基于dsp数字信号处理器数字滤波器的课程设计

基于dsp数字信号处理器数字滤波器的课程设计内容摘要：

P的 Io电压为 3． 3V，因此选择 3． 3V电压供给 TLVl570器件可以省略电平转换器件。 TLVl570在 3V电压下 的采样频率为 625KSPS，因此对于输入信号来说最高频率不能超过 300K。 系统的分辨率为 3mV，最大误差≤177。 1LSB。 图 4— 7 为 TLVl570的功能时序图。 从功能时序图可以看出该器件包含一个 8通道输入多路复用器，一个高速的 10位 ADC，一个内部的电压参考源和一个高速的串行接口。 TLVl570的高速串行接口包含五根信号线： SCLK串行时钟输入、 SDIN串行数据输入、 SDOUT串行数据输出、 Fs帧同步信号、 CS片选信号。 其中每个取样和转换过程需要 16个系统工作时钟，因此只有当几 (～ )一 (1， 16)九。 时 ，系统才能正常的工作。 12 R610KR71KR510KC 10 1C A PA I N 1A I N 2A I N 3A I N 4A I N 5A I N 6A I N 7A I N 8B O X 1B O R 1B O C K 1B F S 155443322111717181816161919202021212222232324242525N T L V 15 70272728282929P R O B L E MN T L V 15 70ou t 3 .3 vA / D 转换 图 11A/D 转换电路 D／ A 转换接口电路设计 数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权。 为了将数字量转换成模拟量，必须将每 1位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字一模拟转换。 这就是构成 D／ A转换器的基本思路。 D／ A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。 ①分辨率， D／ A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 输入数字量位数越多，输出电压可分离的等级越多，即分辨率 越高。 在实际应用中，往往用输入数字量的位数表示 D／ A 转换器的分辨率。 此外， D／ A 转换器也可以用能分辨的最小输出电压 (此时输入的数字代码只有最低有效位为 l，其余各位都是 0)与最大输出电压 (此时输入的数字代码各有效位全为 1)之比给出。 N位 D／ A转换器的分辨率可表示为 1／ (28— 1)。 它表示 D／ A转换器在理论上可以达到的精度。 ②转换误差，转换误差的来源很多，转换器中各元件参数值的误差，基准电源不够稳定和运算放大器的零漂的影响等。 D／ A转换器的绝对误差 (或绝对精度 )是指输入端加入最大数字量时， D／ A转换器的理论值与 实际值之差。 该误差值应低于 LSB／ 2。 由于模数转换选择了 10位器件，为了简化程序代码，减少 DSP的运算工作量，并根据数模转换器件的特点，在本数字滤波器系统中选择了 Tl公司的 TL， V5608芯片，它是一款 8通道 10位 2． 7到 5． 5V低电压数模转换芯片。 由于 DSP的 10电压为 3． 3V，因此选择 3． 3V电压供给聊 1570器件可以省略电平转换器件。 R 9910KR 20210KR210KR210KC410A O U T 1A O U T 2A O U T 3A O U T 4A O U T 5A O U T 6A O U T 7A O U T 8B O X 0B O R 0B C L K 0R S Tout 3. 3 v2020111116161818111010121213131414151566778899221919334455N T L V 5608B T ?N T L V 5608D / A 转换 13 图 12D/A 转换电路 DSP 系统的硬件设计之后，软件设计就成为系统设计的关键，一个 DSP 系统在很大程度上取决于软件设计是否合理与可靠。 在 DSP进行数字滤波运算前 必须进行一些初始化程序。 在本系统中初始化程序主要包括： DSP 芯片的初始化、矢量表初始和两个串行端口的初始化 【 24】。 DSP5402 共有三个控制和状态寄存器，对 CPU的控制是通过 CPU状态和控制寄存器来完成的。 分别为状态寄存器 0(STO)、状态寄存器 1(STl)和处理器模式状态寄存器 (PMST)。 DSP不同条件和模式下的状态都包含 ST0 和 STl： PMST包含存储器设置状态和控制信息。 由于这些寄存器是存储器映像，所以可以像对数据存储器操作那样对它们进行读出和写入。 在调用子程序或中断服务子程序时，可以将它们保存 下来，返回时再恢复。 DSP芯片的初始化是设定 DSP芯片工作状态的重要步骤，只有正确进行 DSP 芯片的初始化，才能保证芯片的正确运行。 在调试软件的过程中，如果发现程序运行不正确，应首先查看芯片各寄存器的初始化状态设置是否正确，然后再调试用户程序，否则就会降低调试效率。 1MS320Vc5402芯片加电复位之后处于预先设定的状态，无论是状态寄存器还是控制寄存器都有一个确定的数值。 对寄存器进行初始化主要包括：状态寄存器 ST0、状态寄存器 STl、处理器模式控制寄存器 PMST、软件等待状态寄存器 SWWSR、组交换控制寄 存器 BSCR和时钟模式寄存器 CLKMD[25]。 中断矢量表是每个 DSP系统必须用至 4的，对中断矢量表进行初始化是 DSP 初始化的一个重要的组成部分，正确设置中断矢量包括： 1)根据 DSP芯片对各中断矢量的设置位置编写一个子程序。 在 TMS320VC5402中，要求每个中断矢量占 4个字，如果跳转指令不够 4个字，可用 NOP指令填充，每个 NOP占一个字。 2)设置 PMST控制寄存器。 该寄存器的高 9 位是 IPTR，用于设置矢量表的起始地址。 3)连接时将矢量表重定位到 IPTR指定的地址。 TMS320VC5402芯片包含两个多 通道缓冲串行口，在本系统的设计中两个串口分别接 DA和 AD芯片。 McBSP 通过一系列存储器映射控制寄存器来进行配置和操作。 为了是 MeBSP 接口工作在所希望的模式下，必须在初始化时多相关寄存器进行正确的配置。 五、基于 DSP 的 IIR 程序设计 及软件调试 图 5— 4 是利用 DSP 实现数字滤波的流程图，说明如下：利用 DSP 实现 FIR 数字滤波的子程序设计思路如下： 查询 SPCRll寄存器的第二位，当为 1时说明 read ready，将 DRRll的值读入 AR3所指向的地址，该值为最新的采样值。 将最新的采样值减去 200h，然后 AR3 的值减一。 执行 MAC指令。 将累加器的值送给变量 Y。 并将 Y加上 200h。 查询 SPCR20寄存器的第二位， 当为 1时说明 write ready，将 Y值附给 DXRl0，该值为滤波器输出值。 循环执行上面步骤 14。 开始D S P 初 开 始 化M c b s p 0 初 始 化M c b s p 1 初 始 化将 h ( n ） 值 附 缓 冲 区 给 h （ x ） 值 清 零T L V 5 6 0 8 初 始 化T L V 1 5 0 7 初 始 化循 环 执 行 滤 波 程 序 图 13为 DSP实现数字滤波器流程图 本设计的程序工程中包含 4个文件： filter． c， init． asm， vectors． asm， fliter． cmd。 四个文件实现不同的功能。 filter． c 文件为 C 语言编写的源文件 ，在本设计中主要功能是将各个子程序结合起来，便于阅读。 init． asm 文件为汇编语言编写的源文件，是本设计中的主要文件，包含了各个初始化程序的具体操作和实现数字滤波的具体代码。 vectors． asm文件为中断矢量表初始化子程序文件，中断矢量表是每个 DSP系统必须用到的，对中断矢量表进行初始化是 DSP初始化的一个重要的部分。 filter． trod为链接器命令文件 【 1718】。 在 IIR滤波器结构中，直接 H型结构是最常用的滤波器结构，因为这种结构的二阶形式可 作为级连型和并联型结构中的基本节。 图 14二阶直接 II型 IIR滤波器 二阶直接 II型结构滤波器的差分方程为： d(n)=x(n)+ald(n一 1)+a2d(n2) y(n)=bod(n)+bld(n一 1)+b2d(n 式中， d(n)， d(n一 1)， d(n2)对应于图中具有不同延迟的中间节点值。 在利用 1MS320vc5402实现IIR程序中要注意的事项同实现 FIR的基本相同。 15 IIR 数字滤波的软件调试 图 15 利用 DSP 的 IIR 数字滤波效果图（ 1） 图 16 利用 DSP 的 IIR 数字滤波效果图（ 2） 在效果图中，上面 波形为 DSP实验箱产生的滤波前的效果图，下面波形为进行 IIR滤波后的效果图。 从两图的比较可以看出，所设计的 IIR滤波器收到了较好的效果，完成了设计要求。 在编写及调试的过程中主要遇到以下问题： （ 1）在编写程序的过程中要对所涉及的存储单元进行初始化，这样在数据或是代码段进行汇编时才不会出现问题。 16 （ 2）编写程序需要对数据段、代码段、堆栈段进行设置。 要编写相应的 .cmd（链接命令文件）文档对其进行合理化的分配空间。 （ 3）在编写程序时一定要编写相应的中断向量表文件，这样在汇编时才不会出错。 六 结束语 通 过对本课题的研究，自己从中取得了一些成绩，理论水平也得到了一定的提高，同时也暴露了一些问题： 首先，对一个课题必须要阅读大量的文献和书籍来获得一定的感性认识，然后才能有自己的想法，这是一条必经之路。 其次，理论基础知识很重要，论文涉及了很多的算法，会用到很多基础知识，如果用的时候再去学会浪费时间，因此要在平时注意搜集相关的资料，多学一些有用实用的技术，这样在以后的学习和工作中才能够做到游刃有余。 最后，要有信心，遇到困难要向别人请教，这样可以大大加快研究进程。 以上是我做论文的一些心得体会，这些对我以后的学习会有 很大的帮助。 由于本人的时间和能力有限， 本次的开发系统还存在一些不足之处，整个系统还需要进一步完善。 文中也难免有不足之处，恳请老师批评指正。 同时，对评审设计的老师表示衷心的感谢。 参考文献 [1]潘松，黄继业，王国栋 . 现代 DSP 技术 [M]. 西安电子科技大学出版社 . 2020． 5. [2]王潞钢，陈林康，曾岳南，许贤昶 . DSP C2020 程序员高手进阶 [M]. 机械工业出版社 . . [3]赵红怡 . DSP 技术与应用实例 [M]. 电子工业出版社 . . [4]胡庆钟，李小刚，吴钰淳 . TMS320C55X DSP 原理、应用和设计 [M]. 机械工业出版社 . . [5]丁玉美，高西全 . 数字信号处理 [M]. 西安电子科技大学出版社 . . [6]刘顺兰，吴杰，高西全 . 数字信号处理 [M]. 西安电子科技大学出版社 . . [7]楼顺天，刘小东，李博菡 . 基于 MATLAB 的系统分析与设计 — 信号处理 [M]. 西安电子科技大学出版社 . . 17 [8]清源科技 . TMS320C54X DSP 应用程序设计教程 [M]. 机械工业出版社 . . [9]陈学平 . Protel [M]2020. 人民邮电出版社 . . [10]戴明桢，周建江． TMS320C54XDSP 结构、原理及应用 [M]．北京：北京航空航天大学出版社， 2020 年 3月 4 附实验程序 IIR 数字滤波器源文件 ： .title .mmregs .def _start .global _main DX .usect DX,3 DY .usect DY,3 DB .usect DB,3 DA .usect DA,3 PA0 .set 0。 800BH PA1 .set 1。 800CH .data table: .word 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 1*32768/10 .word 2*32768/10 .word 3*32768/10 .word 5*32768/10 .word 4*32768/10 .text _main: _start: SSBX。