(苏大电子信息学院)dsp实验4基于 DSPLib 的 FIR 滤波实验

实验4 基于 DSPLib 的 FIR 滤波实验

一、实验目的

1. 掌握 FIR 数字滤波器的原理

2. 掌握利用 Matlab 设计 FIR 滤波器系数的方法

3. 掌握利用 DSPLib 进行数字信号处理算法调用的方法，并利用 DSPLib 实现信号的 FIR 滤波

二、实验内容

本实验内容主要是编写一个基于DSPLib的函数库的FIR滤波程序，实现数字信号的FIR 滤波，包括以下几个方面的内容：

1. 分析输入信号特征（包括采样频率，滤波要求等），利用 Matlab 设计 FIR 滤波器，并生成 Q 法的滤波器系数。

2. 学习 DSPLib 库函数调用方法，利用 DSPLib 提供的滤波器系数，调用对应的 FIR 滤波函数编写 DSP 程序，实现输入信号的实时滤波。

三、实验原理

1. FIR滤波器系数设计方法参见教材的第四章最后的“阅读材料”。

2. DSPLib简介

TI 公司为提高数字信号处理方面算法的执行效率和开发效率，在 CCS 中提供一个 DSPLib 库，其中主要包含了基本的数学计算和数字信号处理常用算法模块的函数，这些函数采用定点算法而且用汇编程序编写，执行效率高。TI 公司对这些算法函数进行了封装形成 C 语言可调用的 DSPLib 库，用户可以编写 C 语言程序直接调用这些函数实现数字信号算法，相依内容可以查阅 TI 的用户手册：TMS320C54x DSP Library Programmer’s Reference。

调用 DSPLib 需要注意以下几个方面：

要调用 DSPLib 的函数，必须链接 DSPLib 库文件到工程中，54x DSP 的DSPLib 文件为 54xdsp.lib。注意：54xdsp.lib 的路径在“CCS 安装目录

\c5400\dsplib”目录下，该目录不在 CCS 的默认路径中，需要设置库文件的查找路径。

在调用 DSPLib 函数的 C 语言源程序文件中，必须对函数进行函数的原型说明，所以必须包含 DSPLib 的函数原型说明头文件“#include ”语句。

3. FIR滤波原理见教材的第六章FIR数字滤波器实验的实验原理和数字信号处理教材。

4. 本例中FIR滤波采用循环缓冲区，循环缓冲区原理见教材的第六章FIR 数字滤波器实验的实验原理

四、实验方法和步骤

1. 连接好目标板，启动CCS软件

2. 新建工程，例如Lab4。

3. 建立滤波器系数头文件和特殊寄存器指针定义头文件C54xRegs.h，并保存到Lab4所在的工程目录下。

4. 建立源程序文件，包含滤波器系数头文件和 C54xRegs.h，并调用DSPLib的FIR函数实现滤波，并保存到Lab4所在的工程目录下。在Project菜单中选择“ADD Files to Project”命令，将该源程序文件加入到工程。

5. 新建 CMD 文件:

.coeffs {} > D_DARAM03 PAGE 1, align(0x200)

.dbuffer{} > D_DARAM03 PAGE 1, align(0x200)

注意：该CMD文件与前面的CMD相比较，有红色显示不同的地方。这是分别在源程序将以下代码定义到指定段，并是该数据分配的地址以0x200进行对齐，即分配的首地址必须最低位至少有9个连续的0。

#pragma DATA_SECTION(iH,".coeffs") DATA iH[NH*2] ; /* b0 b1 b2 ... b(NH-1) */

#pragma DATA_SECTION(db,".dbuffer") DATA db[NH*2] ;

在程序中，iH 和 db 对应是传入 FIR 函数的两个循环缓冲区，循环缓冲区可以正常工作的要求是：如果滤波器系数的长度是 N，则 K=Log2N，对 K 进行上取整，则对齐时首地址的最低位连续的 0 位数必须大于等于 N。本例中N=82，则 K>6，所以 K 取 9 可以满足循环缓冲区要求。

6. 将生成的 CMD 文件保存到工程所在目录，并加入到工程。

7. 设置编译链接选项：选择 Project→Build Options 命令，打开 Build Options 对话框，在 Linker 选项卡的 Include Libraries (-l)项输入 rts.lib; csl5416.lib; 54xdsp.lib。

由于片级支持库与芯片型号息息相关，所以在使用片级支持库的程序中必须利

用宏定义芯片型号，具体方法可以在build options对话框中的compiler选项页的 Preprocessor选项中Pre-define symbol（-d）中输入CHIP_5416宏名。注意：如果已有其它宏定义，采用分号分隔各个宏名。

由于使用片级支持库，在生成的DSP程序中将自动生成一个.csldata段，因此在链接配置文件的段指示部分必须指定.csldata的分配位置，例如采用如下方式：.csldata: {} > D_CSL_DATA PAGE 1

由于DSPLib相关文件不在CCS的默认路径下，一种方法是将对应的54xdsp.lib 和dsplib.h文件copy到工程所在目录下。另一种主要方法是通过Buid Options 进行设置。

8. 在 CCS 中选择 Build 或 Build All 命令，编译、链接生成可执行程序。

9. 在 CCS 中选择 File 菜单中的 Load Program 命令，下载生成的 DSP 程序，并运行程序。

10. 在 C 文件中的 main 函数调用的 DataIN();语句前加入探测点，在其下一条 FIR 函数调用语句前加入断点。然后选择 FILE 菜单下的 FILE I/O 命令，弹出 FILE IN 窗口页，在 Start Adrress 中输入 iInSignal, Len 为 1，勾选wrap around，然后绑定探测点（DataIN()位置），选择示例文件夹下的sinedata-int.dat 文件模拟信号输入。具体设置方法见实验 1.

11.在 c 文件中的选择 Animate 命令，观察图形分析工具显示的正弦信号。

五、实验结果

实验结果截图

图（1）

图（1）为滤波后结果，可以看到高频分量被滤除了。

图（2）

图（2）为利用FIR滤波器差分方程设计的滤波器程序最后实现的滤波,可以看出与图（1）结果相比，效果稍微差点，但也能起到不错的滤波效果。

图（3）

图（3）为利用firs2函数进行FIR滤波的结果，可以看出并没有达到所需要的滤波效果，只是把高频信号缩小了，效果很差。

六、实验总结

1、这次实验主要学习了FIR滤波器。

2、运用软件对DSPLib进行了实际操作，完成了对高频信号的滤波。

3、查阅资料了解了一下firs2函数。

以下为试验中用到的程序

main()

{

/* Initialize DSP, this step is required */

DSP_init();

System_init();

Nx = 1;

Nh = NH*2;

while(1)

{

DataIN();

/*FIR compute */

for(i=0;i

{/* 线性缓冲区*/

db[0]=iInSignal[i];

sum=0;

for(j=0;j

sum+=db[j]*iH[j];

/* Q30转换为Q15 SUM为32位*/

sum=sum<<1;

iOutSignal[i]=(short)(sum>>16);

for(j=Nh-1;j>0;j--)

db[j]=db[j-1];

}

}

#define NX 256

…

…

DA TA iInSignal[NX];

DA TA iOutSignal[NX];

//

#pragma DATA_SECTION(iH,".coeffs")

DA TA iH[NH] ; /* b0 b1 b2 ... b(NH-1) */

#pragma DATA_SECTION(db,".dbuffer")

DA TA db[NH*2] ;

DA TA *pDb;

int Nx,Nh;

main()

{

/* Initialize DSP, this step is required */

DSP_init();

System_init();

/* FIR compute */

pDb=&db[0];

Nx = 1;

Nh=NH;

while (1)

{

DataIN();

firs2(iInSignal, iH, iOutSignal, &pDb, Nh, Nx);

}

}

…

…

void System_init()

{

int i;

/* clear */

for (i=0; i

// Initial Fir filter's coeff

for (i=0; i

{

iH[i] = Coef_fir[i];

}

}