FIR CCS 實驗報告

2023年12月10日發(作者：生態文明校園)

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《DSP原理及應用》――FIR濾波器的C54X實現

一、 實驗目的

用matlab獲得FIR濾波器的抽頭系數，用匯編語言實現FIR濾波器。產生一混頻信號，用所設計的濾波器進行濾波，查看濾波器輸出。

二、實驗儀器

1．PC一臺（win7系統）；

2．Code Compor Studio 3.1 軟件；

3．MATLAB 2009；

4．Dev C++ 6.0 軟件。

三、實驗要求

1．設計一個FIR低通濾波器，通帶邊界頻率為2500Hz，通帶波紋小于1dB；阻帶邊界頻率為3000Hz，阻帶衰減大于40dB；采樣頻率為10000Hz。

2．設計一個采樣頻率Fs為10000Hz，輸入信號頻率為2000Hz和3250Hz的合成信號，通過設計的低通濾波器將3250Hz信號濾掉，余下2000Hz信號。

3．用循環緩沖區和雙操作數尋址方法編寫實現FIR濾波的程序。

四、實驗原理

如果FIR 濾波器的沖激響應為h(0)，h(1)， ...，h(N-1)。X(n)表示濾波器在n 時刻的輸入，則n 時刻的輸出為：

y(n) = h(0)x(n) + h(1)x(n-1） + ... + h(N-1)x[n-(N-1)]

使用MAC 或FIRS 指令可以方便地實現上面的計算。

圖1 說明了使用循環尋址實現FIR 濾波器的方法。為了能正確使用循環尋址，必須先初始化BK，塊長為N。同時，數據緩沖區和沖激響應（FIR 濾波器的系數）的開始地址必須是大于N

的2 的最小冪的倍數。例如，N=11，大于N 的最小2 的冪為16，那么數據緩沖區的第一個地址應是16 的倍數，因此循環緩沖區起始地址的最低4 位必須是0。

在圖1 中，濾波系數指針初始化時指向h(N-1)，經過一次FIR 濾波計算后，在循環尋址的作用下，仍然指向h(N-1)。而數據緩沖區指針指向的是需要更新的數據，如x(n)。在寫入新數據并完成FIR 運算后，該指針指向x(n-(N-1))。所以，使用循環尋址可以方便地完成濾波窗口數據的自動更新。

五、實驗內容及步驟

1．FIR濾波器的設計

FIR濾波器的設計可以用MATLAB軟件的窗函數法進行，這里選擇Hamming窗，程序為：

b=fir1(16,1500/8000*2)

得到FIR數字濾波器系數b為：

b0 = 0 b9 = 0.2834

b1 = 0.0048 b10 = 0.0973

b2 = 0.008 b11 = -0.029

b3 = -0.0089 b12 = -0.0429

b4 = -0.0429 b13 = -0.0089

b5 = -0.029 b14 = 0.008

b6 = 0.0973 b15 = 0.0048

b7 = 0.2834 b16 = 0

b8 = 0.3745

在DSP匯編語言中，不能直接輸入十進制小數，在MATLAB中進行如下轉換：

h=round(b*2^15)

將系數轉換為Q15的定點小數形式，為：

h0 = 0 h9 = 9287

h1 = 158 h10 = 3187

h2 = 264 h11 = -951

h3 = -290 h12 = -1406

h4 = -1406 h13 = -290

h5 = -951 h14 = 264

h6 = 3187 h15 = 158

h7 = 9287 h16 = 0

h8 = 12272

2．產生濾波器輸入信號文件

以下是一個產生輸入信號的C語言程序，信號是頻率為1000Hz和2500Hz的正弦波合成的波形。文件名為firinput.c 。

#include

#include

void main()

{

int i;

double f[256];

FILE *fp;

if((fp=fopen("","wt"))==NULL)

{

printf("can't open file! n");

return;

} for(i=0;i<256;i++)

{

f[i]=sin(2*3.14159*i*1000/8000)+sin(2*3.14159*i*2500/8000);

fprintf(fp," .word %ldn",(long)(f[i]*32768/2));

}

fclo(fp);

}

該程序產生名為 的輸入信號程序。文件的部分內容如下：

.word 0

.word 26722

.word 4798

.word 5315

.word 16384

：

：

.word -5319

.word -4793

.word -26721

在DSP匯編語言程序中通過.copy匯編命令將生成的數據文件 復制到匯編程序中，作為FIR濾波器的輸入數據。

3．編寫FIR數字濾波器的匯編源程序

FIR數字濾波器匯編程序如下：

.mmregs

.global start

.def start,_c_int00

INDEX .t 1

KS .t 256 ;模擬輸入數據緩沖區大小

N .t 17

COFF_FIR .ct "COFF_FIR" ;FIR濾波器系數

.word 0

.word 158

.word 264

.word -290

.word -1406

.word -951

.word 3187

.word 9287

.word 12272

.word 9287

.word 3187

.word -951

.word -1406 .word -290

.word 260

.word 158

.word 0

.data

INPUT .copy "" ;模擬輸入在數據存儲區0x2400

OUTPUT .space 1024 ;輸出數據在數據區0x2500

COFFTAB .uct "FIR_COFF",N

DATABUF .uct "FIR_BFR",N

BOS .uct "STACK",0Fh

TOS .uct "STACK",1

.text

.asg AR0,INDEX_P

.asg AR4,DATA_P ;輸入數據x(n)循環緩沖區指針

.asg AR5,COFF_P ;FIR系數表指針

.asg AR6,INBUF_P ;模擬輸入數據指針

.asg AR7,OUTBUF_P;FIR濾波器輸出數據指針

_c_int00

b start

nop

nop

start: ssbx FRCT

STM #COFFTAB,COFF_P

RPT #N-1 ;將FIR系數從程序存儲器移動

MVPD #COFF_FIR,*COFF_P+ ;到數據存儲器

STM #INDEX,INDEX_P

STM #DATABUF,DATA_P

RPTZ A,#N-1

STL A,*DATA_P+ ;將數據循環緩沖區清零

STM #(DATABUF+N-1),DATA_P ;數據緩沖區指針指向x[n-(N-1)]

STM #COFFTAB,COFF_P

FIR_TASK:

STM #INPUT,INBUF_P

STM #OUTPUT,OUTBUF_P

STM #KS-1,BRC

RPTBD LOOP-1

STM #N,BK ;FIR循環緩沖區大小

LD *INBUF_P+,A ;裝載輸入數據

FIR_FILTER:

STL A,*DATA_P+%

RPTZ A,N-1 MAC *DATA_P+0%,*COFF_P+0%,A

STH A,*OUTBUF_P+

LOOP:

EEND B EEND

.end

4．編寫FIR濾波器鏈接命令文件

對應以上匯編程序的鏈接命令文件如下：

-m

-o

MEMORY

{

PAGE 0: ROM1(RIX) :ORIGIN=0080H,LENGTH=100H

PAGE 1: INTRAM1(RW) :ORIGIN=2400H,LENGTH=0200H

INTRAM2(RW) :ORIGIN=2600H,LENGTH=0100H

INTRAM3(RW) :ORIGIN=2700H,LENGTH=0100H

B2B(RW) :ORIGIN=0070H,LENGTH=10H

}

SECTIONS

{

.text : {}>ROM1 PAGE 0

.data : {}>INTRAM1 PAGE 1

FIR_COFF: {}>INTRAM2 PAGE 1

FIR_BFR : {}>INTRAM3 PAGE 1

STACK : {}>B2B PAGE 1

}

5．在Code Compor Studio 3.1 軟件中將有關程序運行并調試。

六、實驗結果及分析

1．觀察輸入信號的波形，如圖2所示。

2．觀察輸入信號的頻譜，如圖3所示。

3．觀察輸出信號的波形，如圖4所示。

4．觀察輸出信號的頻譜，如圖5所示。

七、實驗總結

這次實驗完成了FIR濾波器在DSP上仿真實現，對FIR濾波器有更深入的了解，進一步掌握對CCS軟件的使用方法，鞏固了對DSP匯編語言的理解，對以后深入學習有很大幫助。

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