数字信号处理实验报告

实验项目名称： A/D采样与D/A输出实验     

实验日期：  2012年10月30日          实验成绩：            

实验评定标准：

一、    实验目的：

l  熟悉CCS的开发环境；

l  熟悉SEED-DTK5416的硬件系统；

l  了解SEED-MMI的硬件系统；

l  熟悉CODEC芯片TLV320AIC23B作为A/D的原理；

l  了解同步串口MCBSP的基本原理；

l  掌握MCBSP的设置；

l  了解DAC811DE 工作方式；

l  了解D/A信号的产生过程。

二、    实验器材：

PC机一台

SEED-DTK DAD Lab5416 软件资料

TMAS320系列DSP实验箱  一台

实验箱串口线一根

三、    实验内容：

1.     将DSP仿真器与计算机连接好；

2.     将DSP仿真器的JTAG插头与SEED-DEC54xx单元的18相连接；

3.     打开程序，设置AD参数，设置结果显示参数。

四、    实验结果：

  1、AD参数中，设置数据长度为128，采样频率为44000，AD转换起点为0，终点为100，则采样结果显示如下：

2、AD参数中，设置数据长度为512，采样频率为96000，AD转换起点为0，终点为256，则采样结果显示如下：

五、    实验结果分析：

通过实验，使得我通过对设定数据长度和采样频率而得到了不同的波形。而在实验的过程中，也使我更加熟悉了CCS的开发环境；熟悉了SEED-DTK5416的硬件系统；更加深刻的了解了SEED-MMI的硬件系统；熟悉和掌握了CODEC芯片TLV320AIC23B作为A/D的原理以及了解了同步串口MCBSP的基本原理；掌握了MCBSP的设置和DAC811DE 工作方式和D/A信号的产生过程。

第二篇：DSP实验报告

 

DSP课程设计实验报告

————利用DSP实现实时信号FIR滤波

 学院：电子信息工程学院

                   专业：自动化（信号）1201

     小组成员：12212150  洪恩杯

                12212154  金夏垚

                   指导老师：高海林

一、    实验目的

掌握DSP集成开发环境CCS的使用和调试方法。掌握DSP片上资源和片外资源访问的基本方法。通过对DSP处理器及CODEC的编程，培养学生C语言编程能力。学会利用Matlab对信号进行FIR滤波，掌握Matlab的信号仿真方法。掌握利用DSP实现信号实时FIR滤波设计可使学生更加透彻的理解信号的采集方法和滤波方法。培养学生使用DSP硬件平台实现数字信号处理算法的能力。

二、    实验要求

    基本部分

(1) 掌握利用Matlab的滤波器工具箱设计FIR滤波器的方法，并提取滤波器参数。

(2) 掌握Matlab的信号处理工具箱的使用，以及利用Matlab对信号进行滤波的方法。

(3) 在DMA中断服务程序中，编写数字滤波算法程序，或调用DSPLIB中的滤波函数，实现对信号的滤波。

(4) 在实验板的Line in输入端接入正弦信号，分左右声道分别采集，并分别滤波。

(5) 利用CCS信号分析工具分析信号的频谱成分，根据实际输入信号确定滤波器的参数。

发挥部分

(1)比较加不同窗和阶数时滤波器的滤波效果。

(2)测试所设计滤波器的幅频特性和相频特性，并与MATLIB下的设计结果进行比较。

三、    实验相关技术

1、DMA技术

直接内存存取(Direct Memory Access ,简称DMA)是数字信号处理器(DSP)中用于快速数据交换的重要技术,它具有独立于CPU的后台批量数据传输能力,能够满足实时图像处理中高速数据传输要求。允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，既不通过CPU，也不需要CPU干预。整个数据传输操作在一个称为"DMA控制器"的控制下进行的。CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理外，在传输过程中CPU可以进行其他的工作。这样，在大部分时间里，CPU和输入输出都处于并行操作。因此，使整个计算机系统的效率大大提高。

实现DMA传送的基本操作如下：

1、外设可通过DMA控制器向CPU发出DMA请求；

2、CPU响应DMA请求，系统转变为DMA工作方式，并把总线控制权交给DMA控制器；

3、由DMA控制器发送存储器地址，并决定传送数据块的长度；

4、执行DMA传送；

5、DMA操作结束，并把总线控制权交还CPU。

2、FIR滤波技术

假设数字滤波器的频率响应函数H用下式表示：

幅频特性表示信号通过该滤波器后各频率成分振幅衰减情况，而相频特性反映各频率成分通过滤波器后在时间上的延时情况。一般选频滤波器的技术要求由幅频特性给出，其相频特性是确定的，所以在设计过程中，对相频特性一般不作要求。在低通滤波器的幅频特性中，Wp和Ws分别称为通带边界频率和阻带截止频率。从Wp到Ws称为过渡带，过渡带上的频响一半是单调下降的。

当冲击响应满足下列条件时，FIR滤波器具有对称结构，为线性相位滤波器：

这种对称性，可使得乘法器数量减半：对n价滤波器，当n为偶数时，乘法器的个数为n/2个；当n为奇数时，乘法器的个数为(n+1)/2个。在电路实现中，乘法器占用的逻辑单元数较多。乘法器的增加，意味着电路成本增加，另外对电路的工作速度也有影响。

    在DSP的应用中，可以应用Matlab的滤波器设计工具箱fdatool工具箱生成需要的FIR滤波器，在生成C文件，提取出相应的滤波数据，应用CCS来调用这些数据，从而应用DSP产生信号的滤波效果，这样就实现了FIR的低通滤波效果。

3、利用DSP实现实时的FIR滤波

利用DSP实现对模拟信号的实时滤波流程图：

信号采集和滤波的流程图：

将DMA传输和DSP的算法FIR相结合，在DMA采集和传输的主程序中的存储器处理子程序中嵌入滤波算法，则可以实现利用DSP实现信号实时滤波。

四、    实验内容

（一）实验基本思路：

外部模拟信号先进行A/D转换，利用MCBSP的接收寄存器接收数据。利用CCS的频谱分析工具对输入信号进行频谱分析；根据频谱成分确定滤波器参数，然后利用Matlab设计FIR滤波器，并将参数提取出来。在DMA中断服务程序中调用DSPLIB中的FIR滤波函数，对信号进行滤波。滤波后的数据利用DMA方式送到D/A转换器转换为模拟信号。

本设计可以分为两部分：

(1)    信号仿真

(a)    首先利用Matlab的fdatool工具箱设计滤波器，在sptool工具箱进行信号分析与滤波。

(b)    利用CCS进行信号滤波算法的仿真，即利用simulator进行仿真。调用DSPLIB库中的fir()滤波函数实现信号FIR滤波，或自行编写FIR滤波程序实现信号FIR滤波。

(2)    利用Emulator在DSP实验板上采用DMA方式实现信号采集与传输。

(3)    在DSP实验板上，结合FIR滤波算法，实现信号的实时FIR滤波。

（二）实验过程

1、    利用Matlab的滤波器工具箱设计FIR滤波器，生成c文件，并提取相应的滤波数据。用MATLAB的fdatool滤波器工具箱设计低通滤波器：

得到的64个数据：

2、  MATLAB中的sptool工具箱对任意设置的信号进行分析：

   设两个中心频率分别为2000Hz和5000Hz的正弦波相叠加，设计截止频率为3000Hz的低通滤波器进行滤波。

输入（叠加正弦波）信号的频域、时域波形分别如下所示：

       经过截止频率为3000Hz的低通滤波之后的时域、频域波形分别为：

3、  利用ccsS新建工程、编译和运行调试

步骤如下所示：

4、  利用ccs图形观测工具观察

  输入左声道频谱:

滤波后左声道频谱：

  比较上面左声道滤波前后的频谱纵坐标数据，滤波前的最大纵坐标值（增益）为2.8e^5，滤波后纵坐标最大值（增益）为2899，即滤波后增益减小。

左(右)声道输入时域波形：

滤波后左声道时域波形

比较滤波前后的左声道的时域波形，可看出经过滤波后，信号变得平滑，且失真几乎没有。

5、  基于声卡的模拟示波器显示

滤波前：由于左声道低通滤波器的截止频率设置的是4000Hz,故当左声道（绿线）的频率设置为3000Hz的时候还处在滤波器的高通范围内，信号没有被滤掉，故还可以显示出来；右声道（红线）没有进行滤波，故改变频率其频谱基本上没什么变化。相应的频谱显示如下图所示：

滤波后：由于设计的低通滤波器的截止频率是4000Hz，所以当左声道信号（图中绿线）的频率为7000Hz时，大于了截止频率，处于阻带范围内，信号被滤掉，而右声道信号没有经过滤波处理，故其频谱没什么变化，只是频率变高后，高频部分的频谱将会稍微减弱。频谱变化如下图所示：

五、    实验感想

             通过DSP的课程设计，将之前数字信号处理的内容进行实践，过去只是在matlab上通过软件进行信号的滤波处理，这次不仅需要软件仿真，还需要通过硬件进行处理滤波，我们从开始的什么都不会，到后来一点点查找资料，弄懂DSP处理的原理以及方法，在编程调试的过程中加深了对DSP的理解，因DSP独特的结构使他在数字信号处理方面有独特的优势，在以后的工作中会起到很大的作用。