第7章 TMS320C54x應(yīng)用程序開發(fā)實例[DSP技術(shù)與應(yīng)用實例(第3版)]

1、第7章 TMS320C54x應(yīng)用程序開發(fā)實例7.1 正弦信號發(fā)生器7.2 FIR濾波器的DSP實現(xiàn)方法7.3 IIR濾波器的DSP實現(xiàn)方法7.4 快速傅里葉變換的DSP實現(xiàn)方法 7.5 語音信號壓縮的DSP實現(xiàn)方法7.6 數(shù)字基帶信號的DSP實現(xiàn)方法7.1 正弦信號發(fā)生器通常有兩種方法可以產(chǎn)生正弦波和余弦波: (1)查表法(2)泰勒級數(shù)展開法)98x1 (76x1 (54x1 (32x1 (x! 9x! 7x! 5x! 3xx)xsin(22229753)87x1 (65x1 (43x1 (2x1! 8x! 6x! 4x! 2x1)xcos(22228642 也可以由遞推公式求正弦和余弦值：

2、sin(nx)=2cos(x)sin(n-1)x-sin(n-2)x cos(nx)=2cos(x)cos(n-1)x-cos(n-2)x 利用遞推公式計算正弦和余弦值需已知cos(x)和正弦、余弦的前兩個值。用這種方法，求少數(shù)點還可以，如產(chǎn)生連續(xù)正弦、余弦波，則積累誤差太大，不可取。 1計算一個角度的正弦值 利用泰勒級數(shù)展開式計算一個角度的正弦值。為了方便起見，編寫計算sin(x)的程序sinx.asm，調(diào)用前只要在數(shù)據(jù)存儲器d_x單元中設(shè)定x的弧度值就行了，計算結(jié)果在d_sinx單元中。程序中要用到一些存儲單元存放數(shù)據(jù)和變量，如圖所示。 數(shù)據(jù)存儲器d_xxd_squr_xx2程序存儲器d_

3、temptablec1=1/(8*9)d_sinxsin(x)c2=1/(6*7)c_1(7FFFH)c3=1/(4*5)d_coeff(c1=01C7H)c4=1/(2*3)(c2=030BH)(c3=0666H)(c4=1556H)計算結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)存儲單元 計算正弦值存儲單元分配 2計算一個角度的余弦值 利用泰勒級數(shù)展開式計算一個角度的余弦值，采用調(diào)用cosx.asm程序方式。調(diào)用前只要在數(shù)據(jù)存儲器d_x單元中設(shè)定x的弧度值就行了，計算結(jié)果在d_cosx單元中。程序中要用到一些存儲單元存放數(shù)據(jù)和變量，如圖所示。 數(shù)據(jù)存儲器d_xxd_squr_xx2程序存儲器d_temptablec1=

4、1/(7*8)d_cosxcosxc2=1/(5*6)c_1(7FFFH)c3=1/(3*4)d_coeff(c1=0249H)c4=1/2(c2=0444H)(c3=0AABH)(c4=4000H)計算余弦值存儲單元分配計算結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)存儲單元 3產(chǎn)生正弦波程序 先以sinx.asm和cosx.asm程序，計算00450（間隔為0.50）的正弦和余弦值，再利用sin(2x)=2sin(x)cos(x)求出00900的正弦值（間隔為10）。然后通過復(fù)制，獲得003590的正弦值。 正弦波數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)存儲單元 若執(zhí)行菜單命令“View”“Graph” “Time/Frequcecy” 就可以觀察

5、到所生成的正弦波波形，如圖所示。 若執(zhí)行菜單命令“File”“Data” “Save”，再按下圖所示設(shè)置就可將正弦波數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)文件out.dat中了。 7.2 FIR濾波器的DSP實現(xiàn)方法1.FIR濾波器的特點z-1z-1z-1z-1x(n)x(n-1)x(n-N+1)x(n-2)h0h1h2hN-2hN-1y(n)圖7-9 FIR濾波器結(jié)構(gòu)圖2.FIR濾波器的DSP實現(xiàn)（1）用線性緩沖區(qū)法實現(xiàn)）用線性緩沖區(qū)法實現(xiàn)z-1 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器線性緩沖區(qū)頂部x(n)PORTRx(n+1)PORTRx(n+2)x(n-1)x(n)x(n+1)x(n-2)x(n-1)x(n)x(n-3

6、)x(n-2)x(n-1) x(n-4) x(n-3) x(n-2)*ARx-x(n-5)*ARx-x(n-4)*ARx-x(n-3)N=6的線性緩沖區(qū)存存儲器圖 （2）用循環(huán)緩沖區(qū)法實現(xiàn)）用循環(huán)緩沖區(qū)法實現(xiàn)z-1 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器循環(huán)緩沖區(qū)頂部x(n)ARxx(n)x(n)x(n-1)x(n-1)x(n-1)x(n-2)x(n-2)x(n-2)x(n-3)x(n-3)x(n-3)x(n-4)x(n-4)x(n-4)x(n-5)x(n-5)x(n-5)x(n-6)x(n-6)x(n+2)ARx循環(huán)緩沖區(qū)底部x(n-7)x(n+1)ARxx(n+1) N=8的循環(huán)緩沖區(qū)存儲器圖3F

7、IR濾波器的實現(xiàn)方法 （1）用線性緩沖區(qū)和直接尋址方法實現(xiàn)）用線性緩沖區(qū)和直接尋址方法實現(xiàn)FIR濾波器濾波器例7-1N=5,y(n)=h0 x(n)+h1x(n-1)+h2x(n-2)+h3x(n-3)+h4x(n-4) 數(shù)據(jù)存儲器yy(n)XNx(n)XNM1x(n-1)XNM2x(n-2)XNM3x(n-3)XNM4x(n-4)H0h0H1h1H2h2H3h3H4h4直接尋址線性緩沖區(qū)數(shù)據(jù)分配 在數(shù)據(jù)存儲器中存放系數(shù)h0h4，并設(shè)置線性緩沖區(qū)存放輸入數(shù)據(jù)，如圖所示 :FIR濾波器的輸出 （2）用線性緩沖區(qū)和間接尋址方法實現(xiàn)）用線性緩沖區(qū)和間接尋址方法實現(xiàn)FIR濾波器濾波器例7-2N=5,y

8、(n)=h0 x(n)+h1x(n-1)+h2x(n-2)+h3x(n-3)+h4x(n-4) 在數(shù)據(jù)存儲器中存放系數(shù)h0h4，并設(shè)置線性緩沖區(qū)存放輸入數(shù)據(jù)，如圖所示，利用AR1和AR2分別作為間接尋址線性緩沖區(qū)和系數(shù)區(qū)的輔助寄存器。 數(shù)據(jù)存儲器yy(n)xx(n)x(n-1)x(n-2)x(n-3)AR1x(n-4)hh0h1h2h3AR2h4間接尋址線性緩沖區(qū)數(shù)據(jù)分配 FIR濾波器的輸出 (3)用線性緩沖區(qū)和帶移位雙操作數(shù)尋址方法實現(xiàn)用線性緩沖區(qū)和帶移位雙操作數(shù)尋址方法實現(xiàn)FIR濾波器濾波器 例7-3N=5,y(n)=h0 x(n)+h1x(n-1)+h2x(n-2)+h3x(n-3)+h

9、4x(n-4) 數(shù)據(jù)存儲器x暫存y(n)程序存儲器x(n)PARCOEFh4x(n-1)h3x(n-2)h2x(n-3)h1AR1x(n-4)h0雙操作數(shù)尋址線性緩沖區(qū)數(shù)據(jù)分配（4）用循環(huán)緩沖區(qū)和雙操作數(shù)尋址方法實現(xiàn)）用循環(huán)緩沖區(qū)和雙操作數(shù)尋址方法實現(xiàn)FIR濾波器濾波器例7-4N=80,，存放h0h79的系數(shù)表以及存放數(shù)據(jù)的循環(huán)緩沖區(qū) 均設(shè)在DARAM中，如圖所示。數(shù)據(jù)存儲器yy(n)60h數(shù)據(jù)存儲器xnx(n)80hhh0100hx(n-1)81hh1101hx(n-2)h2102hx(n-3)h3103hx(n-4)h4104hx(n-5)h5105hAR3x(n-79)cfhAR4h79

10、14fh雙操作數(shù)尋址循環(huán)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)分配（5）系數(shù)對稱）系數(shù)對稱FIR濾波器的實現(xiàn)方法濾波器的實現(xiàn)方法數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器New循環(huán)緩沖區(qū)Old循環(huán)緩沖區(qū)80hx(n)AR288hx(n-4)81hx(n-3)89hx(n-5)82hx(n-2)8Ahx(n-6)83hx(n-1)8Bhx(n-7)AR3新舊緩沖區(qū)對比程序存儲器程序存儲器系數(shù)表COEFh0低地址h1h2h3高地址 程序存儲器存系數(shù)表 FIR濾波器單位脈沖響應(yīng)輸入方波時FIR濾波器的輸出 7.3 IIR濾波器的DSP實現(xiàn)方法1.二階IIR濾波器的實現(xiàn)方法 y(n)x(n)z-1z-1b0b1a1a2b2x1(n)z-1z-1d0d

11、1c1c2x2(n)z-1z-1f0f1e1e2f2d2二階IIR濾波器：z-1z-1A1A2B0B1B2y(n)x(n)反饋通道前向通道w(n)x0 x1x2(1)二階IIR濾波器的單操作數(shù)指令實現(xiàn) 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器COEFB2B1xx0 x(n)，y(n)B0 x1A2x2A1IIR濾波器數(shù)據(jù)存放和系數(shù)表數(shù)據(jù)存儲結(jié)果 (2)二階IIR濾波器的雙操作數(shù)指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲器(DARAM)起始狀態(tài)第1次迭代數(shù)據(jù)存儲器(DARAM)COEFB2B1AR3x2AR3x(n)x0B0 x1x2y(n)A2x0 x1AR4A1雙操作數(shù)數(shù)據(jù)存放和系數(shù)表(3)直接形式二階IIR濾波器的實現(xiàn) 直接形式二階I

12、IR濾波器z-1z-1A1A2B0B1B2y(n)x(n)z-1z-1Xx(n-2)Yy(n-2)BB2AA2x(n-1)AR4y(n-1)B1AR3A1AR2x(n)y(n)AR5B0(未用)循環(huán)緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu) 2.高階IIR濾波器的實現(xiàn) (1)系數(shù)系數(shù)1時的定標方法時的定標方法 在設(shè)計IIR濾波器時，可能出現(xiàn)一個或一個以上系數(shù)大于等于1。在這種情況下，當(dāng)然可以用此大數(shù)來定標，即用大數(shù)去除所有的系數(shù)，但是還不如將此大于等于1的系數(shù)分解成兩個小于1的數(shù)，例如B0=1.2，則 x(n)B0=x(n)(B0/2)+x(n)(B0/2)=0.6x(n)+ 0.6x(n)這樣，將使所有的系數(shù)保持精度，而

13、僅僅多開銷一個機器周期。 (2)對輸入數(shù)據(jù)定標對輸入數(shù)據(jù)定標 一般，從外設(shè)口輸入個數(shù)據(jù)加載到累加器A，可用以下指令： PORTR 0001h，Xin LD Xin，16，A 考慮濾波運算過程中可能出現(xiàn)1的輸出值，可在輸入數(shù)據(jù)時將其縮小若干倍，例如: PORTR 0001h，Xin LD Xin，16-3，A將輸入數(shù)據(jù)除以8,將使輸出值小于1。 有關(guān)FFT程序說明如下：（1） fft.asm程序由以下部分組成 位碼倒置程序 第一級蝶形運算 第二級蝶形運算 第三級至第log2N級蝶形運算 求功率譜及輸出程序（2）程序空間的分配（3）數(shù)據(jù)空間的分配（4）正弦系數(shù)表和余弦系數(shù)表7.4 快速傅里葉變換的

14、DSP實現(xiàn)方法 1. 快速傅里葉變換 程序存儲器500050DC程序代碼INPUT600060FF輸入數(shù)據(jù)程序空間分配圖數(shù)據(jù)存儲器TWI1040005FF正弦系數(shù)表TWI2080009FF余弦系數(shù)表OUTPUT200020FF輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空間分配圖2. DSP實現(xiàn)快速傅里葉變換 （1）創(chuàng)建fft.pjt工程 （2）加載fft.out文件 （3）顯示輸入信號的時域波形 輸入信號時域波形 輸入信號時域波形屬性設(shè)置 （4）顯示輸入信號的頻域波形 輸入信號頻域波形 輸入信號頻域波形屬性設(shè)置 （5）運行程序 輸出信號功率譜 輸出信號波形屬性設(shè)置 7.5 語音信號壓縮的DSP實現(xiàn)方法1.語音信號的/A律壓

15、縮簡介DXCPUCPUDRRSRRBR解壓RJUSTDRRXSR壓縮DXR圖7-46 數(shù)據(jù)壓縮解壓流程 /A律壓縮解壓編碼是國際電報電話協(xié)會最早推出的G.711語音壓縮解壓編碼的一種格式的主要內(nèi)容。其中歐洲和中國等國家采用A律壓縮解壓編碼，美國和日本等國家采用律壓縮解壓編碼。 表表7-1 幾種二進制編碼表幾種二進制編碼表量化電平量化電平自然二進制自然二進制偏移二進制偏移二進制2的補碼的補碼反射二進制反射二進制折疊二進制折疊二進制+71111111011110000111+61101110011010010110+51011101010110110101+41001100010010100100

16、+30111011001111100011+20101010001011110010+10011001000111010001+00001000000011000000-01000-10111111101001001-20110111001011010-30101110101111011-40100110001101100-50011101100101101-60010101000111110-70001100100011111-800001000000015 32 015 21 0發(fā)送緩沖器Value0發(fā)送緩沖器Value0A律律圖7-47 A律數(shù)據(jù)解壓圖7-48 律數(shù)據(jù)解壓表表7-2 A律

17、數(shù)據(jù)壓縮表律數(shù)據(jù)壓縮表12位碼（十進制）位碼（十進制）量階量階符號位符號位段落碼（二進制）段落碼（二進制）段內(nèi)碼（二進制）段內(nèi)碼（二進制）0151000000001111163110001000011113263200100000111164127400110000111112825580100000011112565111601010000111151210233201100000111110242047640111000011110 0 1 1 1 1 1 1段內(nèi)碼，表示值為15段落碼，表示量階為4，起始數(shù)據(jù)為64符號位，表示為一個正數(shù)最終結(jié)果為64+415=124圖7-49 數(shù)據(jù)壓縮意義

18、圖 壓縮后數(shù)據(jù)的最高位（第7位）表示符號，量階分別為1、1、2、4、8、16、32、64，由壓縮后數(shù)據(jù)的第6位到第4位決定，第3位到第0位是段內(nèi)碼。壓縮后的數(shù)據(jù)有一定的失真。有些數(shù)據(jù)不能表示出來，只能取最接近該數(shù)據(jù)的壓縮值。 例如，數(shù)據(jù)125，壓縮后的值為00111111，意義如圖7-49所示。2.語音信號的A律壓縮DSP實現(xiàn)程序產(chǎn)生的1024個數(shù)據(jù) 程序改變后的1024個數(shù)據(jù) 7.6 數(shù)字基帶信號的DSP實現(xiàn)方法1.數(shù)字基帶信號傳輸系統(tǒng)簡介y(t)輸出dk輸入dkxT(t)x(t)脈沖形成器發(fā)送濾波器信道接收濾波器抽樣判決碼元再生圖7-52 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)框圖 （1）脈沖形成器二進制代 碼t00 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0(a)t0(b)圖7-53 單/雙極型碼（2）發(fā)送濾波器 脈沖形成器輸出的各種碼型是以矩形脈沖為基礎(chǔ)的碼型，一般低頻分量比較大，占用頻帶也比較寬（高頻成分較豐富），為了更適合于信道傳輸?shù)纫?，可以通過發(fā)送濾波器把它們變換為變化比較平滑的波形，一般采用升余弦濾波器。（3）信道 基