医学数字信号处理实验指导书.docx

1、医学数字信号处理实验指导书医学数字信号处理实验指导书学生实验须知一 实验要求1 认真进行实验预习和准备，应教师要求于实验前完成实验准备报告；2 按照安排的时间、地点和分组签到和参加实验。因故调换应提交调换申请并经教师批准；3 在指定实验台（位置）进行实验，不得随意调换，不得动用非实验设备；4 实验时，主动参与，认真细致，互助合作，注意安全。有问题主动向教师请教。5 实验结束，整理好实验设备，报告指导教师检查实验结果，经认可后方可离开。6 损坏设备，应予以赔偿。二 实验报告基本要求1 在院统一印制的实验报告用纸上书写报告；2 书写整洁，符号、表格和曲线规范；3 实验记录数据真实客观，实验结果分析

2、认真正确；4 按时呈交，实验报告作为教学档案由院留存。三 实验成绩评定1 每项实验的成绩综合学生出勤、实验过程（参与程度，实验结果，设备安全和人身安全）情况和实验报告质量（内容和规范性）给出。不参加实验或参加实验不提交报告者，该项实验成绩为0分。2 实验成绩计入课程平时成绩表；3 不参加实验及不提交报告达三分之一者，将被取消该课程考核资格。 目 录实验一 卷积(Convolve)算法实验. 4实验二 FFT分析实验.9实验三 有限冲击响应滤波器(FIR)算法实验.8 实验四 无限冲击响应滤波器(IIR)算法实验.12 预习要求：对指导书中所附程序实验前要先预习、分析，达到基本理解，实验中再进一

3、步认识、全部理解。 实验一 卷积(Convolve)算法实验一、实验目的1掌握卷积算法的原理；2掌握在CCS环境下，TMS320程序编写、编译和调试程序的方法。二、实验设备计算机、CCS 2.0版软件、DSP仿真器、实验箱三、实验原理及步骤A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电；2) 设置模数转换单元的拨动开关，1、5置“ON”，其它置“OFF”；B实验打开PC机界面下的CCS2.软件，用Project/Open打开C:timypjtsDSP54X-1目录下的“ExpConv.pjt”工程文件；双击“expConv.pjt”及“Source”可查看各源程序；并

4、编译加载；在主程序中的两个K+处，设置断点；单击“Run”运行程序，程序运行到第一个断点处停止。用View/Graph/Time/Frequency打开图形观察窗口；设置观察窗口变量及参数；采用双踪观察两路输入变量Input及Impulse的波形，波形长度为128，数组类型为32位浮点型；再打开一个图形窗口，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256，数据类型为32位浮点数；调整观察窗口，观察两路输入波形和卷积结果波形；这两路输入波形是由程序产生，并对两个信号进行卷积；单击“Run”，程序运行至第二个断点处停止，调整图形观察窗口，该部分实验用实验箱的信号源产生

5、的信号作为卷积的两个输入信号，观察卷积结果；单击“Animate”运行程序，或按F10运行程序；调整观察窗口，并观察卷积结果；改变输入信号的波形、频率、幅值，观察卷积卷结果。四、实验报告要求1主要实验步骤。2描绘出输入、输出数组的曲线。3简述卷积理论。五、Convolve子程序时域表达式：程序参数说明：Void Convolveok(Input,Impulse,Output,Length)Extern void READAD7822(void)两序列卷积子程序：Input：原始输入数据序列，浮点型，长度128；Impulse：冲击响应序列，浮点型，长度128；Output：卷积输出结果序列，浮

6、点型，长度256；Length：参与卷积运算的两输入序列长度；子程序流程图：extern void InitC5402(void);extern void READAD7822(void);#include stdlib.h#include stdio.h#include typedef.h#include Convolve.h#include math.h#define Length 128#define Length3 2*Lengthvoid main() int i,k=0; double InputLength ; double ImpulseLength ; double Outp

7、utLength3 ; int xm; int *px = (int*)0x3000; InitC5402(); / 产生随机输入数据以及冲击响应 Input0 = 200; Impulse0 = 100 ; for( i = 1 ; i Length ; i + ) if(i Length/2) Inputi = 200; else Inputi=0; for( i = 1 ; i Length ; i + ) if(iLength/2) Impulsei = 100; else Impulsei=0; Convolveok( Input, Impulse, Output, Length);

8、 k+; for(;) READAD7822(); px = (int*)0x3000; for (i=0; iLength; i+) xm = *px; Inputi = xm; Impulsei = xm; px+; Convolveok( Input, Impulse, Output, Length); k+; /* End of File ExpConv.c*/#include Convolve.hvoid Convolveok( double *Input, / 原始输入数据 double *Impulse, / 冲击响应 double *Output, / 卷积输出结果 Word1

9、6 length / 卷积序列长度) int i,k,p; double r; p=0; for (k=0; k=length-1; k+) Outputk=0; r=0; for (i=0; ilength-1) p=length-1; else p=p; p=length-2; for (k=length; k=length+length-1; k+) Outputk=0; r=0; for (i=0; i=p; i+) r = Inputlength-1-i*Impulselength-1-p+i; Outputk = Outputk+r; p=p-1; return ;实验二 FFT分

10、析实验一、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、CCS 2.0版软件、实验箱、DSP仿真器三、基本原理1DFT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。2FFT是DFT的一种快速算法，将DFT的N2步减少为(N/2)log2N步，极大地提高了运算的速度。四、实验步骤A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连

11、接后，系统上电；2) 设置模数转换单元的拨动开关，1、5、6置“ON”，其它置“OFF”；B实验打开PC机界面下的CCS2.软件，Project/Open打开C:timypjts DSP54X-2目录下的“ExpFFT.pjt”工程文件；双击“ExpFFT.pjt”及“Source”可查看各源程序；并编译加载；在主程序”k+”处设置断点；单击“Run”运行程序，程序将运行到断点处停止；用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置该观察图形及参数；采用双踪观察启始地址分别为0x3000H和0x3080h，长度为128单元中数模变化，数值类型为16位有符号整型变量

12、，这两段存储单元中分别存放的是经过AD782转换的混叠信号(信号源单元产生)和对该信号进行FFT变换的结果；单击“Animate”运行程序，或按F10运行；调整观察窗口并观察输入信号波形及其FFT变换结果；调节信号源单元中两路信号的波形选择调节、频率调节、幅值调节，观察混叠信号以及其FFT变换结果如何变化；单击“Halt”暂停程序运行，关闭窗口，本实验结束。五、思考题1对于不同的N，幅频特性会相同吗？为什么？六、实验报告要求1简述FFT理论。2主要实验步骤。3描绘出输入、输出数组的曲线。4回答思考题。程序参数说明Extern void initial(void);Extern void REA

13、DAD7822(void);Void kfft(pr,pi,n,k,fr,fi,l,il)；基2快速傅立叶变换子程序，n为变换点数，应满足2的整数次幂，k为幂次(正整数)；数组x：输入信号数组，A/D转换数据存放于地址为3000H307FH存储器中，转为浮点型后，生成x数组，长度128；数组mo：FFT变换数组，长度28，浮点型，整型后，写入3080h30FFH存储器中。实验三 有限冲击响应滤波器(FIR)算法实验一、实验目的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特性的影响。二、实验设备计算机、CCS 2.0版软件、实验箱、

14、DSP仿真器三、实验原理1有限冲击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、贝塞尔滤波器)；3数字滤波器系数的确定方法。四、实验步骤A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电；2) 设置模数转换单元的拨动开关，1、5置“ON”，其它置“OFF”；3) 用示波器分别观测信号源单元的S1和S2输出的模拟信号，分别调节信号波形选择、信号频率、信号输出幅值等旋钮，直到满意为止；建议：采用两路正弦波信号的混叠信号作为输入信号；S1输出：低频正弦波信号：峰峰值11V，频率40KHz；4) 设置模数转换单元的拨动开关，1、5、6置“ON”，其它

15、置“OFF”，即采样频率选择181KHz，两路信号混叠输入，可在“A/DIN”点用示波器观察混叠信号。B实验打开PC机界面下的CCS2.软件，用Project/Open打开C:timypjts DSP54X-3目录下的“ExpFIR.pjt”工程文件；双击“ExpFIR.pjt”及“Source”可查看各源程序；并编译加载；在主程序中，K+处，设置断点；单击“Run”运行程序，程序将运行至断点处停止。用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置观察图形窗口变量及参数为：采用双踪观察在启动地址分别为0x3000H和0x3100H，长度为256的单元中数值的变化，

16、数值类型为16位有符号整型变量，这两段存储单元中分别存放的是经A/D转换后的输入混叠信号(输入信号)和对该信号进行FIR滤波的结果。单击“Animate”运行程序，或按F10运行程序；调整观察窗口并观察滤波结果，单击“Halt”暂停程序运行，激活“ExpFIR.c”的编辑窗口；实验程序说明：该程序为51阶FIR低通滤波器算法程序，采用矩形窗函数实现，数组和xmid长度均为51，fs为采样频率，fstop为滤波器截止频率，可以修改以上参数来变滤波器性能。重新“Rebuild All”后，重新加载，单击“Animate”，可得到不同的实验结果。五、思考题1如果给定通带截止频率和阻带截止频率以及阻带

17、最小衰减，如何用窗函数法设计线性相位低通滤波器？写出设计步骤。2定性说明本实验中，3dB截止频率的理论值在什么位置？是否等于理想低通的截止频率？六、实验报告要求1简述FIR理论。2主要实验步骤。3描绘出输入、输出数组的曲线。4回答思考题。七、FIR程序参数说明系统函数 对应常系数线性差分方程：程序参数说明：Extern void InitC5402(void)Extern void READAD7822(void)void firdes ( int m，double npass)；输入信号：输入信号经A/D转换后，写入地址为3000H30FFH存储器，16位整型；输出信号：FIR低通滤波器输出

18、，写入地址为3100H31FFH存储，16位整型。八、程序流程图extern void InitC5402(void);extern void READAD7822(void);/* Main Function Program*/ #include stdio.h #include math.h #define pi 3.1415927 double npass,h51, x, y, xmid51; int m=50; int n=256; void firdes (int m, double npass); main () int xm,ym; int *px = (int*)0x3000;

19、 int *py = (int*)0x3100; double fs,fstop,r,rm; int i,j,p,k; k=0; fs = 181000; fstop = 10000; npass = fstop/fs; for (i=0; i=m; i+) xmidi=0; InitC5402(); /* initialize C5402 DSP */ firdes(m, npass); for (; ; ) READAD7822(); for (i=0; i=n-1; i+) px = (int*)(0x3000+i); xm = *px; x = xm; for (p=0; p=m; p

20、+) xmidm-p = xmidm-p-1; xmid0 = x; r = 0; rm= 0; for (j=0; j=m; j+) r = xmidj * hj; rm = rm + r; y = rm; py = (int*)(0x3100+i); ym = (int) y; *py = ym; k+; void firdes(int m, double npass) int t; for (t=0; t=m; t+) ht = sin(t-m/2.0)*npass*pi)/(pi*(t-m/2.0); if (t=m/2) ht=npass; /* End of File ExpFIR

21、.c */实验四 无限冲击响应滤波器(IIR)算法实验一、实验目的1熟悉设计IIR数字滤波器的原理与方法；2掌握数字滤波器的计算机仿真方法；3通过观察对实际信号的滤波作用，获得对数字滤波的感性认识。二、实验设备计算机、CCS2.0版软件、实验箱、DSP仿真器三、实验原理1无限冲击响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、贝塞尔滤波器)；3双线性变换的设计原理。四、实验步骤A实验前准备1) 正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电；2) 设置模数转换单元的拨动开关，1、5置“ON”，其它置“OFF”；3) 用示波器分别观测信号源单元的S1和S2输出的

22、模拟信号，分别调节信号波形选择、信号频率、信号输出幅值等旋钮，直到满意为止；建议：采用两路正弦波信号的混叠信号为输入信号；S1输出低频正弦波信号：峰峰值11V，频率40KHz；4) 设置模数转换单元的拨动开关，1、5、6置“ON”，其它置“OFF”，即采样频率选择181KHz，两路信号混叠输入，可在引出点“A/DIN”处（模数转换单元）用示波器观察混叠信号。B实验 打开PC机界面下的CCS2.软件，用Project/Open打开C:timypjts DSP54X-4目录下的“ExpIIR.pjt”工程文件；双击“ExpIIR.pjt”，双击“Source”可查看各源程序；并加载“ExpIIR.

23、out”；在主程序中，K+处，设置断点；单击“Run”运行程序，程序将运行至断点处停止。用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；采用双踪示波器在启动地址分别为0X3000H和0X3100H，长度为256的单元中数值的变化，数值类型为16位有符号整型变量，这两段存储单元中分别存放的是经A/D转换后的混叠信号和对该信号进行低通IIR滤波后的输出信号；参数设置： 双踪观察输入的叠加波形与滤波后的输出波形：单击“Animate”运行程序，或按F10运行程序；调整观察窗口，并观察滤波结果；单击“Halt”暂停程序运行，激活“ExpIIR.c”的编辑窗口；该IIR低通滤波

24、器性能参数为：采样频率为181KHz，通带内最大允许衰减3dB，阻带内最小衰减大于30dB，过渡带宽度约为36KHz；通带上限频率：4KHz；阻带下限截止频率：40KHz。可以修改以上参数归一化参数“nlpass”和“nlstop”来改变滤波器性能。修改“ExpIIR.c”程序中“nlpass”和“nlstop”参数可改变IIR低通滤波器的滤波性能。重新“Rebuild ALL”后，加载，单击“Animate”，可得到不同的结果。五、思考题1简试述用双线性变换法设计数字滤波器的过程？2实验中，计算每个二阶滤波器的输出序列时，如何确定计算点数？3对滤波前后的信号波形，说明数字滤波器的滤波过程与滤

25、波作用。六、实验报告要求1简述IIR理论。2主要实验步骤。3描绘出输入、输出数组的曲线。4对比FIR滤波器与IIR滤波器的异同；5回答思考题。七、IIR程序参数说明系统函数： 对应的常系数线性差分方程是： 实验流程图程序参数说明： Extern void InitC5402(void) void READAD7822(void) void biir2lpdes(double fs,double nlpass,double nlstop,double a,double b)IIR低通滤波器参数设计子程序参数说明：fs：采样频率；nlpass：通带上限频率归一化参数；nlstop：阻带下限截止频率

26、归一化参数；设置时，采样频率对应为1，应使“nlpass”和“nlstop”两参数均要小于0.5，且“nlpass”要比“nlstop”小0.2，否则将不能满足阻带的最大衰减大于30dB。数组a：存放IIR低通滤波器传递函数的极点计算结果，浮点型；数组b：存放IIR低通滤波器传递函数的零点计算结果，浮点型；输入信号：输入信号经A/D转换后，写入地址3000H30FFH单元，16位整型；输出信号：滤波后信号，写入地址3100H31FFH单元，16位整型。extern void InitC5402(void);extern void READAD7822(void);/* Main Functio

27、n Program*/ #include stdio.h #include math.h #define pi 3.1415926 double fs,nlpass,nlstop,nhpass,nhstop,a3,b3,x,y; void biir2lpdes(double fs, double nlpass, double nlstop, double a, double b); void biir2lpdes(double fs, double nlpass, double nlstop, double a, double b) int i,u,v; double wp,omp,gsa,t; wp=nlpass*2*pi; o