DSP原理及应用课程设计任务说明书

DSP原理及应用课程设计任务说明书
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“DSP原理及应用”课程设计
任务说明书
电子通信工程系
一、 设计任务
1、利用Matlab 软件的FDATool 工具设计FIR 滤波器,并提取滤波器参数;
2、在CCS 集成开发环境下，利用第1步得到的滤波器参数,利用窗函数法设计FIR 滤波器程序，观察输入信号及滤波后得到的输出信号的时域波形及FFT Magnitude 波形;
3、利用TMS320F2812的ADC 片内外设的外围电路实时采集的混频信号数据，使用1个51阶的FIR 低通滤波器,在CCS 中设计FIR 滤波器程序实现滤波,观察相关波形及滤波效果,通过SCI 接口将数据传送到计算机上;
4、(选做）利用TI 公司的TLV320AIC23高性能立体声音频Codec 芯片,通过MIC 或音频接口采样音频信号，对采样的音频信号做滤波运算，进行低音加重处理，再将运算过的音频数据通过扬声器播放出来.
二、 相关设备
PC 机,CCS 集成开发环境，EXPIV 型实验箱,XDS510仿真调试器,Matlab 软件
三、 设计原理
1、 有限冲击响应数字滤波器的基础理论；
滤波器就是在时间域或频域内，对已知激励产生规定响应的网络,使其能够从信号中提取有用的信号，抑制并衰减不需要的信号.滤波器的设计实质上就是对提出的要求给出相应的性能指标,再通过计算,使物理可实现的实际滤波器频率响应特性逼近给出的频率响应特性.FIR 数字滤波器系统的传递函数为:
∑-=-==1
)()()(H(z)N n n z n b z X z Y (1） 由此得到系统的差分方程：
))1(()1()1()1()()0()(-*-+⋅⋅⋅⋅⋅⋅+-*+*=N n x N b n x b n x b n y （2) 若FIR 数字滤波器的单位冲激响应序列为h(n ），它就是滤波器系数向量b(n ）。

传统的滤波器分析与设计均使用繁琐的公式计算,改变参数后需要重新运算,从而在分析与设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量特别大。

这里应用MATLAB 设计FIR 滤波器，根据给定的性能指标设计一个H （z ），使其逼近这一指标，进而计算并确定滤波器的系数b(n)，再将所设计滤波器的幅频响应、相频响应曲线作为输出，与设计要求进行比较,对设计的滤波器进行优化。

设计完成之后将得到FIR 滤波器的单位冲激响应序列h （n ）的各个参数值。

2、 程序流程图
3、 熟悉CCS 集成开发环境的使用，能对程序进行跟踪,分析结果；
4、 熟悉SCI 外设接口的相关知识,能通过串行口与PC 机进行通信。

四、 应用基础
1、 使用 Matlab 中的 Fdatool 设计滤波器（本文以FIR 低通滤波器为例）
FDATool ( Filter Design ＆ Analysis Tool)是MATLAB 信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具，MATLAB 6。

0以上的版本还专门增加了滤波器设计工具箱（ FilterDesign Toolbox).FDATool 界面为滤波器设计提供了一个交互式的设计环境，用户可以根据对幅值和零极点图的设置,设计几乎所有的基本的常规滤波器，包括FIR 和IIR 的各种设计方法，它们都具有标准的频率带宽结构.采用FDATool 设计法时其界面的上半部分为特性区，用来显示滤波器的各种特性；下半部分为参数设定区，用来设定滤波器的各种参数。

（１） 首先在命令窗口键入FDAtool 命令，启动滤波器设计分析器，调出FDAtool 界
面，如图1所示。

初始化
输入低通滤波
构建滤波器频
使用FDATool 提
取滤波器参数
构建FIR 滤波器
无限循
图1FDA Tool界面
（２）在Filter Type选项中选Lowpass，在Design Method中选择FIR滤波器，接着在FIR中选择Window (窗函数）法。

（３）然后在Filter Order 中选择Specify Order （为指定阶数），输入数值为“24”；
在Opitions框中选中“Scale Passband”；在窗类型(Window：)下拉框选择
“Blackman”.
（４）在Frenquency Specification选项中，将fs（为采样频率）、fc （为通带截止频率）中分别键入30000 Hz和9600 Hz.
（５）点击“Design Filter”按钮，完成滤波器的设计。

具体参数及设计成功后的结果如图2所示。

图2FIR低通滤波器设计
设计完成后，可以通过菜单选项Analysis 来分析滤波器的幅频响应和相频响应特性.点击Analysis 中的Magnitude Response和Phase Response 对幅频和相频响应进行分析。

（６）在FDATool 中，选择Targets -〉 Generate C Header.。

，如图3所示。

图3 导出滤波器系数
（７）点击Generate按钮,选择路径，即可输出前一步设计出的FIR滤波器的系数表。

（默认的系数表文件为fdacoefs.h）
（８）在Matlab中打开得到的fdacoefs.h的文件，如图4、图5所示。

图4 查看fdacoefs.h文件
图5 fdacoefs.h文件中的系数表
（９）取系数表中的数据小数点后3位有效值，得到如下内容：
const float B［25］= ｛0.0，0。

0,0.001，-0.002，—0.002，0.01，—0。

009，
-0.018,0.049，-0。

02，-0。

11,0.28,0.64，0.28，
-0.11,-0。

02,0。

049,—0。

018,—0。

009，0.01,
—0.002,—0。

002，0.001，0.0，0.0
};
2、在CCS中编写FIR滤波器程序（以C 语言为例）
（１）实验准备
设置软件仿真模式，启动CCS。

(２)建立工程
建立一个文件夹，存放在D：\FIR,将D：\课程设计\FIR滤波器\Fir源程序文件夹下的工程全部复制到D:\FIR，在CCS中打开D：\FIR\fir\fir。

pjt工程，就会得到如图6所示的工程界面。

图6FIR工程示例
（３）编译生成fir.out文件，通过File->Load Program…装载该文件。

（４)设置波形时域观察窗口。

选择菜单View→Graph→Time/Frequency… ，分别进行如图7、图8所示设置。

图7输入数据时域波形观察
图8 滤波后输出波形观察
(５）设置频域观察窗口，选择菜单View→Graph→Time/Frequency… ,分别进行如图9、图10所示设置。

图9 输入数据FFT分析图形观察
图10滤波后输出数据的FFT图形观察
（６)设置断点。

在程序fir.c中，有注释断点的语句上设置软件断点。

(７)运行并观察结果。

选择Debug菜单的Run项，或按F5键运行程序。

观察到的图形如图11所示.
图11滤波前后的数据波形及FFT分析的对比图
3、实时数据采集及ADC转换滤波程序由同学们分析实现,相关指导在课设时进行。

4、音频信号滤波处理在选做的同学们有疑问时单独答疑.
五、设计报告
在课程设计的最后一次指导课上提交打印版。