dsp_FIR滤波器

电子信息学院
DSP结构原理及应用实验_FIR低通滤波器设计及滤波
组员：
蒋万欣；邓宏恩；谢兴轮
实验报告书写：
蒋万欣：2012141451177
日期：第十四教学周四
地点：基础教学楼B座520实验室
实验五FIR滤波器
一、实验目的：
1，熟悉FIR滤波器‘C54X’实现的编程方法。

2，测试FIR滤波器的单位冲击响应曲线。

3，检查FIR滤波器的频率特性。

二、实验条件
1，已经设计出的线性相位FIR滤波器的参数如下：
滤波器名称：带通滤波器
采样频率：Fs = 10 kHz
通带：1 kHz ——4 kHz
过渡带：1 kHz —— 1.375 kHz，3.625 kHz —— 4 kHz
带类脉动：< 0.5dB
阻带衰减：—60dB以下
滤波器级数：N = 80
滤波器系数：
H(0) = FFDCH H(10) = 00A2H H(20) = 000BH H(30) = FAA3H
H(1) = 001FH H(11) = FF6FH H(21) = FE7FH H(31) = 0347H
H(2) = 0051H H(12) = FFFEH H(22) = FDBFH H(32) = FE3DH
H(3) = FFE9H H(13) = FF70H H(23) = 0192H H(33) = 0747H
H(4) = FFE6H H(14) = FEF4H H(24) = FFB5H H(34) = 09BBH
H(5) = FFBAH H(15) = 00CBH H(25) = 026AH H(35) = FE3DH
H(6) = FFB4H H(16) = 000BH H(26) = 0368H H(36) = 052BH
H(7) = 004BH H(17) = 00E6H H(27) = FDC2H H(37) = DB59H
H(8) = FFF9H H(18) = 0187H H(28) = 00C0H H(38) = DC2AH
H(9) = 0069H H(19) = FEE5H H(29) = FC0AH H(39) = 2D57H
2，生成正弦信号的数据文件的高级语言程序，程序名，sin_flt.exe.用法见附录2.
3，线性相位FIR滤波器源程序Lab5.asm，以及链接命令文件Lab5.cmd，参看教材6.3节。

三、实验内容
1，根据设计好的FIR滤波器参数，修改Lab5.asm：
X_new 由4改成40
X_old 由4改成40
Size 由4改成40
将系数改成本实验中的40个系数
2，创建新工程，并添加文件Lab5.asm、vectors.asm 和lab5.cmd。

3，对工程进行汇编编译，链接产生输出文件并加载程序。

4，测试FIR滤波器的单位冲击响应：
①在file菜单中选择new项，再选择source file 创建一个新文件夹，在右边的编辑窗口编写输入数据文件，编写内容如下：
0x7FFF
0x0
0x0
···
0x0
文件中0 的数目至少79个。

编辑完成后保存为“in.dat”
②从tool菜单中选择port connect命令，进行端口连接
③利用ccs执行LAB5.out文件
④在file菜单中打开out.dat 文件，核对单位冲击响应
⑤检查FIR滤波器频率特性：
⑥画出FIR滤波器的单位冲击响应曲线
四、实验程序：
.title "FIR4.asm"
.mmregs
.def _c_int00
.bss y,1 ;给y分配地址空间
xn .usect "xn",5 ;给xn分配存储单元
a0 .usect "a0",5 ;给a0分配存储单元
PA0 .set 0 ；端口设置
PA1 .set 1
.data
table .word 1*32768/10 ；0.1
.word 2*32768/10 ；0.2
.word 3*32768/10 ；0.3
.word 4*32768/10 ；0.4
.word 5*32768/10 ；0.5
.text
_c_int00: SSBX FRCT ；状态寄存器复位
STM #a0,AR1 ；a0->AR1
RPT #4 ;重复操作4次一共执行5次
MVPD table,*AR1+ ；AR1=0092
STM #xn+4,AR3; ；AR3=0084
STM #a0+4,AR4 ；AR4=008c
STM #5,BK
STM #-1,AR0
LD #xn,DP
PORTR PA1,@xn ；从PA1读入数据xn
STM #1000h,AR6
STM #0200h-1,AR7
FIR: RPTZ A,#4
MAC *AR3+0%,*AR4+0%,A ;AR3与AR4的数相乘后放到累加器A中
STH A,@y ；将累加器高位以为后赋给y
; PORTW @y,PA0 ；从PA0输出数据y
; BD FIR ;判断FIR滤波器是否执行完成（当辅助寄存器AR3 的值从0084变为0080时结束跳转）
PORTR PA1,*AR3+0% ；从PA1读入AR3的值
STH A,*AR6+ ；累加器A高位保存到AR6中
BANZ FIR,*AR7- ；当辅助寄存器AR7不为0时转到FIR继续执行end: B end
.END
说明：PORTW @y,PA0
; BD FIR 和
STH A,*AR6+
BANZ FIR,*AR7-
两句语句实现的功能是一样的，所以避免冲突，直接将前两句注解。

五、实验结果
这个实验没有仿真出结果，是为了接下来的实验做一个准备，实验的目的是连接调试成功。

六、实验体会
1，程序是我们自己写的，由于自己写程序的经历比较少，所以在写程序的过程中出现了很多错误，然后就一直在调试程序。

最后我们自己实在是调试不出来，请助教老师帮忙调试，一直调试到下课，也正是醉了，好在最后还是调试成功了，然而遗憾的是，整个程序忘记了保存，由于不想吐槽实验室的电脑到底有多少病毒，所以之前保存过程序的U盘中病毒了，拿回自己的电脑一插，杀毒软件一来就把U盘杀得干干净净，唉，所以我发现我们做简单实验也这么耗费时间的真正原因，是实验室太落后了······
2，需要定义配置I/0端口的GEL函数：
在hotmenu C5402_Init()中添加
GEL_MapAdd(0x0001,2,0x0001,1,0);
GEL_MapAdd(0x0000,2,0x0001,0,1);
设置I/O接口函数。

实验六FIR滤波器过滤语音信号中的噪音
一、实验目的
利用设计好的FIR低通滤波器将语音信号中的噪音滤除。

将滤除后生成的.DAT文件通过MATLAB生成.WA V文件。

二、实验要求
在语音3500Hz处加了一个单频噪声，将这个单频噪声用ccs软件滤除，并在ccs 中观察带噪和滤除噪声后的语音频谱图。

将滤除后生成的.DAT文件通过MATLAB生成.WA V文件，读出。

三、实验过程
1，用MATLAB设计低通滤波器
滤波器参数如下：
ORDER(阶数) ：55
FS = 8000 HZ
FC = 2100 HZ
LOWPASS
设计截图：
设计完成之后保存命名为FIRFILTER，然后在MATLAB命令窗口键入如下命令：
LOAD(‘THE PATH OF FIRFILTER’)
C = ROUND(NUM*32768); %获取滤波器滤波器系数
2，将滤波器系数添加到实验五所示程序中，改变相应参数，进行仿真：
仿真结果如图所示：
3，将CCS生成的OUT.DA T文件用MA TLAB转换成W A V文件，再读出，具体转换代码如下：
%将dat 文件还原成wav文件
fid = fopen('lujing\filename.dat','r');
s = fscanf(fid,'%x');
for i = 1:length(s)
if s(i) >= 32768 %判断s是否是小数
s(i) = s(i) - 65536;%对应音频信号波形幅度等级。

end
end
s = s/32768;%再生成dat文件时数据乘了32768.
audiowrite(s,Fs,16,'path\filename.wav');%Fs采样频率
16比特就是指把波形的振幅划为2^16即65536个等级四、实验源程序来源于实验五
.title "FIR4.asm"
.mmregs
.def _c_int00
.bss y,1
xn .usect "xn",56
a0 .usect "a0",56
PA0 .set 0
PA1 .set 1;蒋万欣
.data
table
.word 30 .word -9 .word -35 .word 19 .word 49 .word -70 .word 76 .word 94 .word -134 .word -115 .word 219 .word 126 .word -338 .word -116 .word 495 .word 70 .word -701 .word 33 .word 974 .word -228 .word -1356 .word 598 .word 1978 .word -1402 .word -3402 .word 4273 .word 15296 .word 15296 .word 4273 .word -3402 .word -1402 .word 1978 .word 598 .word -1356 .word -228 .word 974 .word 33 .word -701 .word -338 .word -116 .word 495 .word 70 .word -701 .word 70 .word 495 .word -116 .word -338 .word 126 .word 219 .word -115 .word -134 .word 94 .word 76 .word -70 .word -39 .word 49 .word 19 .word -35 .word -9 .word 30 .text
_c_int00: SSBX FRCT
STM #a0,AR1
RPT #55
MVPD table,*AR1+
STM #xn+55,AR3
STM #a0+55,AR4
STM #56,BK
STM #-1,AR0
LD #xn,DP
PORTR PA1,@xn
STM #1000h,AR6
STM #0200h-1,AR7
FIR: RPTZ A,#55
MAC *AR3+0%,*AR4+0%,A
STH A,@y
;PORTW @y,PA0
; BD FIR
PORTR PA1,*AR3+0%
STH A,*AR6+
BANZ FIR,*AR7-
end: B end
.end
打开音频信号signalpluszhengxian.dat进行仿真的实验结果如图所示：
六、实验体会
我尝试用MATLAB进行FIR滤波器设计，然后将WA V文件加载之后进行滤波，有两个问题我觉得是很关键的，就是如何打开已经设计好的滤波器，然后如何将语音信号加载到滤波器函数进行滤波，通过查阅资料，我发现这个操作应该是要用到MATLAB中的仿真工具SIMULINK，所以就从简单设计出发设计如下简单程序，
利用fftfilt基于FFT的重叠相加法对数据进行滤波：
得到的结果图如下：
第二问题就是如何将WA V文件在MATLAB中转换成DAT文件。

如图所示，利用AUDIOREAD 和FOPEN 和FWRITE 即可实现转化。

%***wav文件转dat文件****%
clc,clear all;
y = audioread('lujing');
s = round(y*32768);
fid = fopen('lijing.dat','w');
for i = 1 : length(s)
fprintf(fid,'%d\n',s(i));
end
fclose(fid);
作为本学期最后一次DSP实验，还是有不小收获。

首先，我意识到MATLAB 和CCS的这种联合工作确实为这次实验增加了许多亮点，CCS中的程序可以用C语言来进行编写，而MATLAB对C也兼容，MATLAB对数据强大的处理能力能否被CCS利用？换句话说，能不能调用MATLAB的计算引擎来为CCS工作，正如这次的滤波系数的生成，以及又.WA V文件到.DAT文件的转化。

其次，CCS .PJT工程软件的建立和源代码的编写，编写链接运行，其中也包括设置断点单步调试，总结起来，利用CCS完成的整个开发流程已经基本掌握。

窃以为，CCS是一款有些“娇弱”的软件，也可能是因为我们用于实验的版本太低。

我认为在整个开发流程中，最为重要的当然是源码的书写，但是我们很少涉及，然后另外一个很有趣的内容就是调试，当连接不成功，出现各种错误，然后解释这些错误并解决这些错误，是实验中锻炼能力的地方。

能真正理解出错的原因，也是对DSP设计核心内容的理解吧，我觉得。