DSP信號(hào)采集處理與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(卷積 FFT FIR 濾波算法源碼)

ID:275213 · 發(fā)表于 2018-1-12 15:05

dsp高速數(shù)字處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告

（2017-2018 學(xué)年第 1 學(xué)期）

題　目：_高速數(shù)字處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)__

專(zhuān)業(yè)班級(jí) ：___電子15-2班_______

學(xué)生姓名：________　王　宇_________

學(xué)　　號(hào) ：＿＿ 1505020223_______

指導(dǎo)教師：____宋華軍、周衛(wèi)東_____

設(shè)計(jì)成績(jī) ：_________________________

一設(shè)計(jì)目的

通過(guò)對(duì)基于TMS320VC5416的信號(hào)采集處理與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)掌握PCB設(shè)計(jì)軟件AD(Altium Designer) 的使用方法，以及卷積、FFT、FIR 濾波器等數(shù)字信號(hào)處理算法并熟悉 TI 的 DSP 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 CCS軟件的使用，掌握基于 DSP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。

二系統(tǒng)分析2.1 設(shè)計(jì)要求

①設(shè)計(jì)一個(gè)功能完備，能夠獨(dú)立運(yùn)行的精簡(jiǎn) DSP 硬件系統(tǒng)。繪制出系統(tǒng)的功能框圖、使用AD（Altium Designer）繪制出系統(tǒng)的原理圖和PCB 版圖。

②利用實(shí)驗(yàn)箱的模擬信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)，或者產(chǎn)生兩個(gè)頻率的信號(hào)的疊加。在 DSP 中采集信號(hào)，并且對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，濾波等。通過(guò)鍵盤(pán)或者串口命令選擇算法的功能，將計(jì)算的信號(hào)頻率或者濾波后信號(hào)的頻率在LCD 上顯示。

主要功能如下：

一、對(duì)外部輸入的模擬信號(hào)采集到DSP 內(nèi)存，會(huì)用CCS 軟件顯示采集的數(shù)據(jù)波形。

二、對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行如下算法分析：

（1）頻譜分析：使用fft 算法計(jì)算信號(hào)的頻率。

（2）對(duì)信號(hào)進(jìn)行IIR 濾波或FIR 濾波，并且計(jì)算濾波前后信號(hào)的頻率。

三、外部鍵盤(pán)或者從計(jì)算機(jī)來(lái)的串口命令選擇算法功能，并且將結(jié)果在LCD 上顯示。

2.2 主要任務(wù)

①繪制出DSP系統(tǒng)的功能框圖、使用AD（Altium Designer）繪制出系統(tǒng)的原理圖和PCB 版圖。

②在 DSP 中采集信號(hào)，用CCS 軟件顯示采集的數(shù)據(jù)波形，以及對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析。

三硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件總體結(jié)構(gòu)

3.2 DSP 模塊設(shè)計(jì)

3.3 電源模塊設(shè)計(jì)

將5V電源電壓轉(zhuǎn)換為3.3V和1.6V電源

3.4 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

此處由外部晶振提供時(shí)鐘信號(hào)

3.5 存儲(chǔ)器模塊設(shè)計(jì)

3.6 JTAG模塊設(shè)計(jì)

3.7 TMS320VC5416 最小系統(tǒng) PCB 版圖

板上包括了支持TMS320VC5416獨(dú)立運(yùn)行的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、Flash模塊、JTAG仿真接口電路以及電源模塊等。

四軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件總體流程

4.3 程序運(yùn)行效果

①：采集的數(shù)據(jù)及其FFT計(jì)算結(jié)果：

②：51階濾波器波形：

③：濾波前后信號(hào)頻譜圖：

④：采集數(shù)據(jù)波形和濾后波形比較：

LCD顯示結(jié)果：

五課程設(shè)計(jì)總結(jié)

為期兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。此次課程設(shè)計(jì)包含硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，從PCB板的繪制，到CCS軟件的使用，利用軟件實(shí)現(xiàn)卷積，F(xiàn)FT算法，濾波器等實(shí)驗(yàn)。首先，感謝兩位老師：宋老師，周老師的辛勤付出。

在此次課程設(shè)計(jì)中，在硬件設(shè)計(jì)部分，首先從硬件整體模塊的設(shè)計(jì)，到PCB板原理圖的繪制，再到最后PCB板的繪制，收獲頗豐。真正的理解了實(shí)際中做一件東西的具體流程，也學(xué)會(huì)了些許步驟。在拿到一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)了解實(shí)際目的，設(shè)計(jì)要求，從最終的要求出發(fā)，一步一步的去完成，同時(shí)也要查閱各種資料，找到對(duì)應(yīng)的參照項(xiàng)目，這樣會(huì)省去很多的時(shí)間。而一個(gè)典型的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，存儲(chǔ)器接口，模數(shù)接口，通訊接口。在硬件設(shè)計(jì)的第一步整體模塊的設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)當(dāng)確定整體的芯片需求以及外圍電路的設(shè)計(jì)，選擇合適的芯片，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)耐鈬娐芬堰_(dá)到設(shè)計(jì)的最終要求。而在畫(huà)PCB板原理圖時(shí)，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)的畫(huà)出各個(gè)模塊，細(xì)節(jié)部分不能忽視，包括一個(gè)電阻，電容，學(xué)會(huì)新建元器件庫(kù)，會(huì)畫(huà)部分器件的封裝，打到最后的編譯無(wú)錯(cuò)誤。在最后的繪制PCB板的過(guò)程中，首先確定元器件的封裝無(wú)錯(cuò)誤，然后進(jìn)行元器件的擺放以及鏈接。而在此過(guò)程中，要注意規(guī)則的設(shè)置，以及層數(shù)的設(shè)計(jì)，到達(dá)利用最少的層數(shù)去完成所需的硬件。

在軟件部分的設(shè)計(jì)中，從剛開(kāi)始的熟悉CCS編譯環(huán)境，到AD采樣，再到對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉運(yùn)算，進(jìn)行頻譜分析，以及后來(lái)的對(duì)采樣的信號(hào)進(jìn)行濾波，設(shè)計(jì)IIR和FIR濾波器對(duì)AD采樣的信號(hào)進(jìn)行處理，觀察處理后的信號(hào)的頻譜，掌握利用軟件進(jìn)行卷積運(yùn)算，F(xiàn)FT運(yùn)算，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)等。在這一部分的設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)由于自己的C語(yǔ)言知識(shí)不夠牢固，對(duì)軟件部分的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生了很大的阻礙，一定的編程能力本來(lái)對(duì)于電子的學(xué)生來(lái)說(shuō)是很重要的，但是在長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)中很多人只側(cè)重于理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而忽略的實(shí)際的動(dòng)手能力，我們都是這一群人中的一個(gè)，導(dǎo)致了最后的動(dòng)手能力，編程能力急劇下降。

在這次的課程設(shè)計(jì)中，由于自己比較喜歡干貨，不太喜歡理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，所以在動(dòng)手這一方面，自己是較為感興趣的，也真正的全身心的投入進(jìn)去，同時(shí)又學(xué)到了很多東西，接觸之前未曾接觸過(guò)的知識(shí)，不斷地提升自己，在實(shí)踐中成長(zhǎng)。同時(shí)在此次設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足，雖然自己對(duì)于動(dòng)手方面比較感興趣，但是自己的理論知識(shí)的儲(chǔ)備不夠完善，編程能力較為低下等，這都是對(duì)于自身發(fā)展的很大的阻礙，希望在今后的學(xué)習(xí)生活中能夠不斷地完善自己，充實(shí)自己，學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，更大程度的增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。最后，再次感謝兩位老師的辛勤付出。

六參考文獻(xiàn)

【1】吳鎮(zhèn)揚(yáng).數(shù)字信號(hào)處理[J] 2009,(第1期).

【2】鄒理和.數(shù)字信號(hào)處理.上冊(cè).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985.

【3】張雄偉，曹鐵勇.DSP芯片的原理與開(kāi)發(fā)應(yīng)用.第二版.北京：電子工業(yè)出版社 2000.

4.2 核心模塊及實(shí)現(xiàn)代碼

FFT算法程序：

void kfft(double pr[LEN],double pi[LEN],int n,int k,double fr[LEN],double fi[LEN],int l,int il)
{
int it,m,is,i,j,nv,l0;
double p,q,s,vr,vi,poddr,poddi;
for (it=0; it<=n-1; it++)
{ m=it; is=0;
for (i=0; i<=k-1; i++)
{ j=m/2; is=2*is+(m-2*j); m=j;}
fr[it]=pr[is]; fi[it]=pi[is];
}
pr[0]=1.0; pi[0]=0.0;
p=6.283185306/(1.0*n);
pr[1]=cos(p); pi[1]=-sin(p);
if (l!=0) pi[1]=-pi[1];
for (i=2; i<=n-1; i++)
{ p=pr[i-1]*pr[1]; q=pi[i-1]*pi[1];
s=(pr[i-1]+pi[i-1])*(pr[1]+pi[1]);
pr[i]=p-q; pi[i]=s-p-q;
}
for (it=0; it<=n-2; it=it+2)
{ vr=fr[it]; vi=fi[it];
fr[it]=vr+fr[it+1]; fi[it]=vi+fi[it+1];
fr[it+1]=vr-fr[it+1]; fi[it+1]=vi-fi[it+1];
}
m=n/2; nv=2;
for (l0=k-2; l0>=0; l0--)
{ m=m/2; nv=2*nv;
for (it=0; it<=(m-1)*nv; it=it+nv)
for (j=0; j<=(nv/2)-1; j++)
{ p=pr[m*j]*fr[it+j+nv/2];
q=pi[m*j]*fi[it+j+nv/2];
s=pr[m*j]+pi[m*j];
s=s*(fr[it+j+nv/2]+fi[it+j+nv/2]);
poddr=p-q; poddi=s-p-q;
fr[it+j+nv/2]=fr[it+j]-poddr;
fi[it+j+nv/2]=fi[it+j]-poddi;
fr[it+j]=fr[it+j]+poddr;
fi[it+j]=fi[it+j]+poddi;
}
}
if (l!=0)
for (i=0; i<=n-1; i++)
{ fr[i]=fr[i]/(1.0*n);
fi[i]=fi[i]/(1.0*n);
}
if (il!=0)
for (i=0; i<=n-1; i++)
{ pr[i]=sqrt(fr[i]*fr[i]+fi[i]*fi[i]);
if (fabs(fr[i])<0.000001*fabs(fi[i]))
{ if ((fi[i]*fr[i])>0) pi[i]=90.0;
else pi[i]=-90.0;
}
else
pi[i]=atan(fi[i]/fr[i])*360.0/6.283185306;
}
}

復(fù)制代碼

卷積程序：

void Convolveok( //卷積函數(shù)
double *x, // 原始輸入數(shù)據(jù)
double *h, // 沖擊響應(yīng)
double *y, // 卷積輸出結(jié)果
UINT16 Leng, // 序列長(zhǎng)度
UINT16 h_Len)
{
UINT16 m,p,j;
double r,rm;
double xmean = 0.0;
double xmid[100];
for(m=0;m<h_Len;m++)
{
xmid[m] = 0.0;
}
for (m=0; m<Leng; m++)
{
xmean = x[m] + xmean;
}
xmean = 1.0*xmean/Length;
for (m=0; m<Leng; m++)
{
x[m] = x[m] - xmean;
}
for (m=0; m<Leng; m++)
{
for (p=0; p<h_Len; p++)
{
xmid[h_Len-p-1] = xmid[h_Len-p-2];
}
xmid[0] = x[m];
r = 0.0;
rm= 0.0;
for (j=0; j<h_Len; j++)
{
r = xmid[j] * h[j];
rm = rm + r;
}
y[m] = rm;
}
}

復(fù)制代碼

頻譜函數(shù)，求最大值和次大值函數(shù)：

void pinpu(double pr[Length])
{
num1=0;
num2=0;
v=0;
for(k=0;k<128;k++)
{
value[k]=0;
number[k]=0;
}
for(k=1;k<127;k++)
{
if(pr[k]>=pr[k-1]&&pr[k]>=pr[k+1])
{
value[v]=pr[k];
number[v]=k;
v++;
}
}
max1=value[0];
max2=value[0];
for(k=1;k<=127;k++)
{
if(value[k]>=max1)
{
max2=max1;
max1=value[k];
num2=num1;
num1=number[k];
}
else if(value[k]>=max2)
{
max2=value[k];
num2=number[k];
}
fk1=250000/256*num1;
fk2=250000/256*num2;
if(fk1>fk2)
{
fk3=fk1;
fk1=fk2;
fk2=fk3;
}
}
}

復(fù)制代碼

FIR濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)

void firdes(double npass)  //FIR濾波器子程序
  {
            int t;
               for (t=0; t<51; t++)
            {
if (t == ((51-1)/2))
            h[t]=2*npass;
else
            h[t] = sin((t-(51-1)/2.0)*npass*2*pii)/(pii*(t-(51-1)/2.0));
            }

  }

LCD顯示函數(shù)：

void transform()//databuff轉(zhuǎn)換函數(shù)
{
data_buff3[0]=0xb8;
data_buff3[1]=0xdf;
data_buff3[2]=0xc6;
data_buff3[3]=0xb5;
number1[0]=fk1/10000;
number1[1]=fk1/1000-number1[0]*10;
number1[2]=fk1/100-number1[0]*100-number1[1]*10;
number1[3]=fk1/10-number1[0]*1000-number1[1]*100-number1[2]*10;
ffk1=fk1-number1[0]*10000-number1[1]*1000-number1[2]*100;
ffk1=ffk1*10;
asm(" nop ");
number1[4]=ffk1/10;
data_buff3[4]=number1[0]+0x30;
data_buff3[5]=number1[1]+0x30;
data_buff3[6]=number1[2]+0x30;
data_buff3[7]=number1[3]+0x30;
data_buff3[8]=number1[4]+0x30;
//******************************//
data_buff4[0]=0xb5;
data_buff4[1]=0xcd;
data_buff4[2]=0xc6;
data_buff4[3]=0xb5;
number2[0]=fk2/10000;
number2[1]=fk2/1000-number2[0]*10;
number2[2]=fk2/100-number2[0]*100-number2[1]*10;
number2[3]=fk2/10-number2[0]*1000-number2[1]*100-number2[2]*10;
ffk2=fk2-number2[0]*10000-number2[1]*1000-number2[2]*100;
ffk2=ffk2*10;
asm(" nop ");
number1[4]=ffk2/10;
data_buff4[4]=number2[0]+0x30;
data_buff4[5]=number2[1]+0x30;
data_buff4[6]=number2[2]+0x30;
data_buff4[7]=number2[3]+0x30;
data_buff4[8]=number2[4]+0x30;
}
void display() //顯示函數(shù)
{
UINT16 temp,i;
//----------系統(tǒng)初始化-------------------------------
asm(" nop ");
cpu_initt(); //初始化CPU
asm(" nop ");
//-----------LCD初始化--------------------------------
asm(" nop ");
Initlcm();
//------------LCD顯示---------------------------------
for(;;)
{
Delay(500);
//-----------------------------------------------------------
SendCMD(0x0080); //設(shè)定DDRAM的地址在第一行 82H
delay_100us();
for(i =0;i<16;i++)
{
SendDat(data_buff1[i]);
delay_100us();
asm(" nop ");
}
asm(" nop ");
//------------------------------
SendCMD(0x0092); //設(shè)定DDRAM的地址在第二行 92H
delay_100us();
for(i =0;i<10;i++)
{
SendDat(data_buff2[i]);
delay_100us();
}
asm(" nop ");
//--------------------------------
SendCMD(0x008a); //設(shè)定DDRAM的地址在第三行 8AH
delay_100us();
transform();
for(i =0;i<10;i++)
{
SendDat(data_buff3[i]);
delay_100us();
}
asm(" nop ");
//--------------------------------
SendCMD(0x009a); //設(shè)定DDRAM的地址在第四行 9AH
delay_100us();
for(i =0;i<10;i++)
{
SendDat(data_buff4[i]);
delay_100us();
}
asm(" nop ");
//-------------------------------------------------------------
delay_100us();
Delay(500);
delay_100us();
SendCMD(CLEAR); //清除顯示
}

復(fù)制代碼

外部中斷2服務(wù)函數(shù)（包含歸一化函數(shù)）：

interrupt void ExtInt2() //中斷2中斷子程序
{
*(unsigned int*)IFR=0xFFFF; //清除所有中斷標(biāo)志,"寫(xiě)1清0" ,這個(gè)語(yǔ)句可以省略，響應(yīng)中斷自動(dòng)清除中斷標(biāo)志
//----讀AD7822的轉(zhuǎn)換結(jié)果----------------
data_buff[i] = port8002 & 0x00ff;
i++;
if(i == 256)
{sum=0;
for(i2=0;i2<256;i2++) //歸一化函數(shù)
{sum=sum+data_buff[i2];}
ave=sum/256;
for(i3=0;i3<256;i3++)
{pr[i3]=data_buff[i3]-ave;
data_buff[i3]=pr[i3];
pi[i3]=0.0;
fr[i3]=0.0;
fi[i3]=0.0;}
kfft(pr,pi,256,8, fr, fi,0,1);
pinpu(pr);
npass=(fk1+fk2)/500000;
firdes(npass);
Convolvevok(data_buff,h,y,256,51);
for(j=0;j<256;j++)
{
pi[j]=0;
}
kfft(y,pi,256,8,fr,fi,0,1);
display();
i = 0; //在此設(shè)斷點(diǎn)
}
return;
}

復(fù)制代碼

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DSP設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告_電子1502王宇1505020223.docx (941.1 KB, 下載次數(shù): 96)

ID:521065 · 發(fā)表于 2021-11-5 14:50

學(xué)習(xí)到了好東西，感謝分享

ID:940788 · 發(fā)表于 2021-6-20 10:28

大神厲害，666

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DSP信號(hào)采集處理與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(卷積 FFT FIR 濾波算法源碼)

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