DSP實(shí)驗(yàn)第二章、C語(yǔ)言算法實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一卷積（Convolve）算法實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解卷積算法的原理。2、學(xué)會(huì)編寫卷積算法。二、實(shí)驗(yàn)原理若LTI系統(tǒng)對(duì)δ(n)的響應(yīng)為h(n)，h(n)稱為系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)，則由時(shí)不變特性可得出系統(tǒng)對(duì)δ(n-k)的響應(yīng)為h(n-k)；離散時(shí)間LTI系統(tǒng)對(duì)輸入x(n)的響應(yīng)為，

此式稱為卷積和，通常記為：

y(n)=x(n)?h(n)開始K<=Length1-1i<=pOutput[k]=Output[k]+x[k-1]*y[i],i++P++,P<=Length1-1K++P=Length1-2k>Length1-1k<=Length1-1I<=pOutput[k]=Output[k]+x[Length1-1-i]*y[iLength1-1-p+i],i++p-1END三、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉卷積的基本原理；2、閱讀所提供的樣例實(shí)驗(yàn)程序；3、運(yùn)行CCS軟件，對(duì)樣例程序進(jìn)行跟蹤，分析結(jié)果；4、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；5、本實(shí)驗(yàn)所提供的樣例子程序操作如下；1）源代碼查看：用下拉菜單中Project/Open，打開”convolve.pjt”，雙擊”Source”可查看源程序，并加載”convolve.out”。2）在程序最后“i=0”處，設(shè)置斷點(diǎn)；3）單擊”Run”運(yùn)行程序，程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處停止。4）用下拉菜單中的View/Graph/Time/Frequency打開一個(gè)圖形觀察窗口；（設(shè)置該圖形觀察窗口的變量及參數(shù)，采用雙蹤觀察兩路輸入變量Input及Impulse的波形，波形長(zhǎng)度為80，數(shù)值類型為32位浮點(diǎn)型；

DisplayType：DualTime StartAddress-upperdisplay：Input StartAddress-lowerdisplay：Impulse AcquisitionBufferSize：80 DisplayDataSize：80

DSPDataType：32-bitfloatingpoint5）再用下拉菜單中的View/Graph/Time/Frequency打開一個(gè)圖形觀察窗口，以觀察卷積結(jié)果波形，該觀察窗口的參數(shù)設(shè)置為：變量為Output，長(zhǎng)度為159，數(shù)據(jù)類型為32位浮點(diǎn)數(shù)；

DisplayType：SingleTime StartAddress：Output AcquisitionBufferSize：159 DisplayDataSize：159

DSPDataType：32-bitfloatingpoint6）調(diào)整觀察窗口，觀察兩路輸入波形和卷積結(jié)果波形；7）關(guān)閉“convolve.pjt”工程文件，關(guān)閉各窗口，實(shí)驗(yàn)結(jié)束；實(shí)驗(yàn)二相關(guān)（Correlation）算法實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解相關(guān)算法。2、學(xué)習(xí)相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備三、實(shí)驗(yàn)原理廣義平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)x(n)和y(n)的相關(guān)函數(shù)的定義為：如果x(n),y(n)是各態(tài)遍歷的，則上式的集合平均可以由單一樣本序列的時(shí)間平均來(lái)實(shí)現(xiàn)，即：如果觀察的點(diǎn)數(shù)N為有限值，則求r(m)估計(jì)值的一種方法是實(shí)際計(jì)算中，有偏估計(jì)為：無(wú)偏估計(jì)為：開始k=0K<length?L<length?r[length-1+k]=r[k]+x[j]*y[j+k]j++K++K=0K<length?L<length?r[length-1-k]=r[k]+x[j+k]*y[j]K++END四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉基本原理，閱讀實(shí)驗(yàn)提供的程序；2、運(yùn)行CCS軟件，記錄相關(guān)系數(shù)；3、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；4、實(shí)驗(yàn)程序操作說(shuō)明1）啟動(dòng)CCS2.0，用Project/open打開“cor01.pjt”工程文件：雙擊“cor01.pjt”及”Source”可查看各源程序：加載“cor01.out”：2）在程序最后“i=0”處，設(shè)置斷點(diǎn)；3）單擊“Run”運(yùn)行程序，或按F5運(yùn)行程序；程序?qū)⑦\(yùn)行至斷點(diǎn)處停止;用下拉菜單中的View/Graph的”Time/Frequency”打開一個(gè)圖形觀察窗口；采用雙蹤觀察輸入x_real及y_real的波形，長(zhǎng)度為128，數(shù)值類型為32位浮點(diǎn)型；DisplayType：DualTime StartAddress-upperdisplay：x_real StartAddress-lowerdisplay：y_real AcquisitionBufferSize：128 DisplayDataSize：128

DSPDataType：32-bitfloatingpoint4）再打開一個(gè)圖形窗口，以觀察相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果，該觀察窗口的參數(shù)設(shè)置為：變量為r_real，長(zhǎng)度255，數(shù)據(jù)類型為32位浮點(diǎn)型；

DisplayType：SingleTime StartAddress：r_real AcquisitionBufferSize：255 DisplayDataSize：255

DSPDataType：32-bitfloatingpoint5）調(diào)整觀察窗口，觀察兩路輸入信號(hào)相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果；程序中，可賦0或1，賦0時(shí)，完成相關(guān)函數(shù)無(wú)偏估計(jì)的計(jì)算，賦1時(shí)，完成相關(guān)函數(shù)有偏估計(jì)的計(jì)算；x_real和y_real為參與相關(guān)運(yùn)算的兩路信號(hào)，當(dāng)x_real=y_real時(shí)，完成自相關(guān)函數(shù)的計(jì)算，而當(dāng)x_real不等于y_real時(shí)，完成互相關(guān)函數(shù)的計(jì)算。6）修改以上參數(shù)，進(jìn)行“RebuildAll”,并重新加載程序，運(yùn)行程序可以看到不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。7）關(guān)閉“cor01.pjt”工程文件，關(guān)閉各窗口，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。相關(guān)運(yùn)算：x_real和y_real波形圖Mode=0時(shí)，r_real波形圖Mode=1時(shí)，r_real的波形圖實(shí)驗(yàn)三FFT的DSP實(shí)現(xiàn)方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)DFT算法原理和基本性質(zhì)的理解。2、熟悉FFT算法原理和FFT子程序的應(yīng)用。3、學(xué)習(xí)用FFT對(duì)連續(xù)信號(hào)和時(shí)域信號(hào)進(jìn)行譜分析，了解可能出現(xiàn)的分析誤差及其原因。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（略）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、復(fù)習(xí)DFT的定義，性質(zhì)和用DFT作頻譜分析的有關(guān)內(nèi)容；2、復(fù)習(xí)FFT算法原理與編程思想，并對(duì)照DIT-FFT運(yùn)算流程圖和程序框圖，了解本實(shí)驗(yàn)提供的FFT子程序；3、閱讀本實(shí)驗(yàn)所提供的樣例子程序；4、運(yùn)行CCS軟件，對(duì)樣例程序進(jìn)行跟蹤，分析結(jié)果；記錄必要的參數(shù)。5、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。6、提供樣例程序操作說(shuō)明1)實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備在模擬信號(hào)產(chǎn)生單元中，一路信號(hào)源產(chǎn)生低頻正弦信號(hào)（S1置“L”），另一路信號(hào)源產(chǎn)生高頻正弦波信號(hào)（S11置“H”）,檢查模擬信號(hào)輸出端口”A””B”應(yīng)短接；實(shí)驗(yàn)箱上電，用示波器分別觀測(cè)out1和out2輸出的模擬信號(hào)，調(diào)節(jié)電位器SPR1，SPR2（out1輸出信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)和幅值調(diào)節(jié)）和電位器SPR1，SPR2(out2輸出信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)和幅值調(diào)節(jié))，直到滿意為止；本樣例實(shí)驗(yàn)程序建議：低頻正弦波信號(hào)為1000Hz/1v;

高頻正弦波信號(hào)為6KHz/1v；實(shí)驗(yàn)箱掉電，做以下連接和檢查：短接輸出端口“A”“B”；短接JAD1的INM,INMF;短接JAD2的INP,INPF;用導(dǎo)線連接out2（模擬信號(hào)輸出）和JAD3腳（AD_IN）;檢查JD是否斷開。2）實(shí)驗(yàn)a）啟動(dòng)CCS2.0，用Project/open打開“ExpFFT01.pjt”工程文件：雙擊“ExpFFT01.pjt”及”Source”可查看各源程序：加載“ExpFFT01.out”；b）在主程序中，K++處設(shè)置斷點(diǎn)；c）單擊“Run”運(yùn)行程序，或按F5運(yùn)行程序；程序?qū)⑦\(yùn)行至斷點(diǎn)處停止：d）用View/Graph/Time/Frequency打開一個(gè)圖形觀察窗口；設(shè)置該觀察圖形窗口變量及參數(shù)；采用雙蹤觀察在啟動(dòng)地址分別為0X3000h和0x3080h，長(zhǎng)度為128的單元中數(shù)值的變化，數(shù)值類型為16位有效整型變量，這兩段存儲(chǔ)單元中分別存放的是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的輸入信號(hào)和對(duì)該信號(hào)進(jìn)行FFT變換后的結(jié)果；DisplayType：DualTime StartAddress-upperdisplay：0x3000 StartAddress-lowerdisplay：0x3080 AcquisitionBufferSize：128 DisplayDataSize：128

DSPDataType：16-bitsignedintegere）單擊“Animate”運(yùn)行程序，或按F10運(yùn)行；調(diào)節(jié)觀察窗口并觀察變換結(jié)果；f）單擊”Halt”暫停程序運(yùn)行，關(guān)閉窗口，本實(shí)驗(yàn)結(jié)束；實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在CCS2.0環(huán)境，同步觀察輸入信號(hào)波形及其FFT變換結(jié)果；初始化輸入數(shù)組排序計(jì)算第一層中間值計(jì)算層數(shù)計(jì)算對(duì)應(yīng)曾步長(zhǎng)計(jì)算計(jì)算各層中間結(jié)果計(jì)算層數(shù)=0？計(jì)算結(jié)果輸出實(shí)驗(yàn)四FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的原理和方法。2、熟悉線性相位FIR數(shù)字濾波器特性。3、了解各種窗函數(shù)對(duì)濾波特性的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)，CCS2.0版軟件，DSP硬件仿真器，實(shí)驗(yàn)箱。291．FIR濾波器基本概念1.FIR濾波器沒(méi)有反饋回路，因此它是無(wú)條件穩(wěn)定系統(tǒng)，其單位沖激響應(yīng)h（n）是一個(gè)有限長(zhǎng)序列。2.FIR濾波算法實(shí)際上是一種乘法累加運(yùn)算。要點(diǎn)302.FIR濾波器中z-1的實(shí)現(xiàn)對(duì)于N級(jí)的FIR濾波器，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中開辟一個(gè)稱之為滑窗的N個(gè)單元的緩沖區(qū)，存放最新的N個(gè)輸入樣本；從最老的樣本開始，每讀一個(gè)樣本后，將此樣本向下移位，讀完最后一個(gè)樣本后，輸入最新樣本至緩沖區(qū)的頂部。用線性緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)z-1的優(yōu)點(diǎn)是，新老數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中存放的位置直接明了。特點(diǎn)

(1)用線性緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn)z-1

31C54x片內(nèi)沒(méi)有I/O資源，CPU通過(guò)外部譯碼可以尋址64K的I/O單元。有兩條實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的指令：PORTRPA,Smem；將為PA的端口內(nèi)容送；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SmemPORTWSmem,PA；將地址為Smem的數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)器內(nèi)容送端口PA這兩條指令至少需要2個(gè)字和2個(gè)機(jī)器周期。如果I/O設(shè)備是慢速器件，則需要插入等待狀態(tài)。數(shù)據(jù)的輸入/輸出

32N=6的線性緩沖區(qū)存儲(chǔ)器圖33在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中開辟一個(gè)稱之為滑窗的N個(gè)單元的緩沖區(qū)，滑窗中存放最新的N個(gè)輸入樣本；每次輸入新樣本時(shí)，以新樣本改寫滑窗中的最老的數(shù)據(jù)，而滑窗中的其它數(shù)據(jù)不作移動(dòng)；利用片內(nèi)BK（循環(huán)緩沖區(qū)長(zhǎng)度）寄存器對(duì)滑窗進(jìn)行間接尋址，循環(huán)緩沖區(qū)地址首尾相鄰。利用循環(huán)緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)Z-1的優(yōu)點(diǎn)是不需要移動(dòng)數(shù)據(jù)，不存在一個(gè)機(jī)器周期中要求能一次讀和一次寫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因而可以將循環(huán)緩沖區(qū)定位在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的任何位置（線性緩沖區(qū)要求定位在DARAM，因?yàn)樾枰瑫r(shí)讀和同時(shí)寫）。

特點(diǎn)

（2）用循環(huán)緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn)z-134N=6的循環(huán)緩沖區(qū)存儲(chǔ)器圖初始化輸入低通濾波器各頻率參數(shù)構(gòu)建濾波器頻域特性波形調(diào)用FIR濾波器參數(shù)計(jì)算子程序計(jì)算各參數(shù)構(gòu)建FIR濾波器進(jìn)行濾波END四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、復(fù)習(xí)如何設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波。閱讀本實(shí)驗(yàn)，掌握設(shè)計(jì)步驟；2、閱讀本實(shí)驗(yàn)所提供的樣例子程序；3、運(yùn)行CCS軟件，對(duì)樣例子進(jìn)行跟蹤，分析結(jié)果；4、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；1）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備在模擬信號(hào)產(chǎn)生單元中，一路信號(hào)源產(chǎn)生低頻正弦信號(hào)（S1置“L”），另一路信號(hào)源產(chǎn)生高頻正弦波信號(hào)（S11置“H”）,檢查模擬信號(hào)輸出端口”A””B”應(yīng)斷開；實(shí)驗(yàn)箱上電，用示波器分別觀測(cè)out1和out2輸出的模擬信號(hào)，調(diào)節(jié)電位器SPR1，SPR2（out1輸出信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)和幅值調(diào)節(jié)）和電位器SPR1，SPR2(out2輸出信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)和幅值調(diào)節(jié))，直到滿意為止；本樣例實(shí)驗(yàn)程序建議：低頻正弦波信號(hào)為100Hz/1v;

高頻正弦波信號(hào)為6KHz/1v；實(shí)驗(yàn)箱掉電，做以下連接和檢查：短接輸出端口“A”“B”；短接JAD1的INM，INMF;短接JAD2的INP，INPF;用導(dǎo)線連接out2（模擬信號(hào)輸出）和JAD3腳（AD_IN）;檢查JD是否斷開。2）實(shí)驗(yàn)a）啟動(dòng)CCS2.0，用Project/open打開“FIRtestN01.pjt”工程文件：雙擊“FIRtestN01.pjt”及”Source”可查看各源程序：加載“FIRtestN01.out”：b）在主程序中，K++處設(shè)置斷點(diǎn)：?jiǎn)螕簟癛un”運(yùn)行程序，或按F5運(yùn)行程序；程序?qū)⑦\(yùn)行至斷點(diǎn)處停止：c）用View/Graph/Time/Frequency打開一個(gè)圖形觀察窗口；設(shè)置該觀察圖形窗口變量及參數(shù)；采用雙蹤觀察在啟動(dòng)地址分別為0X3000h和0x3100h,長(zhǎng)度為256的單元中數(shù)值的變化，數(shù)值類型為16位有效整型變量，這兩段存儲(chǔ)單元中分別存放的是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的輸入信號(hào)和對(duì)該信號(hào)進(jìn)行Fir變換后的結(jié)果；DisplayType：DualTime StartAddress-upperdisplay：0x3000 StartAddress-lowerdisplay：0x3100 AcquisitionBufferSize：256 DisplayDataSize：256

DSPDataType：16-bitsignedintegerd）單擊“Animate”運(yùn)行程序，或按F10運(yùn)行；調(diào)節(jié)觀察窗口并觀察變換結(jié)果；e）單擊”Halt”暫停程序運(yùn)行，激活“FIRtestN01.c的編輯窗口；實(shí)驗(yàn)程序說(shuō)明：該程序?yàn)?1階FIR低通濾波器算法程序，采用矩形函數(shù)實(shí)現(xiàn)，數(shù)組h和xmid長(zhǎng)度均為51，fs為采樣頻率，fstop為濾波器截止頻率，可以修改以上參數(shù)來(lái)改變?yōu)V波器性能。

f）重新“RebuildAll”后，并加載“l(fā)oad”，單擊”Animate”.可得到不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；實(shí)驗(yàn)五IIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的原理與方法。2、掌握數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)仿真方法。3、觀察對(duì)實(shí)際信號(hào)的濾波作用，獲得對(duì)數(shù)字濾波器的感性認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)，CCS2.0版軟件，DSP硬件仿真器，實(shí)驗(yàn)箱。三、實(shí)驗(yàn)原理1、IIR濾波器的設(shè)計(jì)原理，可以參見(jiàn)相關(guān)書籍。2、使用Matlab的FilterDeslgn&AnlysisTool（FDATool）工具設(shè)計(jì)IIR濾波器的參數(shù)，可以參見(jiàn)相關(guān)書籍。3、IIR算法的設(shè)計(jì)，可以參見(jiàn)相關(guān)書籍。4、IIR與FIR數(shù)字濾波器的比較1)在相同技術(shù)指標(biāo)下，IIR濾波器由于存在著輸出對(duì)輸入的反饋，因而可用比FIR濾波器較少的階數(shù)來(lái)滿足指標(biāo)的要求。2)FIR濾波器可得到嚴(yán)格的線性相位，而IIR濾波器選擇性愈好，相位的非線性愈嚴(yán)重。3)FIR濾波器主要采用非遞歸結(jié)構(gòu)，因而從理論上以及從實(shí)際的有限精度的運(yùn)算中，都是穩(wěn)定的。IIR濾波器必須采用遞歸結(jié)構(gòu)，極點(diǎn)必須在z平面單位圓內(nèi)，才能穩(wěn)定，這種結(jié)構(gòu)，運(yùn)算中的四舍五入處理，有時(shí)會(huì)引起寄生振蕩。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、復(fù)習(xí)有關(guān)巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)和用雙線性變換法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的知識(shí)；2、閱讀本實(shí)驗(yàn)所提供的樣例子程序；3、運(yùn)行CCS軟件，對(duì)樣例子程序進(jìn)行跟蹤，分析結(jié)果；4、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；5、對(duì)樣例程序?qū)嶒?yàn)操作說(shuō)明1）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備在模擬信號(hào)產(chǎn)生單元中，一路信號(hào)源產(chǎn)生低頻正弦信號(hào)（S1置“L”），另一路信號(hào)源產(chǎn)生高頻正弦波信號(hào)（S11置“H”）,檢查模擬信號(hào)輸出端口”A””B”應(yīng)斷開；實(shí)驗(yàn)箱上電，用示波器分別觀測(cè)out1和out2輸出的模擬信號(hào)，調(diào)節(jié)電位器SPR1，SPR2（out1輸出信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)和幅值調(diào)節(jié)）和電位器SPR1,SPR2(out2輸出信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)和幅值調(diào)節(jié))，直到滿意為止；本樣例實(shí)驗(yàn)程序建議： 低頻正弦波信號(hào)為100Hz/1v;高頻正弦波信號(hào)為6KHz/1v；實(shí)驗(yàn)箱掉電，做以下連接和檢查：短接輸出端口“A”“B”；短接JAD1的INM，INMF；短接JAD2的INP，INPF；用導(dǎo)線連接out2（模擬信號(hào)輸出）和JAD3腳（AD_IN）;檢查JD是否斷開。注：有關(guān)以上連接的說(shuō)明，可參見(jiàn)第八章中語(yǔ)音接口跳線接輸出接口配置使用說(shuō)明以及信號(hào)產(chǎn)生單元配置正確完成計(jì)算機(jī)，DSP仿真器和實(shí)驗(yàn)箱的連接后，系統(tǒng)上電。2）實(shí)驗(yàn)a）啟動(dòng)CCS2.0，用Proje