文件）格式的可执行文件，并能将程序下载到目标 DSP 上运行调试。*用户系统的软件部分可以由 CCS 建立的工程文件进行管理，工程一般包含以下几种文件：-源程序文件：C 语言或汇编语言文件（*.C 或*.ASM）-头文件（*.H）-命令文件（*.CMD）-库文件（*.LIB,*.OBJ）3主要仪器设备（实验用的软硬件环境）1 PC 兼容机一台；操作系统为 Windows2000 （或 WindowsNT、Windows98、WindowsXP，以下假定操作系统为 Windows2000）。Window

4、s 操作系统的内核如果是 NT 的应安装相应的补丁程序（如：Windows2000 为 Service Pack3，WindowsXP 为 Service Pack1）。4操作方法与实验步骤1实验准备连接实验设备。2启动 Code Composer Studio 2.21选择菜单 DebugReset CPU。成功地启动了 CCS 后会出现如下窗口：3创建工程： 创建新的工程文件：选择菜单“Project”的“New”项。弹出下图，按编号顺序操作建立 volume.pjt 工程文件：展开主窗口左侧工程管理窗口中“Projects”下新建立的“volume.pjt”，其中各项均为空。 在工程文件

5、中添加程序文件：选择菜单“Project”的“Add Files to Project”项；在“Add Files to Project”对话框中选择文件目录为 C:ICETEK-VC5509-EDULabLab0101-UseCCS，改变文件类型为“C Source Files（*.c;*.ccc）”，选择显示出来的文件“volum.c”；重复上述各步骤，添加 volume.cmd文件到volume 工程中；添加 C:tiC5500cgtoolslibrts55.lib 文件到工程中。 编译链接工程：选择菜单“Project”的“RebuildAll”项，或单击工具条中的按钮；注意编译过程中

6、 CCS 主窗口下部的“Build”提示窗中显示编译信息，最后将给出错误和警告的统计数。4编辑修改工程中的文件： 查看工程文件：展开 CCS 主窗口左侧工程管理窗中的工程各分支，可以看到“volume.pjt”工程中包含“volume.h”、“rts55.lib”、“volume.c”和“volume.cmd”文件，其中第一个“volume.h”为程序在编译时根据程序中的“include”语句自动加入的。 查看源文件：*双击工程管理窗中的“volume.c”文件，可以查看程序内容。可以看到，用标准 C 语言编制的程序，大致分成几个功能块：-头文件。描述标准库程序的调用规则和用户自定义数据、函数

7、头、数据类型等。具体包含哪一个头文件，需要根据程序中使用了哪些函数或数据而定。比如：如果程序中使用了 printf 函数，它是个标准 C 提供的输入/输出库函数，选中“printf”关键字，按 Shift+F1会启动关于此关键字的帮助，在帮助信息中可发现其头函数为 stdio.h，那么在此部分程序中需要增加一条语句：#include “stdio.h”。-工作变量定义。定义全局变量。-子程序调用规则。这部分描述用户编制的子程序的调用规则。也可以写到用户自己编制的.h 文件中去。-主程序。即 main（）函数。它可分为两部分：变量定义和初始化部分、主循环部分。主循环部分完成程序的主要功能。-用户

8、自定义函数。这个程序是一个音频信号采集、处理输出的程序。程序的主循环中调用自定义的函数read_signals 来获得音频数据并存入输入缓存 inp_buffer 数组；再调用自定义函数 write_buffer来处理音频数据并存入输出缓存；output_signals 将输出缓冲区的数据送输出设备；最后调用标准 C 的显示信息的函数 printf 显示进度提示信息。整个系统可以完成将输入的音频数据扩大 volume 倍后再输出的功能。read_signals 子程序中首先应有从外接 AD 设备获得音频数据的程序设计，但此例中由于未采用实际 AD 设备，就未写相应控制程序。此例打算用读文件的方

9、式获得数据，模拟代替实际的 AD 输入信号数据。write_buffer 子程序中首先将输入缓冲区的数据进行放大处理，即乘以系数 volume，然后放入输出缓冲区。output_signals 函数完成将处理后的设备输出的功能，由于此例未具体操作硬件输出设备，所以函数中未写具体操作语句。*双击工程管理窗中的“volume.h”文件，打开此文件显示，可以看到其中有主程序中要用到的一些宏定义如“BUF_SIZE”等。*volume.cmd 文件定义程序所放置的位置，此例中描述了 ICETEK-VC5509-A 评估板的存储器资源，指定了程序和数据在内存中的位置。它首先将 ICETEK-VC5509

10、-A 评估板的可用存储器分为五个部分，每个区给定起始地址和长度（区域地址空间不允许重叠）；然后指定经编译器编译后产生的各模块放到哪个区。这些区域需要根据评估板硬件的具体情况来确定。 编辑修改源文件及编译程序：打开“volume.c”，找到“main（）”主函数，将语句“input=inp_buffer;”最后的分号去掉，这样程序中就出现了一个语法错误；重新编译连接工程，可以发现编译信息窗口出现发现错误的提示；双击红色错误提示，CCS 自动转到程序中出错的地方；将语句修改正确（将语句末尾的分号加上）；重新编译；注意，重新编译时修改过的文件被 CCS 自动保存。 修改工程文件的设置：通过以上设置操

11、作，重新编译后，程序中的用户堆栈的尺寸被设置成 1024 个字。5基本调试功能： 下载程序：执行 File Load Program ,在随后打开的对话框中选择刚刚建立的C:ICETEK-VC5509-EDULabLab0101-UseCCSDebugvolume.out 文件。 设置软件调试断点：在项目浏览窗口中，双击 volume.c 激活这个文件，移动光标到 main（）行上，单击鼠标右键选择 Toggle Breakpoint 或按 F9 设置断点（另外，双击此行左边的灰色控制条也可以设置或删除断点标记）。 利用断点调试程序：选择 Debug Run 或按 F5 运行程序，程序会自动停

12、在 main（）函数上。按 F10 执行到 write_buffer（）函数。再按 F8，程序将转到 write_buffer 函数中运行。此时，为了返回主函数，按 shift-F7 完成 write_buffer 函数的执行。再次执行到 write_buffer 一行，按 F10 执行程序，对比与 F8 执行的不同。提示：在执行 C 语言的程序时，为了快速的运行到主函数调试自己的代码，可以使用Debug Go main 命令，上述实验中的使用的是较为繁琐的一种方法。6使用观察窗口： 执行 View Watch Window 打开观察窗口。 在 volume.c 中，用鼠标双击一个变量（比如

13、num），再单击鼠标右键，选择“Quick Watch”，CCS 将打开 Quick Watch 窗口并显示选中的变量。 在 volume.c 中，选中变量 num，单击鼠标右键，选择“Add to Watch Window”，CCS 将把变量添加到观察窗口并显示选中的变量值。 在观察窗口中双击变量，则可以在这个窗口中改变变量的值。 把 str 变量加到观察窗口中,点击变量左边的”+”,观察窗口可以展开结构变量,并且显示结构变量的每个元素的值。 把 str 变量加到观察窗口中；执行程序进入 write_buffer 函数，此时 num 变量超出了作用范围，可以利用 Call Stack 窗口察

14、看在其他函数中的变量：选择菜单 View Call Stack 打开堆栈窗口。双击堆栈窗口的 main（）选项,此时可以察看 num 变量的值。7文件输入/输出：下面介绍如何从 PC 机上加载数据到 DSP 上。用于利用已知的数据流测试算法。在完成下面的操作以前，先介绍 Code Composer Studio 的 Probe（探针）断点，这种断点允许用户在指定位置提取/注入数据。Probe 断点可以设置在程序的任何位置，当程序运行到 Probe断点时，与 Probe 断点相关的事件将会被触发，当事件结束后，程序会继续执行。在这一节里，Probe 断点触发的事件是：将 PC 机存储的数据文件中

15、的一段数据加载到 DSP 的缓冲区中。 在真实的系统中，read_signals 函数用于读取 A/D 模块的数据并放到 DSP 缓冲区中。在这里，代替 A/D 模块完成这个工作的是 Probe 断点。当执行到函数 read_signals 时，Probe断点完成这个工作。在程序行 read_signals（input）;上单击鼠标右键，选择“Toggle breakpoint”，设置软件断点。再在同一行上单击鼠标右键，选择“Toggle Probe Point”，设置 Probe 断点。执行以下操作：此时,已经配置好了 Probe 断点和与之关联的事件。进一步的结果在下面实验中显示。8图形功

16、能简介：下面我们使用 CCS 的图形功能检验上一节的结果。首先进行下面设置操作：-在弹出的图形窗口中单击鼠标右键，选择“Clear Display”。-按 F12 运行程序。观察 Input 窗口的内容。9选择菜单 Fileworkspacesave workspacs As，输入文件名 SY.wks 。10退出 CCS。5实验结果通过对工程文件“volume”的编译、执行后得到结果的图形显示如下：6总结对上机实验结果进行分析、上机的心得体会及改进意见。1掌握用窗函数法设计 FIR 数字滤波器的原理和方法。2熟悉线性相位 FIR 数字滤波器特性。3了解各种窗函数对滤波器特性的影响。1有限冲激响

17、应数字滤波器的基础理论（请参考相关书籍）。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 FIR 滤波器。要求：通带边缘频率 10kHz，阻带边缘频率 22kHz，阻带衰减 75dB，采样频率 50kHz。设计：-过渡带宽度=阻带边缘频率-通带边缘频率=22-10=12kHz-采样频率：f1=通带边缘频率+（过渡带宽度）/2=10000+12000/2=16kHz1=2f1/fs=0.64-理想低通滤波器脉冲响应：h1n=sin（n1）/n/=sin（0.64n）/n/-根据要求，选择布莱克曼窗，窗函数长度为：N=5

18、.98fs/过渡带宽度=5.98*50/12=24.9-选择 N=25，窗函数为：wn=0.42+0.5cos（2n/24）+0.8cos（4n/24）-滤波器脉冲响应为：hn=h1nwn |n|12hn=0 |n|12-根据上面计算，各式计算出 hn，然后将脉冲响应值移位为因果序列。-完成的滤波器的差分方程为：yn=-0.001xn-2-0.002xn-3-0.002xn-4+0.01xn-5-0.009xn-6-0.018xn-7-0.049xn-8-0.02xn-9+0.11xn-10+0.28xn-11+0.64xn-12+0.28xn-13-0.11xn-14-0.02xn-15+0

19、.049xn-16-0.018xn-17-0.009xn-18+0.01xn-19-0.002xn-20-0.002xn-21+0.001xn-225程序流程图：PC 兼容机一台，操作系统为 Windows2000（或 Windows98，WindowsXP，以下默认为Windows2000），安装 Code Composer Studio 2.21 软件。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-VC5509-EDULabLab0501-FIRFir.pjt。3编译并下载程序。4打开观察窗口。*选择菜单 View-Graph-Time

20、/Frequency，进行如下设置：在弹出的图形窗口中单击鼠标右键，选择“Clear Display”。5设置断点：在有注释“break point”的语句设置软件断点。6运行并观察结果： 选择“Debug”菜单的“Animate”项，或按 F12 键运行程序。 观察“Input”、“Output”窗口中时域图形；观察滤波效果。 鼠标右键单击“Input”和“Output”窗口，选择“Properties”项，设置“Display Type”为“FFT Magitude”，再单击“OK”按钮结束设置。 观察“Input”、“Output”窗口中频域图形；理解滤波效果。7退出 CCS。1掌握设计

21、 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。1无限冲激响应数字滤波器的基础理论。4根据要求设计低通 IIR 滤波器：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。-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-20logsdB。模拟边缘频率为：fp1=1000Hz，fs1=12000Hz阻带边缘衰减为：-20logs=30dB-用=2f/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p1 和s1。p1=2fp

22、1/fs=21000/25000=0.08弧度s1=2fs1/fs=212000/25000=0.96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=2fs tan（/2）求得 wp1 和 ws1，单位为弧度/秒。wp1=2fs tan（p1/2）=6316.5 弧度/秒ws1=2fs tan（s1/2）=794727.2 弧度/秒-由已给定的阻带衰减-20logs 确定阻带边缘增益s。因为-20logs=30，所以 logs=-30/20，s=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

23、+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：yn=0.7757yn-1+0.1122xn+0.1122xn-1。2打开工程，浏览程序，工程目录为ICETEK-VC5509-EDULabLab0502-IIRIIR.pjt。4打开观察窗口：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“Clear Display”功能。6设置断点：在程序 iir.c 中有注释“break point”的语句上设置软件断点。7运行并观察结果： 观察“IIR

24、”窗口中时域图形；8退出 CCS。试微调（0.0001）改变程序中 fU 的取值，观察步长因子在自适应算法中所起的作用。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。1FFT 的原理和参数生成公式：公式（1）FFT 运算公式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 4

25、N2 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 N2 成正比的，当 N 很大时，运算量是可观的，因而需要改进对 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=2L，L 为整数。将 N=2L 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，他们又重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

26、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。使用这一思想，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 TMS320C55x 上算法和运行的细节。PC 兼容机一台，操作系统为 Windows2000（或 Windows98，WindowsXP，以下默认为Windows2000），安装 Code Composer Studio 2.0 软件。C:IC