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
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；
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；
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。

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。