数字信号处理实验指导书

本科数字信号处理实验指导书

基于EXP-III（TMS320F2812）实验教学平台

编写：姚晓通

兰州交通大学电工电子实验中心

第一章实验系统介绍

一、系统概述

EL-DSP-EXP III 教学系统是一种综合的教学实验系统，采用模块化分离式结构，使用灵活，方便用户二次开发。通过“E_LAB”和“TECH_V”扩展总线，可以扩展声、光、机、电等不同领域的控制对象。客户可根据自己的需求选用不同类型的CPU适配板，我公司所有CPU适配板是完全兼容的，用户在不需要改变任何配置情况下，更换CPU 适配板即可做TI公司的不同类型的DSP的相关试验。现已开发的CPU板类型有’C5000系列的：5402、5409、5410、5416，’C2000系列的2407、2812。

注：我公司将陆续推出VC5509、ARM系列CPU板，最新产品信息请向总公司或各地分公司咨询。

系统组成框图

实验箱

仿真器

第二章算法实验指导

实验一快速傅立叶变换（FFT）算法实验

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，CCS 2.0 版软件，EXP3实验箱，DSP仿真器，导线

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2FFT算法。

四．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，了解本实验提供的FFT子程序；

3．阅读本实验所提供的样例子程序；

4．运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；记录必要的参数。

5．填写实验报告。

6．提供样例程序实验操作说明

A．实验前准备

用导线连接“模拟信号源单元”中2号孔接口“信号源1”和“A/D单元”的2号孔接口“ADIN2”；信号源1选择正弦波，并适当调节波形的频率和幅值，“A/D单元”JP3中的4打到“ON”。S23全部置OFF；

B．实验

正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电。启动CCS 2.0，Project/Open打开“exp3_01_fft”子目录下“Example_281x_fft.pjt”工程文件；双击“Example_281x_fft.pjt”及“Source”可查看各源程序；加载“Example_281x_fft.out”；在中断程序中，“k++；”处设置断点；单击“Run”运行程序，或按F5运行程序；程序将运行至断点处停止；

2) 用View / Graph / Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置该观察图形窗口变量及参数；采用双踪观察在启始地址分别为px和pz，长度为128，数值类型为16位整型，这两段存储单元中分别存放的是经A/D转换后的输入信号和对该信号进行FFT变换的结果；

单击“Animate”运行程序，或按F10运行；调整模拟信号源的频率、幅值、种类观察窗口并观察输入信号波形及其FFT变换结果；

单击“Halt”暂停程序运行，关闭窗口，本实验结束。

实验结果：在CCS2.0环境，同步观察输入信号波形及其FFT变换结果；

五．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？

六．实验报告要求

1．简述实验原理及目的；

2．结合实验中所给定典型序列幅频特性曲线，与理论结果比较，并分析说明误差产生的原因以及用FFT作谱分析时有关参数的选择方法；

3．总结实验所得主要结论。

七．程序参数说明

void kfft(pr,pi,n,k,fr,fi,l,il)：基2快速傅立叶变换子程序，n为变换点数，应满足2的整数次幂，k为幂次（正整数）；

八．子程序流程图：

实验二有限冲击响应滤波器（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。

二、实验设备

计算机，CCS 2.0 版软件，EXP3实验箱，DSP仿真器，导线

三、实验原理

1．有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．数字滤波器系数的确定方法。

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

A．实验前准备

用导线连接“模拟信号源单元”中2号孔接口“信号源1”和“A/D单元”的2号孔接口“ADIN2”；“A/D单元”JP3中的4打到“ON”。S23其中一个置ON，选择混频，调节信号源的频率和幅值，使混频得到满意的波形。

B．实验

启动CCS 2.0，Project/Open打开“EXP3_02_fir”子目录下“Example_281x_fir.pjt”工程文件；双击“Example_281x_fir.pjt”及“Source”可查看各源程序；加载“Example_281x_fir.out”；在中断程序中，在“k++；”处设置断点；单击“Run”运行程序，程序将运行至断点处停止；