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1、一、课题研究的目的和意义： 在信号与信息处理中，提取有用信息需要对信号进行滤波。借助DSP数字信号处理器的高速运算能力，可以实时地对信号进行数字滤波。本设计要求利用DSP的DMA方式进行信号采集和信号输出，同时对外部输入的信号进行数字滤波。 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。学会利用Matlab 对信号进行FIR 滤波，掌握Matlab 的信号仿真。同时通过对DSP 信号处理器及A/D、D/A 转换器以及DMA 的编程，可以培养学生C 语言编程能力以及使用DSP 硬件平台实现数字信号处理算法的能力。二、课题研究主要内容：1.基本部分：(
2、1) 掌握利用滤波器设计FIR滤波器的方法，并提取滤波器参数。(2) 掌握利用Matlab的信号处理工具箱的使用，以及利用Matlab对信号进行滤波。(3) 设计数字滤波算法，或调用DSPLIB中的滤波函数，实现对信号的滤波。(4) 利用C语言对A/D、D/A进行初始化。(5) 利用C语言对DMA进行初始化。(6) 编写DMA中断服务程序，实现信号的实时滤波。(7) 利用CCS信号分析工具分析信号的频谱成分，确定滤波器的参数2.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。(3)在实验板的Line in输
3、入端接入正弦信号，分左右声道分别采集，并分别滤波。三、要求完成的任务：（1）利用Matlab设计FIR滤波器，并对信号进行滤波。（2）掌握CCS的安装、设置，工程的建立、工程设置、编译运行和调试方法。（3）编写C语言程序实现设计要求，并在CCS集成开发环境下调试通过，实现设计所要求。的各项功能。(4)利用信号发生器产生输入信号，经DSP运算后正确地在示波器上显示。(5)按要求撰写课程设计报告。四、研究方法及技术途径：利用DSP实现对模拟信号滤波的框图 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
4、后利用Matlab设计FIR滤波器，将参数提取出来，存放到DSP存储区中。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，即DSP硬件板、采用DMA方式实现信号采集与传输，结合FIR滤波算法
5、，实现实时FIR滤波。五、实验背景：1.课题研究的现状： 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛;在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，器的研究和生产历来为各国所重视。 1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后
6、的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。 我国广泛使用滤波器是50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。我国现有滤波器的种
7、类和所覆盖的频率己基本上满足现有各种电信设备。从整体而言，我国有源滤波器发展比无源滤波器缓慢，尚未大量生产和应用。从下面的生产应用比例可以看出我国各类滤波器的应用情况:LC滤波器占50%;晶体滤波器占20%:机械滤波器占15%;陶瓷和声表面滤波器各占1%;其余各类滤波器共占13%。从这些应用比例来看，我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍然是个重要课题。 在上一个世纪中，电滤波器的发展经历了从无源到有源和从模拟到数字两个过程。高精度无源滤波器从设计到制造都是难度非常高的技术。有源滤波器虽然很大地改进了滤波器的性能，也降低了一些制造工艺的难度，但从其性能的大幅度改进，与其它信号处理技术的
8、结合，实现的手段之便捷，还是要数数字滤波器后来居上。随着电子工业的发展，对滤波器的性能要求越来越高，功能也越来越多，并且要求它们向集成方向发展。我国滤波器研制和生产与上述要求相差甚远，为缩短这个差距，电子工程和科技人员负有重大的历史责任阴。所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。2.国内外相关领域的研究：20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生，并得到了迅猛的发展。当时还没有DSP，数字信号处理只能依靠MPU来完成。但MPU（微处理器）的速度无法满足高速实时的要求。因此数字信号处理技术多是停留在理论上，得不到广泛的应用，但这为DSP的诞生打下了基础。7
9、0年代至80年代初是DSP发展的第二阶段。70年代初，有人提出了DSP的理论和算法基础。但是直到1978，世界上第一个世界上第一枚DSP才诞生，它是由1978AMI公司发布的S2811。1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个主要里程碑；1980年NEC公司推出的PD7720是第一个具有乘法器的商用DSP芯片。美国德州仪器公司Texas Instruments也于1982年推出了其第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品，它们都是基于NMOS工艺。此时的DSP运行速度较以前的MPU有了较大的提高，但由于制造工艺所限，体积和功耗都比较大，内部资源较少，且价格
10、昂贵。80年代中期直到现在是DSP得到了蓬勃发展并广泛应用的时期。80年代中期，随着大规模集成电路技术尤其是CMOS技术的发展，基于CMOS工艺的DSP应运而生，体积功耗都大大减少，而存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础；80年代后期，DSP运算速度进一步提高，应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。90年代直到现在，DSP发展最快，此时的DSP集成度极高，体积、功耗进一步减少，内部资源更是成倍增加，而价格却进一步下降。此时，DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且已扩大到人们的学习、工作和生活的各个方面。生产DSP 器件的公司也不断壮大，目前，市场占有率前
11、四名依次为:Texas Instruments、 Lucent 、Analog Device、Motorola。在所有生产DSP的公司中，TI可谓一枝独秀，它是世界上最大的DSP供应商，TI系列的DSP也是公认的最成功的DSP。其DSP市场份额占全世界份额近50%。其产品覆盖了高、中、低端几乎所以市场，广泛应用于各种领域。自从在1982年成功推出了其第一代DSP TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14/C15等，TI相继推出了第二代DSP TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP TMS320C30/C31/C32，第四代DSP TM
12、S320C40/C44，第五代DSP TMS3205X/C54X/C55X及目前速度最快的第六代DSP TMS320C62X/C67X等等。DSP器件应用面从起初的局限于军工，航空航天等军事领域,扩展到今天的诸多电子行业及消费类电子产品中。在TI公司的 DSP 产品中C1X、C2X、C2XX、C5XX、C54X、C62X等系列是定点运算指令系统的DSP；C3X、C4X、C67X等系列是浮点运算指令系统的DSP；AV7100、AV7110等系列是用于视频、音频领域的专用数字压缩产品。六、实验原理：1.DSP：一个典型的 DSP 系统如下图所示：该图是一个用DSP做信号处理的典型框图。由于DSP是
13、用来对数字信号进行处理的，所以首先必须将输入的模拟信号变换为数字信号。于是先对输入模拟信号进行调整，输出的模拟信号经过A/D变换后变成DSP可以处理的数字信号，DSP根据实际需要对其进行相应的处理，如FFT、卷积等；处理得到的结果仍然是数字信号，可以直接通过相应通信接口将它传输出去，或者对它进行D/A变换将其转换为模拟采样值，最后再经过内插和平滑滤波就得到了连续的模拟波形模拟信号。当然，图中的有些环节并不是必需的。如A/D转换，如果输入的是数字信号，就可以直接交给DSP进行运算。由于数字信号处理系统是以数字信号处理理论为基础，所以具有数字信号处理的全部优点：(1)接口方便 DSP 系统与其它以
14、数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的，比模拟系统与这些系统接口要容易的多。(2)编程方便 DSP 系统中的可编程DSP芯片可以使设计人员在开发过程中灵活方便的进行修改和升级，可以将C语言与汇编语言结合使用。(3)具有高速性 DSP系统的运行较高，最新的DSP芯片运行速度高达10GMIPS以上。(4)稳定性好DSP 系统以数字处理为基础， 受周围环境，如噪声、温度等的影响小、可靠性高；(5)精度高 例如16位数字系统可以达到10-5的精度；(6)可重复性好 模拟系统的性能受元件参数性能变化影响大，而数字系统基本不受影响，更便于测试、调试和大规模生产。(7)集成方便 DSP系统中的数字部件有高
15、度的规范性，便于大规模生产。当然DSP也存在一定的缺点。例如，对于一些简单的信号处理任务，如与模拟交换线的电话接口，若采用DSP则使成本增加。另外，DSP 系统中的高速时钟通常在几十兆赫，可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题， 而且DSP 的功率消耗在系统中也是较大的。此外，DSP技术发展得很快，数学知识要求多，开发和调试工具还很不完善。虽然DSP系统还存在一些缺点，但是随着近两年来 DSP 技术突飞猛进的发展，成本的下降，很多问题都得到了缓解。其突出的优点已经使其在通信、语音、图像、雷达、生物医学、工业控制、仪器仪表等许多领域得到越来越广泛的应用。2.DMA技术： 直接存储器访问(Direct
16、Memory Access，简称DMA)是C55x DSP非常重要的片上外设，DMA控制器可以在不影响CPU的情况下完成数据的传输，因此数据传输速度快，在要求信号实时采集和处理的系统中常采用DMA方式进行信号采集与传输。TMS320C5502有6个可独立编程的DMA通道，每个DMA通道受各自的5个16位寄存器控制：源地址寄存器DMSRC、目的地址寄存器DMDST、单元计数寄存器DMCTR、同步事件和帧计数寄存器DMSFC、发送模式控制寄存器DMMCR。此外，DMA的6个通道还受通道优先级和使能控制寄存器DMPREC控制。 DMA是指一种高速的数据传输操作，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
