華南農(nóng)業(yè)大學dsp課程設計

DSP大作業(yè)報告課程名稱：DSP原理及其應用提交時間：2011年12月目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1前言.3\o"CurrentDocument"1.1課程設計背景3\o"CurrentDocument"1.2課程設計目的3\o"CurrentDocument"1.3課程設計內(nèi)容3\o"CurrentDocument"1.1課程設計要求32DSP及其開發(fā)環(huán)境4\o"CurrentDocument"DSP系統(tǒng)的構(gòu)成4DSP系統(tǒng)的特點及設計過程4\o"CurrentDocument"TI和DSP介紹5\o"CurrentDocument"2.3.1C54x芯片5\o"CurrentDocument"2.3.2C5410體系結(jié)構(gòu)6\o"CurrentDocument"2.3.3中央處理器CPU7\o"CurrentDocument"2.3.4數(shù)據(jù)存儲器尋址82.3.5程序存儲器尋址8\o"CurrentDocument"2.3.6流水線操作82.3.7片上外設82.3.8外部總線接口8\o"CurrentDocument"2.3.9IEEE1149.1標準的邏輯掃描電路9\o"CurrentDocument"2.4.1DSK簡介9\o"CurrentDocument"2.4.2CCS開發(fā)環(huán)境10\o"CurrentDocument"3數(shù)字濾波器的設計原理12\o"CurrentDocument"3.1關于IIR與FIR濾波器12\o"CurrentDocument"3.2FIR濾波器的設計123.1.1FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)12\o"CurrentDocument"3.1.2FIR濾波器的常規(guī)設計方法133.3窗函數(shù)法設計FIR濾波器153.3.1典型窗口函數(shù)介紹15\o"CurrentDocument"3.3.2利用Hamming窗設計低通濾波器151前言1.1課程設計背景隨著信息時代的到來，數(shù)字信號處理已經(jīng)成為當今一門極其重要的學科和技術，并且在通信、語音、圖像、自動控制等眾多領域得到了廣泛的應用。在數(shù)字信號處理中，數(shù)字濾波器占有極其重要的地位，它具有精度高、可靠性好、靈活性大等特點?，F(xiàn)代數(shù)字濾波器可以用軟件或硬件兩種方式來實現(xiàn)。軟件方式實現(xiàn)的優(yōu)點是可以通過濾波器參數(shù)的改變?nèi)フ{(diào)整濾波器的性能。在信號處理領域中，對于信號處理的實時性、快速性的要求越來越高，因此在許多信息處理過程中，如對信號的過濾、檢測、預測等，都要廣泛地用到濾波器。其中數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、設計靈活、實現(xiàn)方便等許多突出的優(yōu)點，避免了模擬濾波器所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題，因而隨著數(shù)字技術的發(fā)展，用數(shù)字技術實現(xiàn)濾波器的功能越來越受到人們的注意和廣泛的應用。而有限沖激響應（FIR濾波器能在設計任意幅頻特性的同時保證嚴格的線性相位特性，在聲音和數(shù)據(jù)傳輸中應用非常廣泛。在計算量相等的情況下IIR數(shù)字濾波器比FIR濾波器的幅頻特性優(yōu)越，頻率選擇性也好，但是它有著致命的缺點相位特性不好控制，它的相位特性是的非線性函數(shù)。例如雙線性變換法產(chǎn)生的IIR濾波器模擬指標的頻率與數(shù)字化指標的頻率轉(zhuǎn)換關系是，這是使頻率產(chǎn)生嚴重的非線性的原因，這種W與w的非線性關系，使數(shù)字濾波器與模擬濾波器在響應與頻率的對應關系上發(fā)生了畸變，如果需要線性相位，就必須用全通網(wǎng)絡進行復雜的相位校正但是，在對程序運行周期數(shù)要求十分嚴格的DSP處理中加上一個全通均衡器是十分浪費資源的，另外即使加上全通均衡器對于因果的IIR濾波器仍將得不到線性的相位。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中如圖像處理數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中都越來越多的要求信道具有線性的相位特性在這方面FIR濾波器具有獨到的優(yōu)點，它可以在幅度特性隨意設計的同時保證精確嚴格的線性相位。1.2課程設計目的掌握FIR數(shù)字濾波器的設計思路及方法步驟，學會設計低通濾波器；學會利用DSP技術課程以及其他有關先修課程的理論和生產(chǎn)實際知識去分析和解決具體問題；熟悉匯編語言，學會用DSK/DEC5402CCS2.0軟件編寫匯編語言程序；培養(yǎng)自己對工程設計的獨立工作能力。1.3課程設計內(nèi)容通過使用Matlab設計相應的FIR低通數(shù)字濾波器，得到濾波器H(z)的系數(shù)，然后根據(jù)這些系數(shù)，編寫關于DSP的匯編程序。在CCS軟件上對已采集信號進行處理，最后濾除高頻信號，輸出我們需要的低頻語音信號。效果本文采取比較濾波前后信號的頻譜圖。1.4課程設計要求1、濾波器的設計的原理介紹；2、FIR濾波器的設計；3、FIR濾波器的DSP實現(xiàn)；4、濾波器的為一低通濾波器，具體參數(shù)要求自己設定(不要與課本相同)2.DSP及其開發(fā)環(huán)境2.1DSP系統(tǒng)的構(gòu)成。一個典型的DSP系統(tǒng)如圖1示。*滴波―?A/R轉(zhuǎn)換rDSP芯片IVA―h平沿濾波輸出圖1典型的DSP系統(tǒng)圖1是一個用DSP做信號處理的典型框圖。由于DSP是用來對數(shù)字信號進行處理的，所以首先必須將輸入的模擬信號變換為數(shù)字信號。于是先對輸入模擬信號進行調(diào)整，輸出的模擬信號經(jīng)過A/D變換后變成DSP可以處理的數(shù)字信號，DSP根據(jù)實際需要對其進行相應的處理，如FFT、卷積等；處理得到的結(jié)果仍然是數(shù)字信號，可以直接通過相應通信接口將它傳輸出去，或者對它進行D/A變換將其轉(zhuǎn)換為模擬采樣值，最后再經(jīng)過內(nèi)插和平滑濾波就得到了連續(xù)的模擬波形模擬信號。當然，圖中的有些環(huán)節(jié)并不是必需的。如A/D轉(zhuǎn)換，如果輸入的是數(shù)字信號，就可以直接交給DSP進行運算。2.2DSP系統(tǒng)的特點及設計過程。由于數(shù)字信號處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理理論為基礎，所以具有數(shù)字信號處理的全部優(yōu)點。⑴接口方便DSP系統(tǒng)與其它以數(shù)字技術為基礎的系統(tǒng)或設備都是相互兼容的，比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易的多。⑵編程方便DSP系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可以使設計人員在開發(fā)過程中靈活方便的進行修改和升級，可以將C語言與匯編語言結(jié)合使用。⑶具有高速性DSP系統(tǒng)的運行較高，最新的DSP芯片運行速度高達10GMIPS以上。⑷穩(wěn)定性好DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎，受周圍環(huán)境，如噪聲、溫度等的影響小、可靠性高；⑸精度高例如16位數(shù)字系統(tǒng)可以達到10-5的精度；(6)可重復性好模擬系統(tǒng)的性能受元件參數(shù)性能變化影響大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，更便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。⑺集成方便DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模生產(chǎn)。當然DSP也存在一定的缺點。例如，對于一些簡單的信號處理任務，如與模擬交換線的電話接口，若采用DSP則使成本增加。另外，DSP系統(tǒng)中的高速時鐘通常在幾十兆赫，可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題，而且DSP的功率消耗在系統(tǒng)中也是較大的。此外，DSP技術發(fā)展得很快，數(shù)學知識要求多，開發(fā)和調(diào)試工具還很不完善。雖然DSP系統(tǒng)還存在一些缺點，但是隨著近兩年來DSP技術突飛猛進的發(fā)展，成本的下降，很多問題都得到了緩解。其突出的優(yōu)點已經(jīng)使其在通信、語音、圖像、雷達、生物醫(yī)學、工業(yè)控制、儀器儀表等許多領域得到越來越廣泛的應用。2.3TI和DSP介紹TI公司DSP種類多，品種齊全，適合各種需要。目前，使用較為廣泛的主要有三個系列：C2000，C5000和C6000。其他系列產(chǎn)品應用較少或已經(jīng)淘汰。每個系列又有多種DSP可供選擇。同一系列的DSP具有相同的內(nèi)核、相同或兼容的匯編指令集；它們之間的差別是具有不同大小的片內(nèi)存儲器、不同的片內(nèi)外設和外部接口等，工作電壓和速度也有所區(qū)別。以上3大系列DSP實現(xiàn)功能的側(cè)重點不同，也就是說應用領域有所不同：C2000系列是16位定點DSP。它是一個控制器系列，主要應用于工業(yè)控制領域，它除了具有一個DSP內(nèi)核外，還有大量的片內(nèi)外設資源，如A/D、定時器、各種同步和異步串口、看門狗、CAN總線接口等；加上其價格低廉，速度更高，可靠性更強，可以取代傳統(tǒng)單片機。內(nèi)部具有Flash，方便固化程序，而其他系列DSP都沒有內(nèi)部Flash。C5000系列DSP是16位定點低功耗DSP，性價比極高，主要應用于無線通信系統(tǒng)及手持式通訊產(chǎn)品，如手機，PDA和GPS等。C5000又分為C54X和C55X兩個系列。相對C2000系列來說，其內(nèi)部存儲更大，運行速度更快，更適合執(zhí)行較為復雜的數(shù)字信號處理任務，但控制功能相對較弱。一般由核心電壓和I/O電壓兩種電壓供電。核心電壓較低，所以功耗很低，且體積很小，方便集成。C6000系列是32位的DSP系列。在TI的所有系列DSP中運行速度最快。其中C62XX是定點DSP，而C64XX和C67XX是浮點DSP，它主要應用于需要大量快速運算的場合，如數(shù)字視頻處理、無線基站等。由于速度很高，所以功耗也很大。2.3.1C54x芯片在本設計中使用的DSP是TMS320VC5410。它屬于TIC5000系列中的C54X系列，正如前面所說，同一系列的DSP具有相同的內(nèi)核、相同或兼容的匯編指令集，差別僅在于內(nèi)存儲器的大小，片內(nèi)外設等等，所以就首先介紹一下C54系列DSP普遍具有的特點和性能。54X具有改進的哈佛結(jié)構(gòu)，使其處理能力達到最大。分開的程序空間和地址空間提供了高度的并行性，可以同時訪問程序指令和數(shù)據(jù)，例如三次讀操作和一次寫操作可以在一個周期內(nèi)完成。帶并行存儲的指令和具有特殊應用的指令充分利用了這種結(jié)構(gòu)。這種并行性支持一套強大的算術運算、邏輯運算和位操作運算，所以使得這些運算可以在單個機器周期內(nèi)完成。而且54X的運行機制還支持中斷處理、重復操作和函數(shù)調(diào)用等等。對于任意通用可編程芯片來說，一般都具備以下幾個部分：內(nèi)部存儲器：主要用來存儲程序、執(zhí)行程序、存儲數(shù)據(jù)等；中央處理單元(CPU):用來實現(xiàn)各種運算功能；片內(nèi)外設：用來實現(xiàn)一些特定功能，如時鐘發(fā)生器、硬件定時器等等；外部總線接口：用來和其他芯片接口，協(xié)同工作；通信接口：用來從外圍芯片獲得數(shù)據(jù)或者將處理完的數(shù)據(jù)傳輸出去；內(nèi)部總線：用來連接芯片中不同的單元。也就是說，以上各個部分的通信是通過內(nèi)部總縣來完成的。2.3.2C5410體系結(jié)構(gòu).總線結(jié)構(gòu)5410體系結(jié)構(gòu)由8條主要的16位總線、4條程序/數(shù)據(jù)總線和4條地址總線構(gòu)成。其中程序總線PB從程序存儲器裝載指令碼和立即操作數(shù)3條數(shù)據(jù)總線CB、DB、EB負責將片上的各個不同的部分相互連接。例如，CPU數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生邏輯、程序地址產(chǎn)生邏輯、片上外設和數(shù)據(jù)存儲器，其中CB和DB從數(shù)據(jù)存儲器讀取操作數(shù)，EB把操作數(shù)寫到數(shù)據(jù)存儲器4條地址總線PAB、CAB、DAB、EAB負責裝載指令執(zhí)行所需要的地址。PB能加載保存于程序存儲空間的操作數(shù)(如系數(shù)表)到乘法器和加法器進行乘-加操作或利用數(shù)據(jù)移動指令(MVPD和READA)把操作數(shù)移動到數(shù)據(jù)存儲空間的目的地址中。這種性能與雙操作數(shù)讀取的特性一起使54x支持單周期三操作數(shù)指令。54x還有一條雙向的片上總線用于訪問片上外設，這條總線輪流使用DB和EB與CPU連接。內(nèi)部存儲器5410存儲器被組織成三個獨立的可選擇的空間：程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間和I/O空間，大小都是64K，總共是192K。大小包括隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM。其中5410采用的RAM雙存取訪問RAM(DARAM)。片上雙存取訪問RAM(DARAM)被組織在一些塊上，因為每個DARAM塊能夠在每個機器周期中被訪問兩次,結(jié)合并行的體系結(jié)構(gòu)，使得5410得以在指定的周期內(nèi)完成四個并發(fā)的存儲器操作。一個取指操作、兩個數(shù)據(jù)讀操作和一個數(shù)據(jù)寫操作，DARAM總是被映射到數(shù)據(jù)存儲空間上，也可被映射進程序存儲空間用于保存程序代碼5410的26個CPU寄存器和片上外設寄存器被映射在數(shù)據(jù)存儲空間。C5410提供了三個控制位用于在存儲空間中配置片上存儲器，利用這三個控制位可以設置片上存儲器怎樣配置到不同存儲空間，指定是配置到程序存儲空間還是數(shù)據(jù)存儲空間。以上通過設置處理器模式狀態(tài)寄存器PMST中的狀態(tài)位可以進行調(diào)整。P/MC:當此位是1時，禁止片上ROM配置到5410存儲空間中，即微處理器模式。當此位是0時，允許片上ROM配置到5410的程序存儲空間中，即微計算機模式；OVLY:當OVLY=1時片上RAM配置到程序和數(shù)據(jù)存儲空間中，當OVLY=0時，片上RAM僅配置到數(shù)據(jù)存儲空間；(3)DROM:當DROM=1時，片上ROM配置到程序和數(shù)據(jù)存儲空間；當DROM=0時，片上ROM不配置到數(shù)據(jù)存儲空間，DROM與MP/MC狀態(tài)無關。程序存儲空間當芯片復位時，復位、中斷和陷阱矢量分配在FF80h開始的程序存儲空間5410允許中斷向量表重定位到任意一個128字的邊界上，這讓使用者可以把中斷向量表放到程序存儲器的其他位置，并從程序存儲空間中刪除片上ROM片上ROM中有128個字用于保存檢測設備，應用代碼要避開這段存儲器FF00h-FF7Fh在5410片上的ROM中固化有以下內(nèi)容。其中片上ROM中固化的Sine表在程序中有著更廣泛的應用價值，C5410利用頁擴展的方式可以擴展程序存儲器最多達1MB，為了實現(xiàn)頁擴展，C5410提供了一些增強的特性：⑴20條地址線；⑵額外的存儲器映射寄存器，擴展程序計數(shù)器XPC；⑶六條額外的指令用于尋址擴展的程序存儲空間，C5410有16頁存儲空間，每頁64K當片上RAM配置到程序存儲空間后擴展程序存儲器的所有被分為兩個部分：共享部分和獨立部分。共享部分在任何一頁都可以訪問，獨立部分則僅在特定頁中訪問。當片上ROM可以訪問時ROM配置到程序空間的第0頁，在其他頁中不能訪問片上，ROM芯片通過XPC的值來訪問程序存儲器的各個頁。XPC作為存儲器映射寄存器被放到數(shù)據(jù)存儲器的001Eh處。數(shù)據(jù)存儲空間C5410可以尋址64K的數(shù)據(jù)存儲空間片上的ROM，雙存取RAM(DARAM)可以通過軟件配置到數(shù)據(jù)存儲空間中，芯片在訪問存儲器時會自動訪問這些單元。當DAGEN數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器產(chǎn)生了不在片上存儲器的地址時會自動產(chǎn)生一個外部總線操作。一般將片上ROM配置到數(shù)據(jù)存儲空間，需要修改PMST寄存器的DROM位，來允許將片上ROM當作數(shù)據(jù)存儲器來訪問。C5410的數(shù)據(jù)存儲器第0頁的0000h-007Fh存放著寄存器映射寄存器內(nèi)容包括：⑴無等待狀態(tài)訪問的CPU寄存器共26個⑵片上外設的控制和數(shù)據(jù)寄存器存放在0020h-005Fh的地址中⑶用于補充的32個字的DARAM，這就不必將較大的RAM塊分成小碎片下面重點介紹幾個重要的寄存器：⑴中斷寄存器IMRIFR地址0h和1h其中中斷屏蔽寄存器IMR可以個別的禁止或允許指定的可屏蔽中斷，中斷標志寄存器IFR可以指定當前的中斷狀態(tài)；⑵狀態(tài)寄存器ST0ST1地址6h和7h狀態(tài)寄存器包含C5410的不同的狀態(tài)和模式，其中ST0包括了算術運算和位操作使用的狀態(tài)位OVA、OVBC和TC及DP字段ARP字段，ST1反映了處理器和指令執(zhí)行所依賴的模式和狀態(tài)；⑶輔助寄存器AR0~AR7地址10h到17h共有8個16位的輔助寄存器可被CPU和輔助寄存器算術單元ARAus修改。主要作用是產(chǎn)生16位的數(shù)據(jù)存儲空間地址或作通用目的寄存器或保存變量；⑷處理器模式狀態(tài)寄存器PMST地址1Dh用于控制存儲器的配置；⑸擴展程序計數(shù)器XPC地址1Eh高7位指定當前程序存儲器的頁，低位指定當前程序存儲器的地址。3、I/O空間C5410提供了64K的I/O空間，尋址范圍是0000H-0FFFFH，作用是與片外設備連結(jié)PORTR和PORTW兩條指令可以訪問這段存儲空間。它適用于訪問映射到I/O空間的設備而不是存儲器。2.3.3中央處理器CPUC5410與其它的54x芯片使用相同的CPU它包括：⑴40位算術邏輯單元（ALU）⑵兩個40位的累加器⑶桶形移位器⑷17*17位的乘法器（5）40位加法器（6）比較、選擇和存儲單元（CSSU）⑺數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器DAGEN和程序地址產(chǎn)生器（PAGEN）另外，還包括了指數(shù)譯碼器等特殊應用硬件元件，通過這些硬件極大的提高了C5410在作算術運算時的能力。2.3.4數(shù)據(jù)存儲器尋址C5410提供了七種基本的尋址方式，如表1示。表1TMS320C54X的尋址方式?義Y即r址指令祚碼是產(chǎn)生—個宣點數(shù)絕村J址指令林碼時產(chǎn)宅一個16位的地址累加器尋址便用累加器訪M程儲器中的數(shù)據(jù)Fi.接尋川在指令字中包含地址的低七位.再與數(shù)據(jù)頁指什DP或堆棧指汁SF翅成實同;地址』接習Jil利川輔助打儲■訪問存儲器存儲器眇！R寄存器尋址在不修改數(shù)據(jù)頁指針和地棧指針的情況F,使用存儲器尋址方式訪問CPU和片上的外設的寄存器堆枝打址管理系統(tǒng)堆棧入棧11出棧操作2.3.5程序存儲器尋址PC寄存器一般用于程序存儲器尋址。由程序存儲器地址產(chǎn)生邏輯PAGEN加載，一般PAGEN在取指之后連續(xù)增加PC值。但當遇到非順序的操作，如跳轉(zhuǎn)，調(diào)用返回條件操作指令重復復位和中斷時PC值產(chǎn)生非連續(xù)的變化。2.3.6流水線操作C5410的流水線一共有6級，流水線的每一級都是獨立運行的，一個周期可以由六條指令處于流水線上的不同階段。當PC值出現(xiàn)非連續(xù)的變化時，如跳轉(zhuǎn)調(diào)用和返回一條或多條流水線上的指令會被放棄。2.3.7片上外設C54x包含有相同的CPU，但是CPU連結(jié)不同的片上外設C5410包括的外設有：⑴通用目的輸出引腳BIO和XF⑵軟件等待狀態(tài)發(fā)生器⑶可編程存儲器切換邏輯⑷并行口⑸硬件定時器(6)串行口，主要是多通道緩沖串行口2.3.8外部總線接口C5410能尋址64K的數(shù)據(jù)存儲器，64K的程序存儲可外部擴展和64K的I/O空間，任何對外部存儲器或I/O設備的訪問都要使用外部總線接口，外部總線接口的READY引腳和片上的軟件等待狀態(tài)發(fā)生器保證處理器能夠與各種速度不同的外部設備連接。外部總線接口的HOLD方式允許其他設備占用54x的外部總線。這樣，外部設備就可以訪問54x的程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和I/O空間上的資源。2.3.9IEEE1149.1標準的邏輯掃描電路片上的JTAG接口符合IEEE1149.1標準，這個接口用于硬件仿真和測試，所應用的TI公司提供的開發(fā)套件中就包含了一個硬件仿真器，使用硬件仿真器可以縮短工程開發(fā)周期，提高工作效率。2.4DSP的開發(fā)環(huán)境DSP的開發(fā)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個方面。其中硬件包括一套DSK開發(fā)板和仿真器；軟件包括CCS開發(fā)環(huán)境。DSP的開發(fā)主要是圍繞著這兩方面進行的。2.4.1DSK簡介DSK的全稱是DSPStarterKit，即DSP初學者套件。DSK為用戶提供了一個開發(fā)DSP的方便的平臺。由于DSK板上提供了基本的硬件支持，結(jié)合適當?shù)能浖_發(fā)工具，簡化了開發(fā)工作，縮短了開發(fā)周期，在DSK板上主要包括如下資源：100MHzVC5402DSP芯片64K字外部擴展的SRAM64K*16256K字的FLASH存儲器256K*16仿真器JTAG測試總線控制器SN74ACT8990JTAGTBC及與主機相連接的并行接口模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TITLC320AD50A/Dconverter兩個電話接口(DAA)麥克風/揚聲器接口并行口RS-232串行口擴展子板接口LED*4其中三個可供程序運行時點亮提示DSK板上提供的豐富的硬件資源，使得開發(fā)過程中硬件方面可以節(jié)省大量的工作。DSK板上提供了一個八位跳線開關，可以通過它申請外部中斷，實現(xiàn)不同的功能。另外，板上還提供了諸如14針的外部JTAG接頭，10針的CPLD的JTAG接頭，25針的符合IEEE-1284的為JTAG/HP［接入提供的并口等外部接口，通過JTAG接頭可以與計算機內(nèi)運行的CCSCodeComposerStudio進行實時數(shù)據(jù)交換RTDX提高編程調(diào)試的效率通過JTAG接頭與主機進行實時數(shù)據(jù)交換的過程可見圖3示。圖3實時數(shù)據(jù)交換的過程JTAG接口符合IEEE1149.1標準邊界掃描邏輯測試技術規(guī)范，這一技術規(guī)范是80年代由聯(lián)合測試行動組JTAGJointTestActionGroup開發(fā)的，這個邊界掃描測試BST結(jié)構(gòu)提供了有效的測試，引線間隔致密的電路板上零部件的能力，通過BST結(jié)構(gòu)測試引腳連結(jié)而不必使用物理測試探針，可以在器件正常工作時，獲功能數(shù)據(jù)。器件的邊界掃描單元能夠迫使邏輯追蹤引腳信號或是從引腳或器件核心邏輯信號中捕獲數(shù)據(jù)，強行加入的測試數(shù)據(jù)串行移入邊界掃描單元捕獲的數(shù)據(jù)串行移出并在器件外部同預期的結(jié)果進行比較。通過擴展可以將多個器件連成菊花鏈，一次進行統(tǒng)一的輸

入與讀出操作。TI提供的增強型JTAG連接，是一種可與任意DSP系統(tǒng)相連的低侵擾式的連接，使得CCS能夠控制程序的執(zhí)行，實時監(jiān)視程序運行。通過主機和DSPAPIs提供主機和DSP之間的雙向?qū)崟r數(shù)據(jù)交換，能夠使開發(fā)者實時連續(xù)的觀察到DSP應用的實際工作方式，仿真接口提供主機一側(cè)的JTAG連接，如TIXSD510。2.4.2CCS開發(fā)環(huán)境本節(jié)將介紹CCSCodeComposerStudio的基本開發(fā)環(huán)境、軟件開發(fā)過程、CCS組件。CCS提供了配置、建立、調(diào)試、跟蹤和分析程序的工具，它便于實時、嵌入式信號處理程序的編制和測試，能夠加速開發(fā)進程，提高工作效率。CCS概述CCS全稱是CodeComposerStudio它提供了基本的代碼生成工具，具有一定的調(diào)試、分析能力，在CCS下的程序開發(fā)過程如圖4示。圖4程序開發(fā)過程CCS包括：1、CCS代碼生成工具2、CCS集成開發(fā)環(huán)境IDE3、DSP/BIOS插件程序和APIRTDX插件，主機接口和API等。下面將著重介紹前兩項。代碼生成工具代碼生成工具奠定CCS所提供的開發(fā)環(huán)境的基礎，典型的軟件開發(fā)流程如圖2.5示。編輯源文件和命令文件鏈接使用鏈接器生成町執(zhí)行代碼

匯編使用編輯器生成門標文件主要應用到的工具包括：軟件調(diào)試器H標格式轉(zhuǎn)換101、C編譯器：產(chǎn)生匯編源代碼；2、匯編器：把匯編語言源文件翻譯成機器語言目標文件；3、連接器：把多個目標文件組合成單個可執(zhí)行目標模塊；4、歸檔器：可以把一組文件收集到一個歸檔文件中，這在長時間的調(diào)試時是十分有用的，運行支持庫run_time_supportlibraries,包括C編譯器所支持的ANSI標準運行函數(shù)、編譯器公用程序函數(shù)、浮點運算函數(shù)和C編譯器支持的I/O函數(shù)；5、十六進制轉(zhuǎn)換公用程序(haxconversionutility)可以把COFF目標，文件轉(zhuǎn)換成TI-Tagged、ASCII-hexIntel、Motorola-S、Tektronix等目標格式之后把轉(zhuǎn)換好的文件下載到EPROM編程器中。軟件調(diào)試器H標格式轉(zhuǎn)換10CCS集成開發(fā)環(huán)境調(diào)試DSP目標程序，它主要由幾個主要的窗口組成：工程組顯示窗口、程序內(nèi)容顯示窗口、編輯信息提示窗口和主要工具欄。另外，在編輯過程中還可以顯示諸如存儲器觀察窗口、變量監(jiān)視框、圖形顯示框等調(diào)試界面，他們?yōu)槌绦蚓帉懻{(diào)試提供多種手段為軟件開發(fā)提供了極大的方便。圖6就是基本編輯界面。L.it1;QFil-+|LjIzJ_|Frt-jeeLz蟲firlib■Ljyi?CWia[ElEarlh"h.r-:p1+匚|iTItlTldti+IjbE-HF3QXEl_j|OC54￡￡v<ic.iui>匡IDinyHsni1-1LL._:_-L._<L__k_Jl.L-JL.ll.!—put[-'1'-z.-.l_1r:.I:ih■_!i.jiiI[._.1.:.-I.I:In：i-li：_■■■it.i|i|■ri-iI=i■i;■："?￡[L.it1;QFil-+|LjIzJ_|Frt-jeeLz蟲firlib■Ljyi?CWia[ElEarlh"h.r-:p1+匚|iTItlTldti+IjbE-HF3QXEl_j|OC54￡￡v<ic.iui>匡IDinyHsni1-1LL._:_-L._<L__k_Jl.L-JL.ll.!—put[-'1'-z.-.l_1r:.I:ih■_!i.jiiI[._.1.:.-I.I:In：i-li：_■■■it.i|i|■ri-iI=i■i;■："?￡[i].ilv.d7-C.J:”-I:l"I|.II：i-1=0■I；L^l.4.IIL-J：.[-_..H■|￡J3fJr■1=1r1<1■-■■■I■；■-+I■:Ins11nput[rj4i-1].r&d1(InpLit+i)jInsiinput[n+i-l].imag=0;,灣'八信婦左移,謎映數(shù)如分^L024^)(.QSCl.W:0"：：0/：i-:■-■■■■:危二.O.-.k:、L「?O.，L>:0M：Z27C:CU"：二,0/1I■:-"「?O.'i-;?:0M：-T=-和—…qIy-111--.?-l-l-JL1-"r.■■-I-I卜21^-；■11「「H?-liT■.■■■-IIIIII：l".":'-IZI-1'■■+test_mput=Oz1040■o_=riv.-LKiUmliin7zI：_-ii-=n：+tBmp_p=unknp?niident:j-cii=二:■?r.llieli111t：：!：■-i.：iI.、■>：-1■：■Ii--i:1--TFurTftrhmi!Laca±^C3n如unt|Avqre-:1J._e.■:__j.un1二L?r1J._.l-__j.u□<_d_J]心3數(shù)字濾波器的設計原理3.1關于IIR與FIR濾波器。對于一般的數(shù)字濾波器，按照單位沖激響應可分為無限長沖激響應IIR(InfiniteImpulseResponse)系統(tǒng)和有限長沖激響應FIR(FiniteImpulseResponse)系統(tǒng)。在IIR系統(tǒng)中，用有理分式表示的系統(tǒng)函數(shù)來逼近所需要的頻率響應，即其單位沖激響應h(n)是無限長的；而在FIR系統(tǒng)中，則用一個有理多項式表示的系統(tǒng)函數(shù)去逼近所需要的頻率響應，即其單位沖激響應h(n)在有限個n值處不為零。IIR濾波器由于吸收了模擬濾波器的結(jié)果，有大量的圖表可查，可以方便、簡單、有效地完成設計，效果很好，但是其相位特性不好控制，必須用全通網(wǎng)絡進行復雜的相位較正，才能實現(xiàn)線性相位特性的要求。FIR濾波器則可在幅度特性隨意設計的同時，保證精確、嚴格的線性相位特性。這在要求相位線性信道的現(xiàn)代電子系統(tǒng)，如圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中，是具有很大吸引力的。而且，其單位沖激響應是有限長的，不存在不穩(wěn)定的因素，并且可用因果系統(tǒng)來實現(xiàn)。3.2FI濾波器的設計3.1.1FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字濾波是將輸入的信號序列，按規(guī)定的算法進行處理，從而得到所期望的輸出序列。一個線性位移不變系統(tǒng)的輸出序列y(n)和輸入x(n)之間的關系，應滿足常系數(shù)線性差分方程，見公式3.1.N-lM川）=￡右*—^y{n—，）打}0（3.1!i=0j=1

其中，x(n)為輸入序列，y(n)為輸出序列，為濾波器系數(shù)，N是濾波器的階數(shù)。若上式中所有的均為零，則有FIR濾波器的差分方程為：(3.2)N-1kx(n—k)k=QN-\=￡脂f=o對上式進行Z變換得到FIR(3.2)N-\=￡脂f=o(3.3)由上式可以看出，H(z)是的N-1次多項式，它在z平面內(nèi)有N-1個零點，同時在原點處有N-1個重極點。N階濾波器通常采用N個延遲單元、N個加法器與N+1個乘法器，取圖7中(a)、(b)兩種結(jié)構(gòu)。因為FIR濾波器的單位抽樣響應是有限長的，所以它永遠是穩(wěn)定的。另外，若對h(n)提出一些約束提出一些約束條件，那么可以很容易地使H(z)具有線性相位，這在信號處理的很多領域是非常重要的。FIR濾波器的設計任務，是要決定一個轉(zhuǎn)移函數(shù)H(z)，使它的頻率響應滿足給定的要求。這里所說的要求，除了通帶頻率、阻帶頻率及兩個帶上的最大和最小衰減和外，很重要的一條是保證H(z)具有線性相位。3.1.2FIR濾波器的常規(guī)設計方法FIR濾波器的設計任務就是給定要求的頻率特性，按一定的最佳逼近準則，選取濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)H(z)中的各個參數(shù)h(n)，即濾波器的單位抽樣響應及階數(shù)N，使得頻率特性滿足設計要求。通常FIR濾波器的設計方法主要有三種：窗函數(shù)法、頻率抽樣法和切比雪夫等波紋逼近法。其中窗函數(shù)法可以應用比較現(xiàn)成的窗函數(shù)，因而設計簡單，在指標要求不高的場合使用方便靈活。下面我們來簡單介紹一下這三種設計方法。窗函數(shù)法窗函數(shù)法也稱為傅立葉級數(shù)法。理想的數(shù)字濾波器頻率特性是無法實現(xiàn)的，F(xiàn)IR的設計就是要尋找一個可以得到的頻率特性去逼近它，這相當于用一個可實現(xiàn)的單位脈沖響應去逼近一個理想單位脈沖響應可由理想頻率特性通過傅氏反變換得到：(3.4)1M一般來說，這樣得到的理想單位脈沖響應序列h(n)d是個無限長序列，因而是

非因果的。設有一個截止頻率為理想線性相位低通，其頻率特性是:(3.4)(3.5)得到：rz、sinfty-r)l“八hd。7)—-00<A7<GO(3.6)這是一個中心偶對稱的無限長非因果序列，要想用一個有限長的因果序列去逼近它，最簡單的方法是截取n從0到N-1的一段來表示它。同時，為了保證線性相位，還要滿足偶對稱。。這就好像通過一個窗口觀看到的一段龍(n)d，因此h(n)就表示成h(n)d和一個窗口函數(shù)的乘積。這樣對h(n)的求解就變?yōu)閔(n)=h(n)d*Wn，這里的就稱為窗口函數(shù)Wn既然一個頻域上的標準的矩形窗口對應于時域是一個無限長的序列，那么在時域上截取一段勢必造成頻域的矩形窗口的失真。結(jié)果就是截取出的信號也相應失真，為了補償這種失真，只有改變原來窗口的形狀，修正經(jīng)過時域截取后的窗口失真。頻率抽樣法窗函數(shù)法法是從時域出發(fā)，用窗函數(shù)截取理想的h(n)d頻率抽樣法是從頻率出發(fā)，將給定的理想頻響加以等間隔抽樣。(3-7)(3-7)然后以此作為FIR濾波，再根據(jù)DFT(離散付氏變換)定義由頻域這N個抽樣值來唯一確定一個有限長序列h(n)，同樣也可以算出FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)及頻率響應?？梢酝瞥鲱l率響應是頻率抽樣值H(k)與線性相位因子及如下內(nèi)插函數(shù)S(3,k)的線性組合。.coN1戒smS(以，k)=-泊―^-―(3.8)N.赤sniUN)所以，在各頻率取樣點上，實際濾波器的頻響是嚴格地和所要求的濾波器的頻響一致的，逼近誤差為零，但在抽樣點之間的頻響是各取樣點的內(nèi)插函數(shù)的延伸疊加而成，有一定的逼近誤差，誤差大小取決于頻率響應曲線的圓滑程度和抽樣點的密度為了減少誤差就要增加抽樣點數(shù)目即增大采樣頻率，抽樣點之間的理想頻率特性變化越陡，則逼近誤差越大，在理想頻率特性的不連續(xù)點附近會產(chǎn)生肩峰和紋波。頻率抽樣法的優(yōu)點是可以直接在頻域設計，適于利用最優(yōu)化方法，而且這種方法特別適用于窄帶選頻濾波器，但頻率抽樣法的抽樣頻率只能是2n/N的整數(shù)倍

或2n/N的整數(shù)倍加上n/N不能保證截止頻率3c的準確取值，要實現(xiàn)精確的3c就必須取N大，相應的計算量也大。此外，它的阻帶最大衰減一般，也只有30-50dB左右，很難滿足頻域特性要求較高的場合。(3)Chebyshev逼近法窗函數(shù)法和頻率采樣法設計出的濾波器的頻率特性都是在不同意義上對所給理想頻率特性逼近。由數(shù)值逼近理論可知，對某個函數(shù)f(x的逼近一般有以下三種方法：插值法最小平方逼近法一致逼近法切比雪夫最佳一致逼近的基本思想是，對于給定區(qū)間［a，b］上的連續(xù)函數(shù)，在所有n次多項式的集合中，尋找一個多項式p(x)，使它在［a，b］上對的偏差和其它一切屬于的多項式p(x)對f(x)的偏差相比是最小的，即：maxG)|=min{max(p(x)-f(x))|(3.9)切比雪夫逼近理論，這樣的多項式是存在的，且是唯一的，并指出了構(gòu)造這種最佳一致逼近多項式的方法，就是有名的“交錯點組定理”。切比雪夫逼近理論解決了p(x)的存在性、唯一性和如何構(gòu)造等問題。J.H.McClellan、T.W.Parks、L.R.Rabiner等人應用切比雪夫逼近理論提出了一種設計FIR濾波器的計算機輔助算法。這種算法由于是在一致意義上對給理想頻率特性作最佳逼近，因而獲得了較好的通帶和阻帶性能，并能準確地指定通帶和阻帶的邊緣。但它的效率依賴于初始極值頻率點的估計，且通帶和阻帶內(nèi)波紋數(shù)較多