dsp原理与应用课程设计指导书。
罗倩王勇文江川。
北京信息科技大学。
光电信息与通信工程学院。
2023年12月。
一、课程设计目的。
掌握vc5509dsp的控制和使用方法。
熟悉ccs的编程和调试技巧。
掌握数字fir滤波器从设计到实现的方法及其应用。
熟悉数字滤波器的dsp实现原理。
熟悉a/d 转换过程和程序处理过程。
掌握vc5509片内ad的控制方法。
二、课程设计所用设备。
开发tms320c55xx 应用系统一般需要以下几个调试工具来完成：
计算机：软件集成开发环境(code composer studio 2.21)，完成系统的软件开发，进行软件和硬件**调试。它也是硬件调试的辅助手段。
icetek–vc5509-ag-edu 实验箱：包括实现硬件**调试时与硬件系统的通信、控制和读取硬件系统状态和数据的开发系统统(icetek 5100-usb)和提供软件运行和调试的平台和用户系统开发的参照的评估模块(icetek vc5509-a)。
示波器：观察dsp输入输出信号的波形和频率。
三、课程设计原理。
一）a/d原理。
1．tms320vc5509a 模数转换模块特性。
带内置采样和保持的10 位模数转换模块adc
最小转换时间为500ns
最大采样率为21.5khz
2个模拟输入通道（ain0—ain1）
片上ad方框图见图1。
图1 ad方框图。
2．模数转换工作过程。
模数转换模块接到启动转换信号后，按照设置开始进行相应通道的数据采样转换。
经过一个采样时间的延迟后，将采样结果放入ad 数据寄存器中保存。
转换结束，设置标志。
等待下一个启动信号。
3．模数转换的程序控制。
由于tms320vc5509dsp 片内的a/d 转换精度是10 位的，转换结果(16 位)的最高位(第15 位)表示转换值是否有效(0 有效)，第14-12 位表示转换的通道号，低10 位为转换数值，所以在保留时应注意取出结果的低10 位，再根据高4 位进行相应保存。
4. 寄存器。
ad转换控制寄存器(adcctl)：发送转换通道号和启动命令，然后循环等待转换结果，最后将结果保存。
ad转换数据寄存器(adcdata)：只读寄存器，显示ad转换是否正在进行中以及通道号，存放采样数据。
ad转换时钟分频寄存器(adcclkdiv)：显示转换时钟的分频值和采样保持时间。
ad转换时钟控制寄存器(adcclkctl)：存放cpu时钟分频数，并确定是否将adc置于低功耗状态。
特别要注意采样频率的计算和控制方法。
关于tms320vc5509a dsp 芯片内的a/d转换器的详细结构和控制方法，参见文档。
二）fir 滤波器设计原理及参数计算。
本设计要求设计低通滤波器，滤除输入的高频信号。
有限冲激响应数字滤波器的基础理论参考相关书籍。
在确定通带截止频率、阻带截止频率、通带衰减、阻带衰减和采样频率后，设计fir滤波器。先根据上述指标计算截止频率，设计理想低通滤波器的单位脉冲响应，并根据指标要求选择合适的窗函数，计算窗函数的长度，对理想低通滤波器加窗，获得数字fir滤波器单位脉冲响应的系数值，然后将单位脉冲响应系数值移位为因果序列，利用卷积关系y[n]=h[n]*x[n]实现对采集的输入信号进行滤波处理。
四、设计内容。
1．设计要求。
本设计的输入是两路模拟正弦信号，其中一路的频率为100-1khz；另一路的频率为5k-10khz。信号经过ad采集后进行叠加，由dsp fir滤波器对信号进行低通滤波处理，滤除5k-10khz信号，并显示输出结果。
2．信号准备。
调节实验箱信号源的两路波形频率（波形输出a 波形选择调为正弦波，频率调整调至100-1khz；波形输出b波形选择调为正弦波，频率调整调至5k-10khz），并用示波器观察波形和频率，连接好相应连线。
3. ad采集程序设计和实现。
参见实验箱的相关例程及ti公司标准例程，编写和调试ad采集程序，实现两路信号的ad采集，并进行叠加。注意采样率的确定、控制方法。用ccs图形显示工具观察两路波形，改变信号源频率，可以观察到波形频率的变化。
4. fir滤波器系数设计。
在matlab上编写一个数字fir低通滤波器程序，技术指标按照1中的设计要求自行确定。应确定的设计指标包括：通带截止频率、阻带截止频率、通带衰减、阻带衰减和采样频率。
设计步骤：1） 按照采样率要求，产生两路正弦输入信号，一路的频率为100-1khz，另一路的频率为5k-10khz，要求每路信号的频率可调，显示出两路信号，要求准确标识出信号时间坐标值。
2） 进行两路信号混合，显示混合后的信号。
3） 设计理想低通fir滤波器。
4） 按照要求选择合适的窗函数，设计加窗的fir低通滤波器。
5） 显示fir滤波器的系数，并显示fir滤波器的幅频响应，要求准确标识出响应的频率坐标和衰减分贝数，要求幅频响应满足设计指标。
6） 编写卷积程序，实现滤波。
7） 显示滤波后的信号波形，要求显示的波形中，5k-10khz的波形已被滤除。
5. fir滤波器的dsp设计。
利用4中设计的滤波器系数，编写和调试dsp fir滤波程序，对输入信号进行移位，通过卷积对输入的两路信号进行滤波，观察输出波形，要求输出信号中5k-10khz的信号已被滤除。
如果需要参考ti dsplib中的滤波程序，请查阅ti 数据手册。
五、课程设计进度。
日期：2023年12月19日-2023年12月30日。
实验室名称：信号与信息处理实验室 - 教3楼503。
学时安排： 课程设计介绍、分析题目、理解设计内容3学时。
查阅资料，详细阅读理解icetek–vc5509-ag-edu 实验箱资料、
tivc5509数据手册和ti vc5509 片上ad数据手册7学时。
熟悉编程工具，调试ad采集程序，确定采样率，测量采样率，显示采集的信号4学时。
matlab上实现fir数字滤波器4学时。
编写、调试dsp fir程序12学时。
完善功能、完成课程设计报告、现场检查6学时。
课程设计答辩。 4学时。
六、课程设计报告写作要求（参照后附格式）
封面（要求统一按照后附格式填写）
目录。 摘要。
正文。1. 课程设计目的和要求：简述本设计的任务和要求，可参照指导书。
2. 课程设计原理：简述设计过程中涉及到的基本理论知识，这里一定要写清楚设计原理、公式的推导、原理框图、电路图等。
3．课程设计所用设备。
4．课程设计内容和步骤：按设计步骤详细介绍设计过程，即指导书中指定的各项任务。
5．设计过程、实现过程、实现结果：写清楚程序流程图，若程序分功能模块，写清每个功能模块的功能和流程图。正文中，程序**只需列明重要的语句，程序详细清单放到附录中。
所有插图均需标明图号、图名、横纵坐标名称、单位。所有**均需标明表号、表名。写明所用仪表及测量方法和测量结果。
调试分析过程描述包括测试数据、测试输出结果，以及对程序调试过程中存在问题的思考（列出主要问题的出错现象、出错原因、解决方法及效果等）。
6．设计结果分析：对程序结果进行分析，并与理论分析进行比较。
7．思考题回答：1）窗口长度和窗函数类型对滤波特性的影响；2）信号通过fir低通滤波器后，信号恢复效果如何？如果不理想，如何改进低通滤波器；3）采样频率fs在dsp实时滤波过程中有何作用？
8. 设计总结：包括课程设计过程中的学习体会与收获、对dsp应用和本次课程设计的认识以及自己的建议等内容。
注意通篇内容的科学性和客观性，不能采用口语、不能进行不适当的主观叙述。
参考资料：参考资料列写方法统一按照后顾格式要求撰写。
附录：程序清单，相关原理图。
附：课程设计报告格式。
课程设计报告。
名称 dsp原理与应用课程设计
指导教师。设计起止日期 2012-12-24 至 2013-01-03
学院信息与通信工程
专业电子信息工程
学生姓名。班级/学号。
成绩。指导老师签字。
目录。宋体，小四号，居中，加黑）
目录内容用宋体五号，段前、段后间隔均为0，行间距为单倍行距。
目录内容采用word自动生成。）
一、课程设计目的（宋体加黑，小四号）
宋体，五号）
1. 掌握vc5509dsp的控制和使用方法（宋体，五号）
正文（宋体，五号）
正文均用宋体五号，段前、段后间隔均为0，行间距均为单倍行距。）
从正文开始编入页码。）
二、课程设计所用设备。
正文（宋体，五号）
参考文献（宋体加黑，小四号）
1] 程佩青。 数字信号处理学(第二版)[m]. 北京： 清华大学出版社， 2001. （宋体，五号）附录。
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