卷積運算及算法的DSP實現(xiàn).doc

現(xiàn)代信號處理課程設(shè)計 課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告 設(shè)計題目設(shè)計題目 卷積運算及算法的卷積運算及算法的 DSPDSP 實現(xiàn)實現(xiàn) 目 錄 第 1 章 總序 1 1 1 設(shè)計目的與背景 1 1 2 設(shè)計要求 1 1 3 設(shè)計思路簡介 1 第 2 章 系統(tǒng)開發(fā)平臺與環(huán)境 2 2 1 CCS 開發(fā)環(huán)境 2 2 2 ICETEK F2821 A 開發(fā)實驗 板 2 第 3 章 卷積算法設(shè)計過程 3 3 1 卷積算法設(shè)計總框圖 3 3 2 卷計算法設(shè)計的原理 3 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 5 4 1 程序流程圖 5 4 2 程序源代碼 6 第 5 章 系統(tǒng)仿真 11 5 1 仿真設(shè)置 11 5 2 仿真圖 12 第 6 章 總結(jié) 16 參考文獻 17 第第 1 章章 緒論緒論 1 11 1 設(shè)計目的與背景設(shè)計目的與背景 1 1 設(shè)計背景 設(shè)計背景 卷積是在信號與線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)上或背景中出現(xiàn)的 脫離這個背景單獨談 卷積是沒有任何意義的 除了那個所謂褶反公式上的數(shù)學意義和積分 或求 和 離散情況下 信號與線性系統(tǒng) 討論的就是信號經(jīng)過一個線性系統(tǒng)以后發(fā)生的變化 就是輸入輸出和所經(jīng)過的所謂系統(tǒng) 這三者之間的數(shù)學關(guān)系 所謂線性 系統(tǒng)的含義 就是 這個所謂的系統(tǒng) 帶來的輸出信號與輸入信號的數(shù)學關(guān) 系式之間是線性的運算關(guān)系 因此 實際上 都是要根據(jù)我們需要待處理的信號形式 來設(shè)計所謂的 系統(tǒng)傳遞函數(shù) 那么這個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和輸入信號 在數(shù)學上的形式就是 所謂的卷積關(guān)系 卷積關(guān)系最重要的一種情況 就是在信號與線性系統(tǒng)或數(shù) 字信號處理中的卷積定理 利用該定理 可以將時間域或空間域中的卷積運 算等價為頻率域的相乘運算 從而利用 FFT 等快速算法 實現(xiàn)有效的計算 節(jié)省運算代價 DSP 數(shù)字信號處理器 與一般的微處理器相比有很大的區(qū)別 它所特有 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 指令集合 數(shù)據(jù)流程方式為解決復雜的數(shù)字信號處理問題提供 了便利 本文選用 F2812 作為 DSP 處理芯片 通過對其編程來實現(xiàn)卷積 2 2 設(shè)計目的 設(shè)計目的 通過本次設(shè)計掌握并熟悉 dsp 的應用以及 ICETEK F2812 A 的平評估板的 使用 了解卷積算法的原理和計算方法 以及其特性與特點 并學習卷積 算法的程序?qū)崿F(xiàn) 并且通過本次設(shè)計來提高自己的動手實踐能力 增加我們對本專業(yè)的各 種芯片的了解 增強我們的專業(yè)素養(yǎng) 1 21 2 設(shè)計要求設(shè)計要求 利用 C 語言在 CCS 環(huán)境中編寫一個卷積算法程序 并能利用已設(shè)計好的 卷積器對一些常用信號進行卷積運算處理 1 31 3 設(shè)計思路簡介設(shè)計思路簡介 在 TMS320C54x 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 CCS Code Composer Studio 下對卷積 的 DSP 實現(xiàn)原理進行討論 利用 C 語言設(shè)計相應的算法 通過實驗仿真 從輸入信號和輸出信號的時域和頻域曲線可看出在 DSP 上實現(xiàn)的卷積算法 能完成預定的計算任務 第第 2 章章 系統(tǒng)開發(fā)平臺與環(huán)境系統(tǒng)開發(fā)平臺與環(huán)境 2 12 1 CCSCCS 開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境 DSP 開發(fā)工具 PC 機 目標板 仿真器 CCS 開發(fā)環(huán)境 一般是先在 CCS 開發(fā)環(huán)境下編寫程序 使用 C 語言 匯編語言或者兩 者混合 CCS 內(nèi)置軟仿真 simulator 提供了編譯 調(diào)試 運行功能 其作 用主要是檢測目標程序運行的正確性和連貫性 但不能夠?qū)崟r查看和控制 當程序成功運行通過后 通過仿真器 XDS510 或者 XDS560 與目標板連接 安裝仿真器驅(qū)動 然后 load program 到目標板 運行 利用仿真器提供 的 RTDX 可實時查看存儲器和寄存器變化 2 22 2 ICETEK F2821 AICETEK F2821 A 開發(fā)實驗板開發(fā)實驗板 第第 3 章章 卷積算法設(shè)計過程卷積算法設(shè)計過程 3 13 1 卷積算法設(shè)計總框圖卷積算法設(shè)計總框圖 開 始 初始化 DSP 產(chǎn)生輸入信號 將卷積信號X m 和 H m 輸 入在同一個坐標系內(nèi) 翻轉(zhuǎn) 將 H m 以 m 0 的垂 直軸為軸翻褶成 H m 移位 將 H m 移位 n 即 得 H n m 相乘 再將 H n m 和 X m 的相同 m 值的對應點值 相乘 相加 把以上所有點的對應點 的乘積疊加起來 即得 Y n 值 取移位值 n N 值取遍整 個坐標軸 結(jié) 束 YES 3 23 2 卷積算法設(shè)計的原理卷積算法設(shè)計的原理 1 1 卷積算法基礎(chǔ)理論 卷積算法基礎(chǔ)理論 卷積的基本理論和公式 卷積和 對離散系統(tǒng) 卷積和 也是求線性時不變系統(tǒng)輸出響應 零狀態(tài) 響應 的主要方法 卷積和的運算在圖形表示上可分為四步 A 翻褶 現(xiàn)在亞變量坐標 M 上作出 X m 和 H m 將 m 0 的垂直軸為軸翻 褶成 H m B 移位 將 H m 移位 n 即得 H n m 當 n 為正整數(shù)時 右移 n 位 當 n 為負整數(shù)時 左移 n 位 C 相乘 再將 H n m 和 X m 的相同 m 值的對應點值相乘 D 相加 把以上所有點的對應點的乘積疊加起來 即得 Y n 值 依上法 取 n 2 1 0 1 2 3 各值 即可得全部 Y n 值 第第 4 章章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 4 14 1 程序流程圖程序流程圖 While TRUE 執(zhí)行 dataIO2 子程序 執(zhí)行 dataIO 子程序 執(zhí)行 processing4 子程序 結(jié)束 YES NO 執(zhí)行 processing4 子程序 開始 打印 volume example tarted n 執(zhí)行 processing1 子程序 執(zhí)行 processing2 子程序 執(zhí)行 processing3 子程序 程序的自編函數(shù)及其功能 1 processing int input2 int output2 調(diào)用形式 processing1 int input2 int output2 參數(shù)解釋 input2 output 為兩個整型指針數(shù)組 返回值解釋 返回一個 TURE 讓主函數(shù)的 While 循環(huán)保持連續(xù) 功能說明 對輸入的 input2 buffer 波形進行截取 m 點 再以零點的 Y 軸為對稱軸進行翻褶 把生成的波形上的各點的值存入以 OUTPUT2 指針 開始的一段地址空間中 2 processing2 int output2 int output3 調(diào)用形式 processing2 int output2 int output3 參數(shù)解釋 output2 output3 為兩個整形指針數(shù)組 返回值解釋 返回了一個 TREN 讓主函數(shù)的 While 循環(huán)保持連續(xù) 功能說明 對輸出的 output2 buffer 波形進行作 n 點移位 然后把生成 的波形上的各點的值存入以 OUTPUT3 指針開始的一段空間中 3 processing3 int input1 int output2 int output4 調(diào)用形式 processing3 int input1 int output2 int output4 參數(shù)解釋 output2 output4 input1 為三個整型指針數(shù)組 返回值解釋 返回了一個 TRUE 讓主函數(shù)的 While 循環(huán)保持繼續(xù) 功能說明 對輸入的 input2 buffer 波形和輸入的 input1 buffer 做卷 積和運算 然后把生成的波形上的各點的值存入以 OUTPUT4 指針開始的 地址空間中 4 processing4 int input2 int output1 調(diào)用形式 processing4 int input2 int output1 參數(shù)解釋 output1 input 為兩個整型指針數(shù)組 返回值解釋 返回了一個 TRUE 讓主函數(shù)的循環(huán)保持繼續(xù) 功能說明 對輸入的 input2 buffer 波形截取 m 點 然后把生成的波形上的各 點的值存入以 OUTPUT1 指針開始的一段地址空間中 4 24 2 程序源代碼程序源代碼 源程序 源程序 include DSP281x Device h include DSP281x Examples h include f2812a h include stdio h include volume h int inp1 buffer BUFSIZE int inp2 buffer BUFSIZE int out1 buffer BUFSIZE int out2 buffer BUFSIZE int out3 buffer BUFSIZE int out4 buffer BUFSIZE 2 int size BUFSIZE int ain MINGAIN int zhy 0 int sk 64 unsigned int processingLoad 1 static int processing1 int output1 int output2 static int processing2 int output2 int output3 static int processing3 int input1 int output2 int output4 static int processing4 int input2 int output1 static void dataIO1 void static void dataIO2 void int input1 int input2 int output1 int output2 int output3 int output4 void main void int jishu 0 int input1 int input2 int output1 int output2 int output3 int output4 puts volume example started n while TRUE dataIO1 dataIO2 processing4 input2 output1 processing1 output1 output2 processing2 output2 output3 processing3 input1 output2 output4 jishu 在此處加斷點 static int processing4 int input2 int output1 int m sk for m 0 m output1 input2 ain for size m 0 m output1 m 0 static int processing1 int output1 int output2 int m sk 1 for m 0 m output2 output1 ain static int processing2 int output2 int output3 int n zhy m size 64 for n0 i y x 0 z 0 f y for i 0 i g input1 z output2 f x x g z f output4 x y m sk y sk 1 w m zhy 1 for m 0 m y i y z sk 1 x 0 f sk y for i 0 i z f g input1 z output2 f x x g out4 buffer w x w static void dataIO1 return static void dataIO2 do data I O return 第第 5 章章 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真 5 15 1 仿真設(shè)置仿真設(shè)置 1 在程序中 dataIO1 上單擊鼠標右鍵選擇 Toggle software breakpoint 設(shè)置軟件斷點 再在同一行上單擊鼠標右鍵 選擇 software breakpoint edit 來設(shè)置斷點 此時打開了一個新 的窗口 最后設(shè)置成如下圖所示 2 同理 在程序中 dataIO2 上同樣操作設(shè)置 最后設(shè)置如下圖 3 打開窗口菜單 Viwe Graph Frequency 進行如下設(shè)置 5 25 2 仿真圖仿真圖 1 當輸入波為SIN SIN 時 SIN inp1 SIN inp2 SIN out 2 當輸入波為SIN11 SIN11 時 SIN11 inp1 SIN11 inp2 SIN11 out 3 當輸入波為SIN22 SIN22 時 SIN22 inp1 SIN22 inp2 SIN22 out 5 當輸入波為SIN33 SIN33 時 SIN33 inp1 SIN33 inp2 SIN33 out 6 當輸入波為SIN44 SIN44 時 SIN44 inp1 SIN44 inp2 SIN44 out 7 當輸入波為 SIN44 SIN Sin44 inp1 Sin inp2 SIN44 SIN Out 8 當輸入波為 SIN11 SIN33 時 Sin11 inp1 Sin33 inp2 Sin11 sin33 Out 9 當輸入波為 SIN22 SIN 時 Sin22 inp1 Sin inp2 Sin22 Sin Out 第第 6 章章 總結(jié)總結(jié) 卷積計算是數(shù)字信號的基礎(chǔ) 也是 dsp 芯片的基礎(chǔ) 通過本次 設(shè)計不僅使我們對卷積計算的理解加深了 也加強了我們對 dsp 芯 片的了解與其應用的學習程度 而且還增強了我們的實踐動手能力 提高我們合作解決問題的能力 使我對 DSP 芯片有了更深一步的了