DSP實驗第二章、C語言算法實驗實驗一卷積（Convolve）算法實驗一、實驗目的1、了解卷積算法的原理。2、學會編寫卷積算法。二、實驗原理若LTI系統對δ(n)的響應為h(n)，h(n)稱為系統的單位脈沖響應，則由時不變特性可得出系統對δ(n-k)的響應為h(n-k)；離散時間LTI系統對輸入x(n)的響應為，

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、實驗步驟1、熟悉卷積的基本原理；2、閱讀所提供的樣例實驗程序；3、運行CCS軟件，對樣例程序進行跟蹤，分析結果；4、填寫實驗報告；5、本實驗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，設置斷點；3）單擊”Run”運行程序，程序運行到斷點處停止。4）用下拉菜單中的View/Graph/Time/Frequency打開一個圖形觀察窗口；（設置該圖形觀察窗口的變量及參數，采用雙蹤觀察兩路輸入變量Input及Impulse的波形，波形長度為80，數值類型為32位浮點型；

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打開一個圖形觀察窗口，以觀察卷積結果波形，該觀察窗口的參數設置為：變量為Output，長度為159，數據類型為32位浮點數；

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

DSPDataType：32-bitfloatingpoint6）調整觀察窗口，觀察兩路輸入波形和卷積結果波形；7）關閉“convolve.pjt”工程文件，關閉各窗口，實驗結束；實驗二相關（Correlation）算法實驗一、實驗目的1、了解相關算法。2、學習相關算法的實現方法。二、實驗設備三、實驗原理廣義平穩隨機信號x(n)和y(n)的相關函數的定義為：如果x(n),y(n)是各態遍歷的，則上式的集合平均可以由單一樣本序列的時間平均來實現，即：如果觀察的點數N為有限值，則求r(m)估計值的一種方法是實際計算中，有偏估計為：無偏估計為：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、實驗步驟1、熟悉基本原理，閱讀實驗提供的程序；2、運行CCS軟件，記錄相關系數；3、填寫實驗報告；4、實驗程序操作說明1）啟動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，設置斷點；3）單擊“Run”運行程序，或按F5運行程序；程序將運行至斷點處停止;用下拉菜單中的View/Graph的”Time/Frequency”打開一個圖形觀察窗口；采用雙蹤觀察輸入x_real及y_real的波形，長度為128，數值類型為32位浮點型；DisplayType：DualTime StartAddress-upperdisplay：x_real StartAddress-lowerdisplay：y_real AcquisitionBufferSize：128 DisplayDataSize：128

DSPDataType：32-bitfloatingpoint4）再打開一個圖形窗口，以觀察相關運算的結果，該觀察窗口的參數設置為：變量為r_real，長度255，數據類型為32位浮點型；

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

DSPDataType：32-bitfloatingpoint5）調整觀察窗口，觀察兩路輸入信號相關運算的結果；程序中，可賦0或1，賦0時，完成相關函數無偏估計的計算，賦1時，完成相關函數有偏估計的計算；x_real和y_real為參與相關運算的兩路信號，當x_real=y_real時，完成自相關函數的計算，而當x_real不等于y_real時，完成互相關函數的計算。6）修改以上參數，進行“RebuildAll”,并重新加載程序，運行程序可以看到不同的實驗結果。7）關閉“cor01.pjt”工程文件，關閉各窗口，實驗結束。相關運算：x_real和y_real波形圖Mode=0時，r_real波形圖Mode=1時，r_real的波形圖實驗三FFT的DSP實現方法一、實驗目的1、加深對DFT算法原理和基本性質的理解。2、熟悉FFT算法原理和FFT子程序的應用。3、學習用FFT對連續信號和時域信號進行譜分析，了解可能出現的分析誤差及其原因。二、實驗設備（略）四、實驗內容和步驟1、復習DFT的定義，性質和用DFT作頻譜分析的有關內容；2、復習FFT算法原理與編程思想，并對照DIT-FFT運算流程圖和程序框圖，了解本實驗提供的FFT子程序；3、閱讀本實驗所提供的樣例子程序；4、運行CCS軟件，對樣例程序進行跟蹤，分析結果；記錄必要的參數。5、填寫實驗報告。6、提供樣例程序操作說明1)實驗前準備在模擬信號產生單元中，一路信號源產生低頻正弦信號（S1置“L”），另一路信號源產生高頻正弦波信號（S11置“H”）,檢查模擬信號輸出端口”A””B”應短接；實驗箱上電，用示波器分別觀測out1和out2輸出的模擬信號，調節電位器SPR1，SPR2（out1輸出信號的頻率調節和幅值調節）和電位器SPR1，SPR2(out2輸出信號的頻率調節和幅值調節)，直到滿意為止；本樣例實驗程序建議：低頻正弦波信號為1000Hz/1v;

高頻正弦波信號為6KHz/1v；實驗箱掉電，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;用導線連接out2（模擬信號輸出）和JAD3腳（AD_IN）;檢查JD是否斷開。2）實驗a）啟動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++處設置斷點；c）單擊“Run”運行程序，或按F5運行程序；程序將運行至斷點處停止：d）用View/Graph/Time/Frequency打開一個圖形觀察窗口；設置該觀察圖形窗口變量及參數；采用雙蹤觀察在啟動地址分別為0X3000h和0x3080h，長度為128的單元中數值的變化，數值類型為16位有效整型變量，這兩段存儲單元中分別存放的是經A/D轉換后的輸入信號和對該信號進行FFT變換后的結果；DisplayType：DualTime StartAddress-upperdisplay：0x3000 StartAddress-lowerdisplay：0x3080 AcquisitionBufferSize：128 DisplayDataSize：128

DSPDataType：16-bitsignedintegere）單擊“Animate”運行程序，或按F10運行；調節觀察窗口并觀察變換結果；f）單擊”Halt”暫停程序運行，關閉窗口，本實驗結束；實驗結果：在CCS2.0環境，同步觀察輸入信號波形及其FFT變換結果；初始化輸入數組排序計算第一層中間值計算層數計算對應曾步長計算計算各層中間結果計算層數=0？計算結果輸出實驗四FIR濾波器的DSP實現方法一、實驗目的1、掌握用窗函數法設計FIR數字濾波器的原理和方法。2、熟悉線性相位FIR數字濾波器特性。3、了解各種窗函數對濾波特性的影響。二、實驗設備計算機，CCS2.0版軟件，DSP硬件仿真器，實驗箱。291．FIR濾波器基本概念1.FIR濾波器沒有反饋回路，因此它是無條件穩定系統，其單位沖激響應h（n）是一個有限長序列。2.FIR濾波算法實際上是一種乘法累加運算。要點302.FIR濾波器中z-1的實現對于N級的FIR濾波器，在數據存儲器中開辟一個稱之為滑窗的N個單元的緩沖區，存放最新的N個輸入樣本；從最老的樣本開始，每讀一個樣本后，將此樣本向下移位，讀完最后一個樣本后，輸入最新樣本至緩沖區的頂部。用線性緩沖區實現z-1的優點是，新老數據在存儲器中存放的位置直接明了。特點

(1)用線性緩沖區法實現z-1

31C54x片內沒有I/O資源，CPU通過外部譯碼可以尋址64K的I/O單元。有兩條實現輸入和輸出的指令：PORTRPA,Smem；將為PA的端口內容送；數據存儲器SmemPORTWSmem,PA；將地址為Smem的數據；存儲器內容送端口PA這兩條指令至少需要2個字和2個機器周期。如果I/O設備是慢速器件，則需要插入等待狀態。數據的輸入/輸出

32N=6的線性緩沖區存儲器圖33在數據存儲器中開辟一個稱之為滑窗的N個單元的緩沖區，滑窗中存放最新的N個輸入樣本；每次輸入新樣本時，以新樣本改寫滑窗中的最老的數據，而滑窗中的其它數據不作移動；利用片內BK（循環緩沖區長度）寄存器對滑窗進行間接尋址，循環緩沖區地址首尾相鄰。利用循環緩沖區實現Z-1的優點是不需要移動數據，不存在一個機器周期中要求能一次讀和一次寫的數據存儲器，因而可以將循環緩沖區定位在數據存儲器的任何位置（線性緩沖區要求定位在DARAM，因為需要同時讀和同時寫）。

特點

（2）用循環緩沖區法實現z-134N=6的循環緩沖區存儲器圖初始化輸入低通濾波器各頻率參數構建濾波器頻域特性波形調用FIR濾波器參數計算子程序計算各參數構建FIR濾波器進行濾波END四、實驗內容和步驟1、復習如何設計FIR數字濾波。閱讀本實驗，掌握設計步驟；2、閱讀本實驗所提供的樣例子程序；3、運行CCS軟件，對樣例子進行跟蹤，分析結果；4、填寫實驗報告；1）實驗前準備在模擬信號產生單元中，一路信號源產生低頻正弦信號（S1置“L”），另一路信號源產生高頻正弦波信號（S11置“H”）,檢查模擬信號輸出端口”A””B”應斷開；實驗箱上電，用示波器分別觀測out1和out2輸出的模擬信號，調節電位器SPR1，SPR2（out1輸出信號的頻率調節和幅值調節）和電位器SPR1，SPR2(out2輸出信號的頻率調節和幅值調節)，直到滿意為止；本樣例實驗程序建議：低頻正弦波信號為100Hz/1v;

高頻正弦波信號為6KHz/1v；實驗箱掉電，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;用導線連接out2（模擬信號輸出）和JAD3腳（AD_IN）;檢查JD是否斷開。2）實驗a）啟動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++處設置斷點：單擊“Run”運行程序，或按F5運行程序；程序將運行至斷點處停止：c）用View/Graph/Time/Frequency打開一個圖形觀察窗口；設置該觀察圖形窗口變量及參數；采用雙蹤觀察在啟動地址分別為0X3000h和0x3100h,長度為256的單元中數值的變化，數值類型為16位有效整型變量，這兩段存儲單元中分別存放的是經A/D轉換后的輸入信號和對該信號進行Fir變換后的結果；DisplayType：DualTime StartAddress-upperdisplay：0x3000 StartAddress-lowerdisplay：0x3100 AcquisitionBufferSize：256 DisplayDataSize：256

DSPDataType：16-bitsignedintegerd）單擊“Animate”運行程序，或按F10運行；調節觀察窗口并觀察變換結果；e）單擊”Halt”暫停程序運行，激活“FIRtestN01.c的編輯窗口；實驗程序說明：該程序為51階FIR低通濾波器算法程序，采用矩形函數實現，數組h和xmid長度均為51，fs為采樣頻率，fstop為濾波器截止頻率，可以修改以上參數來改變濾波器性能。

f）重新“RebuildAll”后，并加載“load”，單擊”Animate”.可得到不同的實驗結果；實驗五IIR濾波器的DSP實現方法一、實驗目的1、熟悉設計IIR數字濾波器的原理與方法。2、掌握數字濾波器的計算機仿真方法。3、觀察對實際信號的濾波作用，獲得對數字濾波器的感性認識。二、實驗設備計算機，CCS2.0版軟件，DSP硬件仿真器，實驗箱。三、實驗原理1、IIR濾波器的設計原理，可以參見相關書籍。2、使用Matlab的FilterDeslgn&AnlysisTool（FDATool）工具設計IIR濾波器的參數，可以參見相關書籍。3、IIR算法的設計，可以參見相關書籍。4、IIR與FIR數字濾波器的比較1)在相同技術指標下，IIR濾波器由于存在著輸出對輸入的反饋，因而可用比FIR濾波器較少的階數來滿足指標的要求。2)FIR濾波器可得到嚴格的線性相位，而IIR濾波器選擇性愈好，相位的非線性愈嚴重。3)FIR濾波器主要采用非遞歸結構，因而從理論上以及從實際的有限精度的運算中，都是穩定的。IIR濾波器必須采用遞歸結構，極點必須在z平面單位圓內，才能穩定，這種結構，運算中的四舍五入處理，有時會引起寄生振蕩。四、實驗內容和步驟1、復習有關巴特沃斯濾波器設計和用雙線性變換法設計FIR數字濾波器的知識；2、閱讀本實驗所提供的樣例子程序；3、運行CCS軟件，對樣例子程序進行跟蹤，分析結果；4、填寫實驗報告；5、對樣例程序實驗操作說明1）實驗前準備在模擬信號產生單元中，一路信號源產生低頻正弦信號（S1置“L”），另一路信號源產生高頻正弦波信號（S11置“H”）,檢查模擬信號輸出端口”A””B”應斷開；實驗箱上電，用示波器分別觀測out1和out2輸出的模擬信號，調節電位器SPR1，SPR2（out1輸出信號的頻率調節和幅值調節）和電位器SPR1,SPR2(out2輸出信號的頻率調節和幅值調節)，直到滿意為止；本樣例實驗程序建議： 低頻正弦波信號為100Hz/1v;高頻正弦波信號為6KHz/1v；實驗箱掉電，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；用導線連接out2（模擬信號輸出）和JAD3腳（AD_IN）;檢查JD是否斷開。注：有關以上連接的說明，可參見第八章中語音接口跳線接輸出接口配置使用說明以及信號產生單元配置正確完成計算機，DSP仿真器和實驗箱的連接后，系統上電。2）實驗a）啟動CCS2.0，用Proje