DSP期末考试实验报告.docx

1、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）

2、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

3、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，MODE1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

4、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(InterIntegrated Circuit)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

5、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I 2C 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

6、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#define AIC23_LT_LINE_CTL 0x00 / 0 #define AIC23_RT_LINE_CTL 0x02 / 1#define AIC23_LT_HP_CTL 0x04 / 2#define AIC23_RT_HP_CTL 0

7、x06 / 3#define AIC23_ANALOG_AUDIO_CTL 0x08 / 4#define AIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL 0x0A / 5#define AIC23_POWER_DOWN_CTL 0x0C / 6#define AIC23_DIGITAL_IF_FORMAT 0x0E / 7#define AIC23_SAMPLE_RATE_CTL 0x10 / 8#define AIC23_DIG_IF_ACTIVATE 0x12 / 9#define AIC23_RESET_REG 0x1E / 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

8、制接口寄存器各位定义#define DIGIF_FMT_MS 0x40#define DIGIF_FMT_LRSWAP 0x20#define DIGIF_FMT_LRP 0x10#define DIGIF_FMT_IWL 0x0c#define DIGIF_FMT_FOR 0x03#define DIGIF_FMT_IWL_16 0x00#define DIGIF_FMT_IWL_20 0x04#define DIGIF_FMT_IWL_24 0x08#define DIGIF_FMT_IWL_32 0xc0#define DIGIF_FMT_FOR_MSBRIGHT 0x00#define

9、 DIGIF_FMT_FOR_MSLEFT 0x01#define DIGIF_FMT_FOR_I2S 0x02#define DIGIF_FMT_FOR_DSP 0x03 /电源控制寄存器各位定义#define POWER_DEV 0x80#define POWER_CLK 0x40#define POWER_OSC 0x20#define POWER_OUT 0x10#define POWER_DAC 0x08#define POWER_ADC 0x04#define POWER_MIC 0x02#define POWER_LINE 0x01 /采样率控制寄存器各位定义#define SR

10、C_CLKOUT 0x80#define SRC_CLKIN 0x40#define SRC_SR 0x3c#define SRC_BOSR 0x02#define SRC_MO 0x01#define SRC_SR_44 0x20#define SRC_SR_32 0x18 /模拟音频通道控制寄存器 各位定义#define ANAPCTL_STA 0xc0#define ANAPCTL_STE 0x20#define ANAPCTL_DAC 0x10#define ANAPCTL_BYP 0x08#define ANAPCTL_INSEL 0x04#define ANAPCTL_MICM 0

11、x02#define ANAPCTL_MICB 0x01 /数字音频通道控制寄存器各位定义 #define DIGPCTL_DACM 0x08#define DIGPCTL_DEEMP 0x06#define DIGPCTL_ADCHP 0x01#define DIGPCTL_DEEMP_DIS 0x00#define DIGPCTL_DEEMP_32 0x02#define DIGPCTL_DEEMP_44 0x04#define DIGPCRL_DEEMP_48 0x06#define DIGIFACT_ACT 0x01 /数字接口激活寄存器初始化#define LT_HP_CTL_LZC

12、 0x80 /耳机左通路音频控制寄存器#define RT_HP_CTL_RZC 0x80 /耳机右通路音频控制寄存器void AIC23_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 | ANAP

13、CTL_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

14、);/*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

15、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AIC23void AIC23_Write(unsigned short regaddr, unsigned short data) unsigned char buf2; buf0 = regaddr; buf1 = data; I2C_Write(I2C_AIC23, 2, buf);/用I2C激活AIC23（2）MCBSP0的初始化代码（附注解）：void McBSP0_InitSlave() /MCBSP初始化模块 PC55XX_MCSP pMCBSP0 = (PC

16、55XX_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

17、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_XR

18、ST);/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_I2C pI2C = (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

19、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

20、 PC55XX_I2C pI2C = (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void I2C_Write(unsigned short int device, int count, unsigned char *bytedata) PC55XX_I2C pI2C = (PC55XX_I2C)C55XX_I2C_ADDR; /调用库函数PC55XX_I2C int I; / 设置I2C的控制寄存器用来写大小为count的数据

21、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

22、 icdxr, bytedatai); /*DSP通过ICDXR这个寄存器发送数据bytedatai*/ 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void I2C_Read(unsigned short int device, int count, unsigned char *bytedata) PC55XX_I2C pI2C = (PC55XX_I2C)C55XX_I2C_ADDR; /使用库函数PC55XX_I2C int i; / 设置I2C的控制寄存器用来读大小为count的数据

23、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 icstr & IC

24、STR_ICRRDY); /*检测DSP接收寄存器ICRRX是否接收完毕*/ bytedatai = pI2C - icdrr; /拷贝数据到bytedatai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）：void main() 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_Mix

25、er()代码（附注释）： #define AUTIODATALEFT 0x0d000#define AUTIODATARIGHT 0x17000int *pAudioLeft,*pAudioRight;void AIC23_Mixer() PC55XX_MCSP pMCBSP0 = (PC55XX_MCSP)C55XX_MSP0_ADDR; int left, right;/定义左右声道变量 int *pl,*pr,nAudioCount; int i; pAudioLeft=pl=(int *)AUTIODATALEFT; pAudioRight=pr=(int *)AUTIODATARIG

26、HT; nAudioCount=0; for ( i=0;iNX;i+) xi=0; for ( i=0;i 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 xNX-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)=rNX-1; / 数组r的最后一个单元为当前输出 Write(pMCBSP0 - dxr1,left); /

27、将原来数据送左声道输出 Write(pMCBSP0 - dxr2, rNX-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;iNX-1;i+ ) / 重新调整输入序列(供fir2使用) xi=xi+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

28、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！