DSP芯片原理及应用,dsp芯片和单片机的区别

('《DSP芯片原理及应用》实验指导书唐山学院信息工程系DSP实验室2008年9月0前言一．DSP原理及应用实验的任务数字信号处理实验是数字信号处理理论课程的一部分，它的任务是：1.通过实验进一步了解和掌握数字信号处理的基本理论及算法、数字信号处理的分析方法和设计方法。2.学习和掌握数字信号处理的仿真和实现技术。3.提高应用计算机的能力及水平。二．实验设备DSP原理及应用实验所使用的设备由计算机、CPU板、语音单元、开关量输入输出单元、液晶显示单元、键盘单元、信号扩展单元、CPLD模块单元、模拟信号源、直流电源单元等组成。其中计算机是CCS软件的运行环境，是程序编辑和调试的重要工具。语音单元是语音输入和输出模块，主要完成语音信号的采集和回放。开关量输入输出单元可以对DSP输入或输出开关量。液晶显示单元可以对运行结果进行文字和图形的显示。模拟信号源可以产生频率和幅度可调的正弦波、方波、三角波。直流电源单元可以提供3.3V、+5V、-12V和+12V的直流电源。装有CCS软件计算机与整个实验系统共同构成整个的DSP软、硬件开发环境。所有的DSP芯片硬件的实验都是在这套实验装置上完成的。三．对参加实验学生的要求1.阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确实验目的。2.按实验指导书要求进行程序设计。3.在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指导教师复查后才能结束实验。4.实验后应断电，整理实验台，恢复到实验前的情况。5.认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。爱护实验设备，遵守实验室纪律。目录第一章DSP原理及应用实验............................................................................................2实验一常用指令实验.......................................................................................................21实验二数据存储实验......................................................................................................4实验三I/O实验.................................................................................................................6实验四定时器实验...........................................................................................................8实验五外部中断实验.....................................................................................................10实验六语音采集回放.....................................................................................................13实验七语音信号的FFT分析..........................................................................................17实验八基于语音信号的IIR算法实验.........................................................................19实验九语音信号的FIR算法实验.................................................................................22第二章DSPCPU挂箱介绍..............................................................................................25第一节系统概述..............................................................................................................25第二节54XB开发模板概述............................................................................................26第一章DSP原理及应用实验实验一常用指令实验一．实验目的1.了解DSP开发系统的组成和结构；2.熟悉DSP开发系统的连接；3.熟悉DSP的开发界面，熟悉CCS的用户界面，学会CCS环境下程序编写、调试、编译、装载，学习如何使用观察窗口。4.熟悉C54X系列的寻址系统；25.熟悉常用C54X系列常用指令的用法。二．实验设备计算机，CCS2.0版以上软件，DSP仿真器，DSPCPU挂箱。三．实验原理外部标志输出（软件可控信号）XF可用于在多处理器结构中相互通信，也可作通用输出脚。本实验中XF引脚先接到CPLD，然后把XF再通过CPLD输出给LED灯。XF为低时LED亮，XF为高时LED灭。四．实验步骤与内容1.系统连接进行DSP实验之前，先必须连接好仿真器、DSPCPU挂箱及计算机，连接方法如下所示：2.上电复位在硬件安装完成后，确认安装正确、各实验部件及电源连接正常后，接通仿真器电源或启动计算机，此时，仿真盒上的“红色小灯”应点亮，否则DSP开发系统与计算机连接有问题。3.运行CCS程序待计算机启动成功后，DSPCPU挂箱220V电源置“ON”，DSPCPU挂箱上电，启动CCS。成功运行程序后，首先应熟悉CCS的用户界面，然后学会CCS环境下程序编写、调试、编译、装载，学习如何使用观察窗口等。4.修改样例程序，尝试DSP其他的指令。5.样例程序实验操作说明下面以exp01_xf的操作过程说明CCS的工程建立连接编译的方法：（1）把”exp01_xf目录拷贝到”C:\\ti5x\\myprojects”目录下,去掉其只读属性.（2）删除除了”.asm、.cmd”后缀外的其它所有文件和文件夹；（3）打开CCS的“Project\\new”菜单；3USB接口JTAG接口计算机仿真器DSPCPU挂箱CPU板DSPXFCPLDLED（4）建立工程”exp01_xf”；（5）打开”addfilestoproject”菜单，把”exp01_xf”目录下的.asm、.cmd文件添加到exp01_xf的工程中。(6)点击“rebuldall”按钮，编译连接工程。(7)在”file\\loadprogram”菜单，并加载“exp01_xf.out”；加载完毕，单击“Run”运行程序；观察实验结果。五．思考题及实验报告要求1．思考题（1）XF直接驱动LED和XF通过CPLD驱动LED的区别？（2）修改程序，改变闪烁频率。2．实验报告要求（1）给出自行设计的程序清单、程序流程图。（2）总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。实验二数据存储实验一．实验目的1.掌握TMS320C54的程序空间的分配；2.掌握TMS320C54的数据空间的分配；3.熟悉操作TMS320C54数据空间的指令。二．实验设备计算机，CCS2.0版软件，DSP仿真器，DSPCPU挂箱。三．实验原理C54x的存贮空间分为三个部分，分别是程序空间，数据空间和输入输出（I/O）空间。程序空间的大小为1M字，数据和输入输出空间大小都是64K字。存贮空间的配置有两种模式，一种是微处理器方式（MP），另一种是微计算机方式，4而这两种方式主要影响程序空间的分配。微处理器模式，程序地址空间FF80~FFFF是外部的，也就是我们可以配置的。微计算机模式，程序地址空间FF80~FFFF是被系统占用了的，用于存放系统中断向量表，同时F000~FEFF地址空间也被系统使用，这段地址里面包含了引导程序。由此可以看出，微计算机方式就是把该DSP看成了独立的一个系统，要自己能够单独工作起来，因此需要引导程序。数据空间分成了6个部分。其中00～5F是存贮器映射空间。这段地址空间的值和DSP内部寄存器的值是一致的，访问这个地址空间就等于访问DSP内部的相对应寄存器。而这段空间是在DSP的片上RAM内。60～7F是一个散空间，相当于系统给自己保留了一个空间用于特殊之用。80～3FFF是DSP的片上RAM所映射的地址空间，如果我们程序的代码比较小时，可以不用外扩RAM。4000～EFFF，这段空间是外部寻址空间。假如程序比较大，片上RAM放不下下的时候，可以外扩一个RAM，然后将程序放在这段空间里执行。F000~FEFF，这段空间可以是外部，也可以是片上ROM，主要受CPU的控制寄存器DROM位的控制。FF00~FFFF，可以是外部也可以是保留不能使用。主要受DROM位影响。输入输出（I/O）空间的64K字全部是外部的。另外，C54x的程序空间采用了分页机制。每64K字为一页。因此程序空间1M字可以划分为16页。四．实验步骤与内容1.连接好DSP开发系统，运行CCS软件；2.在CCS的Memory窗口中查找C54各个区段的数据存储器地址，在可以改变的数据地址随意改变其中内容；3.在CCS中装载实验示范程序，单步执行程序，观察程序中写入和读出的数据存储地址的变化；4.结合其他寻址方式一起使用。5.样例程序实验操作说明（1）启动CCS2.0，并加载“NORMAL\\EXP02_MEM\\DEBUG\\exp02.out”；（2）用“View”下拉菜单中的“Memory”查看内存单元；（3）输入要查看的内存单元地址，本实验要查看0x1000H~0x100FH单元的数值变化，输入地址0x1000H；查看0x1000H~0x100FH单元的初始值，单击“Run”运行程序，也可以5“单步”运行程序；（4）单击“Halt”暂停程序运行；查看0x1000H~0x100FH单元内数值的变化；（5）关闭各窗口，本实验完毕。6.源程序查看：用下拉菜单中Project/Open，打开“NORMAL\\EXP02_MEM\\Exp02.pjt”，双击“Source”，可查看源程序。五．实验说明：本实验程序将对0x1000开始的8个地址空间，填写入0xAAAA的数值，然后读出，并存储到0X1008开始的8个地址空间。在CCS中可以观察DATA存储器空间地址0X1000~0X100F值的变化。六．思考题及实验报告要求1．思考题54X访问内部RAM和访问外部RAM的区别？2．实验报告要求（1）给出自行设计的程序清单、程序流程图。（2）总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。实验三I/O实验一．实验目的1.了解I/O口的扩展；掌握I/O口的操作方法；2.熟悉PORTR，PORTW指令的用途；3.了解数字量与模拟量的区别和联系。二．实验设备计算机，CCS2.0版软件，DSP仿真器，DSPCPU挂箱。三．实验原理8位的数字量输入（由八拨码开关产生）当拨码开关打到靠近LED时为低，相反为高，通过74LS244缓冲连接到DSP的数据总线的低8位。8位的数字量输出（通过八个LED灯显示）当对应LED点亮时说明输出为低，熄灭时为高，通过74LS273缓冲连接到DSP的数据总线的低8位。四．实验步骤与内容1.运行CCS软件，编写、调试下载自己编写程序，分别调整数字输入单元的开关K1～K4，观察LED7~LED10亮灭的变化，以及输入和输出状态是否一致。2.样例程序实验操作说明6启动CCS2.0，并加载“normal\\exp03_io\\debug\\exp03.out”；单击“Run”运行程序；任意调整K1～K4开关，可以观察到对应LED7~LED10灯“亮”或“灭”；单击“Halt”，暂停持续运行，开关将对灯失去控制；五．实验说明实验中采用简单的一一映射关系来对I/O口进行验证，在本实验中，提供的IO空间分配如下：CPU的I/O空间：地址0x0004按键input(X)8，通过74LS244扩展CPU的I/O空间：地址0x0004灯output(X)8，通过74LS273扩展六．思考题及实验报告要求1．思考题（1）XF直接驱动LED和XF通过CPLD驱动LED的区别？（2）怎样判断5402内部的PLL已经切换到分频模式？2．实验报告要求（1）给出自行设计的程序清单、程序流程图。（2）总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。7实验四定时器实验一．实验目的1.熟悉C54x的定时器；2.掌握C54x定时器的控制方法；3.学会使用定时器中断方式控制程序流程。二．实验设备计算机，CCS2.0版软件，DSP硬件仿真器，DSPCPU挂箱。三．实验原理54x片上定时器只有一个输出引脚TOUT。每次片上定时器到零后，该脚就产生一个输出负脉冲，脉冲的宽度是CLKOUT输出的一个周期。这个脚可用于外部计数器的时钟输入。片上定时器对应了三个寄存器，分别是定时寄存器（TIM），定时周期寄存器（PRD）和定时器控制寄存器（TCR）。它们在存贮空间的映射地址如下图所示：8定时器的时钟输入是CPU的工作时钟，也就是CLKOUT。一旦定时器开始工作，TIM就装入PRD里面的值，然后在CPU时钟的触发下减一，直到减到零，然后TOUT引脚输出一个宽度等于CLKOUT时钟周期的脉冲，接下来，根据TCR的设置，TIM可能继续从PRD里面装入一个值，然后又开始减一计数。从图可以看出，CPU时钟和TSS反位进行与操作才进入时钟输入端，所以TSS必须为零，CPU时钟才能正常进入。PSC和TIM的功能一样，而TDDR和PRD的功能一样。使用TRB可以对定时器复位，导致数值重新装入。最后，定时器输出一个中断，一个进入DSP内部，所以大家可以在IFR寄存器里面找到TIMER的中断标志位，另一个从TOUT引脚出来。初始化定时器的步骤如下：第一：向TCR的TSS位写入1，停止定时器工作。第二：向PRD内写入想要的值。第三：向TCR中的TDDR位写入想要的分频系数，再打开定时器，即向TCR的TSS位写入0。在本系统中，如果设置时钟频率为20MHZ，令PRD=0x4e1f，这样得到每1/1000秒中断一次，通过累计1000次，就能定时1秒钟。四．实验步骤和内容1.运行CCS软件，编写程序程序，装载并运行；2.定时器实验通过数字量输入输出单元的LED7~LED10来显示；可观察到LED灯（LED7~LED10）以一定的间隔时间不停摆动；五．思考题及实验报告要求1．思考题（1）54X定时器在嵌入式系统可以做什么使用？（2）TOUT引脚在嵌入式系统可以做什么使用？2．实验报告要求9（1）给出自行设计的程序清单、程序流程图。（2）总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。实验五外部中断实验一．实验目的1.掌握中断技术，学会对外部中断的处理方法；2.掌握中断对程序流程的控制，理解DSP对中断的响应时序。二．实验设备计算机，CCS2.0版软件，DSP仿真器，DSPCPU挂箱三．实验原理中断在C54x中有内部中断源和外部中断源，内部中断源包括一些片上外设产生的中断和软件产生的中断。外部中断源包括经由外部中断引脚产生的中断。在C54x中，中断有两种分类方法，第一种是按照是否可屏蔽，第二种是按照中断产生方式。按照是否可屏蔽分类，分为可屏蔽和不可屏蔽。所谓屏蔽是指DSP可以接受这个中断，但是却不作任何反映，也就是说对应的中断服务指令被屏蔽了，从而得不到执行，这种中断就叫做可屏蔽中断，相反的，如果一个中断只要产生，那么就必须有中断服务指令相应，这种中断叫做不可屏蔽中断。10按照中断产生的方式可以分为软件中断和硬件中断。软件中断是指由指令产生的中断，硬件中断是指由外部中断源产生或者片上外设产生。硬件中断中，用户可以自定义仅有NMI，INT[0:3]，其它的硬件中断都已经指定给了DSP的片上外设，比如编号为19的中断，TINT0/SINT3，它是片上定时器中断或者软件中断，当片上定时器0到点后，就会产生一个中断，相应就会执行这个地址里面的东西。而在系统初始化时，IPTR的值刚好映射到了程序空间FF80处。在处理中断时，系统使用了两个主要的寄存器，中断标志寄存器（IFR），中断屏蔽寄存器（IMR）。对于非可屏蔽中断和复位信号，系统直接相应，没有什么判断处理，也就不设计这两个寄存器。图5-1IFR寄存器的的各位描述这个寄存器的每一位对应一个中断，相应的中断发生后，这个位就会被置位。显然，这里面没有NMI和RESET对应的标志位。图5-2IMR寄存器的各位位描述IMR的值完全由程序员控制，假如想屏蔽掉某个中断，那么就需要对IMR的相应中断位置位。在这个阶段，系统回检查如下条件。第一：检查所有同时发生的中断的优先级，高优先级首先得到相应。第二：检查ST1中的中断模式位（INTM），如果该位为1，所有中断全部被屏蔽。INTM是一种快速屏蔽所有可屏蔽中断的方法。第三：检查IMR中相应中断的屏蔽位，如果置位，则不能得到执行。如果以上三条检查都通过，那么系统进入中断服务程序。具体内容如下。第一：把程序计数器（PC）压栈。第二：把相应中断向量的地址装入程序计数器（PC）。11第三：从中断向量地址中取到跳转指令，把IACK信号置低，同时对相应中断的IFR位清零，执行跳转指令。IACK变低的时候，在紧接着的CLKOUT时钟上升沿，A6~A2表明了中断向量的编号，因此，可以通过IACK和A6~A2对中断进行检测，但必须将地址可见模式位（AVIS）置位。第四：执行中断服务指令直到一个返回语句。第五：正常返回，把栈里的内容弹出重新装入PC。第六：继续执行正常指令。C54XDSP的中断为低电平沿触发。键盘模块单元的按键产生低电平脉冲，输出给VC54X的INT0引脚，每按一次，产生一个低电平脉冲，用来控制DSPCPU挂箱上LED灯的亮灭。四．实验步骤和内容实验前准备：用短接线连接跳线“J100”,使DSP产生的中断给键盘模块单元的按键，对应的中断是外部中断0。1.低电平单脉冲触发DSP中断INT0；该中断由键盘模块单元的按键产生。按一次，产生一个中断。2.运行CCS软件，调入样例程序，装载并运行；3.每按一次键盘模块单元的按键，LED7~LED10灯亮灭变化一次；4.填写实验报告。5.样例程序实验操作说明（1）启动CCS2.0，并加载“NORMAL\\EXP05_int\\DEBUG\\exp05.out”；（2）单击“Run”运行程序，反复按开关“单脉冲输出”，观察LED7~LED10灯亮灭变化；（3）单击“Halt”暂停程序运行，反复按键盘模块单元的按键，LED7~LED10灯亮灭不变化；（4）关闭所有窗口，本实验完毕。（5）源程序查看：用下拉菜单中Project/Open，打开“NORMAL\\EXP05_int\\Exp05.pjt”，双击“Source”，可查看各源程序。五．思考题及实验报告要求1．思考题（1）54软件中断和硬件中断的区别？各自的应用场合？2．实验报告要求（1）给出自行设计的程序清单、程序流程图及中断程序流程图。12（2）总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。实验六语音采集回放一．实验目的1.熟悉ADC/DAC的性能及TLV320AIC23的接口和使用；2.熟悉McBSP多通道缓冲串口配置为SPI模式的通信的应用；3.掌握一个完整的语音输入、输出通道的设计；4.了解语音信号的采集、回放及滤波处理。二．实验设备计算机，CCS2.0版软件，DSPCPU挂箱、DSP仿真器、音频对录线、音频信号源。三．实验原理TLV320AIC23（以下简称AIC23）是TI推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINEIN两种输入方式（二选一），且对输入和输出都具有可编程增益调节。AIC23的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma－delta过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB。与此同时，AIC23还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下更是小于15uW。由于具有上述优点，使得AIC23是一款非常理想的音频模拟I/O器件，可以很好的应用在随声听（如CD，MP3……）、录音机等数字音频领域。13图6-1TLV320AIC23与5402的接口原理图：四．实验步骤与内容1.采集回放实验（1）利用自备的音频信号源，或把计算机当成音源，从DSPCPU挂箱的“语音单元”的音频接口“麦克输入”输入音频信号，进行AD采集。（2）语音信号采集；（3）输出音频信号，（可以用示波器观察或用耳机听）实现语音信号的回放；（4）具体的硬件接口连线参见样例程序实验操作说明；（5）运行CCS软件，加载示范程序，运行程序，扬声器有声音输出；（6）写实验报告。（7）样例程序实验操作说明①实验前准备“语音接口”模块小板的拨码开关设置：（缺省设置已设置好，不需用户设置）拨码开关SW1、SW2：语音接口板信号选择，使用语音接口单元时全部置为ON，不使用语音接口单元时全部置为OFF。语音2号孔接口：（最大允许输入电压范围0~+3.3V，超出此范围，易引起器件损坏）2号孔接口名称备注ROUT右声道信号输出端子LOUT左声道信号输出端子IN1左声道信号输入端子IN2右声道信号输入端子语音扩展板拨码开关的设置：SW1拨码开关：状态备注1ON，MODE=1SPI模式、用SPI模式配置AIC23142OFF3ON4ONSW2拨码开关：状态备注1ON2ON3ON4空脚，OFF底板拨码开关的设置：用音频对录线，连接DSPCPU挂箱的“语音单元”的音频接口“麦克输入”接口和外部音源输入接口；连接耳机和“耳机输出”接口。②启动CCS2.0,打开“exp08_audio\\useraudio01.pjt”工程文件；双击“useraudio01.pjt”及“Source”可查看各源程序；并加载“exp08_audio\\debug\\”中的useraudio01.out；打开音频源，输出音频，单击“Run”运行程序，或按F5运行程序；通过耳机，可听到连续音频信号。在“i=0”处设置断点：在View\uf0e0Graph\uf0e0Time/Frequency打开一个图形观察窗口，以观察程序采集到的左右声道的声音波形，设置观察窗口参数，起始地址为readaudio1和readaudio2，长度为256，16位整型；该实验完成模拟音频信号的数字化采集、A/D及D/A转换和回放。单击“Halt”暂停程序运行，选择“Close”关闭“useraudio01.pjt”工程文件，关闭各程序显示窗口。2.重低音处理实验启动CCS2.0；打开“\\super_bass\\super_bass”文件夹中的“useraudio.pjt”工程文件；双击“useraudio.pjt”及“source”可查看各源程序；并加载“useraudio.out”下载文件；打开音频源，输入音频信号，建议输入随程序附带的“东邪西毒”MP3，单击“Run”运行程序，或按F5运行程序；程序中对左声道的输入信号做了“低音滤波”，右声道不做处理直接输出，调节左右声道调节旋钮，比较“低音滤波”声音和原始输入声音的区别，在mode=1时，小号声音被滤掉，主要输出为鼓的低音mode=2时，与mode=0时比较，低音有明显加强。在View\uf0e0Graph\uf0e0Time/Frequency打开一个图形观察窗口，以观察程序采集到的左声道的原15始声音波形和滤波后的波形，设置观察窗口参数，起始地址为in和out，长度为256，16位整型；实验说明：程序中mode的说明Amode=0时，直通；输入与输出相同；Bmode=1时，低音滤波，输出为输入信号的低音部分Cmode=2时，对输入信号做低音加重处理，请注意与mode=0时输出结果比较建议采用耳机监听处理结果。由于程序主要完成低音加重处理，建议选用低音丰富的乐曲或歌曲作为音源进行处理。实验时，输入及输出音量应视情况做适当调整，以避免溢出。五．思考题及实验报告要求1．思考题（1）McBSP多通道缓冲串口工作方式如何进行配置？2．实验报告要求（1）给出程序流程图。（2）总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。16实验七语音信号的FFT分析一．实验目的1.加深对DFT算法原理和基本性质的理解；2.熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用；3.学习用FFT对连续信号和时域信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。二．实验设备计算机，CCS2.0版软件，DSPCPU挂箱，DSP仿真器，音频线，音源。三．基本原理1．离散傅立叶变换DFT的定义：将时域的采样变换成频域的周期性离散函数，频域的采样也可以变换成时域的周期性离散函数，这样的变换称为离散傅立叶变换，简称DFT。2．FFT是DFT的一种快速算法，将DFT的N2步运算减少为（N/2）log2N步，极大的提高了运算的速度。3．旋转因子的变化规律。4.蝶形运算规律。5.基2时域抽取法FFT算法。四．实验前准备：1．利用自备的音频信号源，或把计算机当成音源,从DSPCPU挂箱的“语音单元”的音频接口“麦克输入”输入音频信号，进行AD采集。2．连接耳机和“耳机输出”接口；3．拨码开关设置利用语音模块时，SW1、SW2均置为“ON”，反之为“OFF”。注意：“语音接口”模块小板的拨码开关设置：（缺省设置已设置好，不需用户设置）17表7-1SW1拨码开关：表7-2SW2拨码开关：用音频对录线，连接DSPCPU挂箱语音单元的麦克输入与外部音频源；五．实验步骤1.复习DFT的定义、性质和用DFT作谱分析的有关内容；2.复习FFT算法原理与编程思想，并对照DIT-FFT运算流程图和程序框图，编写FFT子程序；3.运行CCS软件，对程序进行跟踪，分析结果；记录必要的参数。4.在CCS2.0环境，同步观察输入语音信号波形及其FFT变换结果。六．思考题及实验报告要求1．思考题（1）对于不同的N，幅频特性会相同吗？为什么？（2）FFT进行谱分析，可以应用的什么方面？2．实验报告要求（1）给出程序流程图。（2）记录语音波形及其FFT变换结果。（3）总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。状态备注1ON2OFF3ON4ON状态备注1ON2ON3ON4空脚18实验八基于语音信号的IIR算法实验一．实验目的1.熟悉设计IIR数字滤波器的原理与方法；2.掌握数字滤波器的计算机仿真方法；3.通过观察对实际信号的滤波作用，获得对数字滤波的感性认识。二．实验设备计算机，CCS2.0版软件，DSPCPU挂箱，DSP仿真器。三．实验原理1.无限冲击响应数字滤波器的基础理论；2.模拟滤波器原理（巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器）；3.双线性变换的设计原理。四．实验步骤1.复习有关巴特沃斯滤波器设计和用双线性变换法设计IIR数字滤波器的知识；2.阅读本实验所提供的样例子程序；3.运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；4.填写实验报告。5.样例程序实验操作说明（1）实验前准备：①利用自备的音频信号源，或把计算机当成音源，从DSPCPU挂箱的“语音单元”的音频接口“麦克输入”输入音频信号，进行AD采集。②连接耳机和“耳机输出”接口；③拨码开关DSPCPU挂箱上拨码开关设置：利用语音模块时，SW1、SW2均置为“ON”，反之为“OFF”。“语音接口”模块小板的拨码开关设置：（缺省设置已设置好，不需用户设置）表8-1SW1拨码开关：状态备注191ON2OFF3ON4ON表8-2SW2拨码开关：状态备注1ON2ON3ON4空脚用音频对录线，连接DSPCPU挂箱语音单元的麦克输入与外部音频源；（2）实验启动CCS2.0，用Project/Open打开“Algorithm”目录中“exp02_audioiir”子目录下的“audioiir.pjt”工程文件；双击“audioiir.pjt”及“Source”可查看源程序；加载“audioiir.out”；在主程序中，k++处设置断点；单击“Run”运行程序，程序将运行至断点处停止；用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；采用双踪观察在启始地址分别为px和py，长度为128的单元中数值的变化，数值类型为16位有符号型变量，这两个数组分别存放的是经语音芯片采集的信号和对该信号进行IIR低通滤波后的输出信号；单击“Animate”运行程序，或按F10运行程序；调整观察窗口，并观察滤波结果；单击“Halt”暂停程序运行，激活“audioiir.c”的编辑窗口；该IIR低通滤波器滤波性能参数为：采样频率为250KHz，通带内最大允许衰减3dB，阻带内最小衰减大于30dB，过渡带宽度约为50KHz；通带上限频率：20KHz；阻带下限截止频率：70KHz。可以修改以上参数的归一化参数“nlpass”和“nlstop”来改变滤波器性能。修改“audioiir.c”程序中“nlpass”和“nlstop”参数可改变IIR低通滤波器的滤波性能。重新“RebuildAll”后，加载，单击“Animate”，可得到不同的结果。实验结果：在CCS2.0环境下，同步观察输入信号及其IIR低通滤波结果。五．思考题1．试述用双线性变换法设计数字滤波器的过程？202．实验中，计算每个二阶滤波器的输出序列时，如何确定计算点数？3．对滤波前后的信号波形，说明数字滤波器的滤波过程与滤波作用。六．实验报告要求1.简述IIR滤波器的基本原理；2.描绘出输入、输出数组的曲线。实验九语音信号的FIR算法实验一．实验目的1.掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法；2.熟悉线性相位FIR数字滤波器特性；3.了解各种窗函数对滤波特性的影响。21二．实验设备计算机，CCS2.0版软件，DSPCPU挂箱，DSP仿真器。三．实验原理1.有限冲击响应数字滤波器的基础理论有限冲击响应数字滤波器具有严格的线性相位特性，其单位脉冲响应仅含有有限个非零值，是因果的有限长序列。目前关于有限冲击响应数字滤波器的设计方法主要有三种：窗函数法，频率取样法和切比雪夫等波纹逼近的最优化设计方法。各种方法都有其优缺点，使用时应根据需要进行选择。一般应用较多的是第一和第三种方法。因为窗函数法比较简单，可应用现成的窗函数公式，在技术指标要求不高时比较方便灵活的。最优化设计法必须借助计算机计算。切比雪夫等波纹线性相位滤波器的机助设计程序已经比较完善，采样瑞梅兹迭代算法，设计效率也很高，在应用中越来越占优势。2.窗函数设计法原理滤波器逼近理想单位取样响应序列，可采取如下方法；一是用有限项和来逼近无限项和；二是将无限长的响应序列进行有限延时，从而由非因果的系统得到了因果的系统。四．实验步骤1.复习如何设计FIR数字滤波；阅读本实验原理，掌握设计步骤；2.阅读本实验所提供的样例子程序；3.运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；4.填写实验报告。5.样例程序实验操作说明（1）实验前准备：①利用自备的音频信号源，或把计算机当成音源,从DSPCPU挂箱的“语音单元”的音频接口“麦克输入”输入音频信号，进行AD采集。②连接耳机和“耳机输出”接口；③拨码开关DSPCPU挂箱上拨码开关设置：利用语音模块时，SW1、SW2均置为“ON”，反之为“OFF”。“语音接口”模块小板的拨码开关设置：（缺省设置已设置好，不需用户设置）表9-1SW1拨码开关状态备注1ON222OFF3ON4ON表9-2SW2拨码开关状态备注1ON2ON3ON4空脚用音频对录线，连接DSPCPU挂箱语音单元的麦克输入与外部音频源；（2）实验启动CCS2.0，用Project/Open打开“Algorithm”目录中“exp03_audiofir”子目录下的“audiofir.pjt”工程文件；双击“audiofir.pjt”及“Source”可查看源程序；加载“audiofir.out”；在主程序中，k++处设置断点；单击“Run”运行程序，程序将运行至断点处停止；用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置观察图形窗口变量及参数为：采用双踪观察启始地址分别为px和py，长度为256的单元中数值的变化，数值类型为16位无符号型变量，这两个数组中分别存放的是经音频芯片转换后输入的音频信号和对该信号进行FIR滤波的结果；单击“Animate”运行程序，或按F10运行程序；单击“Halt”暂停程序运行，激活“audiofir.c”的编辑窗口；实验程序说明：该程序为51阶FIR低通滤波器算法程序，采用矩形窗函数实现，数组h和xmid长度均为51，fs为采样频率，fstop为滤波器截止频率，可以修改以上参数来改变滤波器性能。重新“RebuildAll”后，重新加载，单击“Animate”，可得到不同的实验结果。实验结果：在CCS2.0环境，同步观察输入信号及其FIR低通滤波结果。五．思考题1．如果给定通带截止频率和阻带截止频率以及阻带最小衰减，如何用窗函数法设计线性相位低通滤波器？写出设计步骤。2．定性说明本实验中，3dB截止频率的理论值在什么位置？是否等于理想低通的截止频率？23六．实验报告要求1.简述FIR滤波器的基本原理；2.描绘出输入、输出数组的曲线。3.对比FIR滤波器与IIR滤波器的异同；第二章DSPCPU挂箱介绍第一节系统概述一．概述DSPCPU挂箱主要用于插接不同的CPU模块，可以扩展DSPCPU模块，挂箱的CPU和扩展模块基于Techv总线设计，目前支持的CPU模块有：TMS320VC5402、TMS320VC5409、TMS320VC5410、TMS320VC5416、TMS320LF2407、TMS320F2812。挂箱上除CPU模块外，还有基本试验电路及系统扩展电路，可单独完成大部分的基本实验、算法实验。通过电子创新设计平台的扩展总线接口，可以扩展机、电、声、光等不同领域的扩展模块，完成数据采集、图象处理、通讯、网络、控制等扩展实验。二．硬件组成24该挂箱的硬件资源主要包括：\uf06cCPU板接口（Techv总线）\uf06c一组Techv总线接口\uf06c一组电机控制接口\uf06c语音单元\uf06c开关量输入输出单元\uf06c液晶显示单元\uf06c键盘单元\uf06c信号扩展单元\uf06cCPLD模块单元\uf06c模拟信号源\uf06cEL-NC2100电子创新设计平台扩展总线接口\uf06c直流电源单元第二节54XB开发模板概述54XB开发模板是一个独立应用的目标模板，可以用来验证TMS320VC54X数字信号处理器的各种功能，以及如何构建一个最小的DSP系统和在此基础上进行功能扩展。主要包括处理器单元、系统时钟、复位、电源、LED指示灯、测试开关、扩展总线（可扩展AD、DA、USB/以太网等Techv扩展板）。具有语音处理、通信、便携式检测设备等应用中作为基本CPU核心板。具有高性能，低功耗的特点。一．54XB开发模板主要功能\uf06e兼容54X系列处理器（5402、5409、5410、5416）\uf06e主处理器：定点TMS320VC54X，16bit的数据总线，工作频率最高160MHz；\uf06e内部存储器：128Kx16bitSRAM（最大）以及16Kx16bit的ROM（最大）；\uf06eTI公司DSK、EVM板兼容Techv扩展总线接口，可进行应用背板扩展；\uf06e所有扩展信号经电平转换，兼容+5V电平\uf06e标准14针JTAG调试接口\uf06e在线可编程CPLD，方便用户二次开发\uf06e复位、时钟电路\uf06e数字量输入4bit（测试开关），电源、运行状态指示灯\uf06e直流+5V单电源供电，含电源转换电路；二．54XB开发模板原理框图25图2.154XB开发模板原理框图三．54XB开发模板组成54XB开发模板主要由以下几个模块组成：\uf0b2CPU模块；\uf0b2时钟模块；\uf0b2复位模块；\uf0b2Techv扩展总线模块；\uf0b2HPI接口模块；\uf0b2CPLD模块；\uf0b2电源模块；26',)