第7章 TMS320C54x應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)實(shí)例[DSP技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例(第3版)]

1、第7章 TMS320C54x應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)實(shí)例7.1 正弦信號(hào)發(fā)生器7.2 FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)方法7.3 IIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)方法7.4 快速傅里葉變換的DSP實(shí)現(xiàn)方法 7.5 語(yǔ)音信號(hào)壓縮的DSP實(shí)現(xiàn)方法7.6 數(shù)字基帶信號(hào)的DSP實(shí)現(xiàn)方法7.1 正弦信號(hào)發(fā)生器通常有兩種方法可以產(chǎn)生正弦波和余弦波: (1)查表法(2)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)法)98x1 (76x1 (54x1 (32x1 (x! 9x! 7x! 5x! 3xx)xsin(22229753)87x1 (65x1 (43x1 (2x1! 8x! 6x! 4x! 2x1)xcos(22228642 也可以由遞推公式求正弦和余弦值：

2、sin(nx)=2cos(x)sin(n-1)x-sin(n-2)x cos(nx)=2cos(x)cos(n-1)x-cos(n-2)x 利用遞推公式計(jì)算正弦和余弦值需已知cos(x)和正弦、余弦的前兩個(gè)值。用這種方法，求少數(shù)點(diǎn)還可以，如產(chǎn)生連續(xù)正弦、余弦波，則積累誤差太大，不可取。 1計(jì)算一個(gè)角度的正弦值 利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式計(jì)算一個(gè)角度的正弦值。為了方便起見(jiàn)，編寫(xiě)計(jì)算sin(x)的程序sinx.asm，調(diào)用前只要在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器d_x單元中設(shè)定x的弧度值就行了，計(jì)算結(jié)果在d_sinx單元中。程序中要用到一些存儲(chǔ)單元存放數(shù)據(jù)和變量，如圖所示。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器d_xxd_squr_xx2程序存儲(chǔ)器d_

3、temptablec1=1/(8*9)d_sinxsin(x)c2=1/(6*7)c_1(7FFFH)c3=1/(4*5)d_coeff(c1=01C7H)c4=1/(2*3)(c2=030BH)(c3=0666H)(c4=1556H)計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 計(jì)算正弦值存儲(chǔ)單元分配 2計(jì)算一個(gè)角度的余弦值 利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式計(jì)算一個(gè)角度的余弦值，采用調(diào)用cosx.asm程序方式。調(diào)用前只要在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器d_x單元中設(shè)定x的弧度值就行了，計(jì)算結(jié)果在d_cosx單元中。程序中要用到一些存儲(chǔ)單元存放數(shù)據(jù)和變量，如圖所示。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器d_xxd_squr_xx2程序存儲(chǔ)器d_temptablec1=

4、1/(7*8)d_cosxcosxc2=1/(5*6)c_1(7FFFH)c3=1/(3*4)d_coeff(c1=0249H)c4=1/2(c2=0444H)(c3=0AABH)(c4=4000H)計(jì)算余弦值存儲(chǔ)單元分配計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 3產(chǎn)生正弦波程序 先以sinx.asm和cosx.asm程序，計(jì)算00450（間隔為0.50）的正弦和余弦值，再利用sin(2x)=2sin(x)cos(x)求出00900的正弦值（間隔為10）。然后通過(guò)復(fù)制，獲得003590的正弦值。 正弦波數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 若執(zhí)行菜單命令“View”“Graph” “Time/Frequcecy” 就可以觀察

5、到所生成的正弦波波形，如圖所示。 若執(zhí)行菜單命令“File”“Data” “Save”，再按下圖所示設(shè)置就可將正弦波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)文件out.dat中了。 7.2 FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)方法1.FIR濾波器的特點(diǎn)z-1z-1z-1z-1x(n)x(n-1)x(n-N+1)x(n-2)h0h1h2hN-2hN-1y(n)圖7-9 FIR濾波器結(jié)構(gòu)圖2.FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)（1）用線性緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn)）用線性緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn)z-1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器線性緩沖區(qū)頂部x(n)PORTRx(n+1)PORTRx(n+2)x(n-1)x(n)x(n+1)x(n-2)x(n-1)x(n)x(n-3

6、)x(n-2)x(n-1) x(n-4) x(n-3) x(n-2)*ARx-x(n-5)*ARx-x(n-4)*ARx-x(n-3)N=6的線性緩沖區(qū)存存儲(chǔ)器圖 （2）用循環(huán)緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn)）用循環(huán)緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn)z-1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器循環(huán)緩沖區(qū)頂部x(n)ARxx(n)x(n)x(n-1)x(n-1)x(n-1)x(n-2)x(n-2)x(n-2)x(n-3)x(n-3)x(n-3)x(n-4)x(n-4)x(n-4)x(n-5)x(n-5)x(n-5)x(n-6)x(n-6)x(n+2)ARx循環(huán)緩沖區(qū)底部x(n-7)x(n+1)ARxx(n+1) N=8的循環(huán)緩沖區(qū)存儲(chǔ)器圖3F

7、IR濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 （1）用線性緩沖區(qū)和直接尋址方法實(shí)現(xiàn)）用線性緩沖區(qū)和直接尋址方法實(shí)現(xiàn)FIR濾波器濾波器例7-1N=5,y(n)=h0 x(n)+h1x(n-1)+h2x(n-2)+h3x(n-3)+h4x(n-4) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器yy(n)XNx(n)XNM1x(n-1)XNM2x(n-2)XNM3x(n-3)XNM4x(n-4)H0h0H1h1H2h2H3h3H4h4直接尋址線性緩沖區(qū)數(shù)據(jù)分配 在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存放系數(shù)h0h4，并設(shè)置線性緩沖區(qū)存放輸入數(shù)據(jù)，如圖所示 :FIR濾波器的輸出 （2）用線性緩沖區(qū)和間接尋址方法實(shí)現(xiàn)）用線性緩沖區(qū)和間接尋址方法實(shí)現(xiàn)FIR濾波器濾波器例7-2N=5,y

8、(n)=h0 x(n)+h1x(n-1)+h2x(n-2)+h3x(n-3)+h4x(n-4) 在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存放系數(shù)h0h4，并設(shè)置線性緩沖區(qū)存放輸入數(shù)據(jù)，如圖所示，利用AR1和AR2分別作為間接尋址線性緩沖區(qū)和系數(shù)區(qū)的輔助寄存器。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器yy(n)xx(n)x(n-1)x(n-2)x(n-3)AR1x(n-4)hh0h1h2h3AR2h4間接尋址線性緩沖區(qū)數(shù)據(jù)分配 FIR濾波器的輸出 (3)用線性緩沖區(qū)和帶移位雙操作數(shù)尋址方法實(shí)現(xiàn)用線性緩沖區(qū)和帶移位雙操作數(shù)尋址方法實(shí)現(xiàn)FIR濾波器濾波器 例7-3N=5,y(n)=h0 x(n)+h1x(n-1)+h2x(n-2)+h3x(n-3)+h

9、4x(n-4) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器x暫存y(n)程序存儲(chǔ)器x(n)PARCOEFh4x(n-1)h3x(n-2)h2x(n-3)h1AR1x(n-4)h0雙操作數(shù)尋址線性緩沖區(qū)數(shù)據(jù)分配（4）用循環(huán)緩沖區(qū)和雙操作數(shù)尋址方法實(shí)現(xiàn)）用循環(huán)緩沖區(qū)和雙操作數(shù)尋址方法實(shí)現(xiàn)FIR濾波器濾波器例7-4N=80,，存放h0h79的系數(shù)表以及存放數(shù)據(jù)的循環(huán)緩沖區(qū) 均設(shè)在DARAM中，如圖所示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器yy(n)60h數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器xnx(n)80hhh0100hx(n-1)81hh1101hx(n-2)h2102hx(n-3)h3103hx(n-4)h4104hx(n-5)h5105hAR3x(n-79)cfhAR4h79

10、14fh雙操作數(shù)尋址循環(huán)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)分配（5）系數(shù)對(duì)稱(chēng)）系數(shù)對(duì)稱(chēng)FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)方法濾波器的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器New循環(huán)緩沖區(qū)Old循環(huán)緩沖區(qū)80hx(n)AR288hx(n-4)81hx(n-3)89hx(n-5)82hx(n-2)8Ahx(n-6)83hx(n-1)8Bhx(n-7)AR3新舊緩沖區(qū)對(duì)比程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器系數(shù)表COEFh0低地址h1h2h3高地址 程序存儲(chǔ)器存系數(shù)表 FIR濾波器單位脈沖響應(yīng)輸入方波時(shí)FIR濾波器的輸出 7.3 IIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)方法1.二階IIR濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 y(n)x(n)z-1z-1b0b1a1a2b2x1(n)z-1z-1d0d

11、1c1c2x2(n)z-1z-1f0f1e1e2f2d2二階IIR濾波器：z-1z-1A1A2B0B1B2y(n)x(n)反饋通道前向通道w(n)x0 x1x2(1)二階IIR濾波器的單操作數(shù)指令實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器COEFB2B1xx0 x(n)，y(n)B0 x1A2x2A1IIR濾波器數(shù)據(jù)存放和系數(shù)表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)果 (2)二階IIR濾波器的雙操作數(shù)指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(DARAM)起始狀態(tài)第1次迭代數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(DARAM)COEFB2B1AR3x2AR3x(n)x0B0 x1x2y(n)A2x0 x1AR4A1雙操作數(shù)數(shù)據(jù)存放和系數(shù)表(3)直接形式二階IIR濾波器的實(shí)現(xiàn) 直接形式二階I

12、IR濾波器z-1z-1A1A2B0B1B2y(n)x(n)z-1z-1Xx(n-2)Yy(n-2)BB2AA2x(n-1)AR4y(n-1)B1AR3A1AR2x(n)y(n)AR5B0(未用)循環(huán)緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu) 2.高階IIR濾波器的實(shí)現(xiàn) (1)系數(shù)系數(shù)1時(shí)的定標(biāo)方法時(shí)的定標(biāo)方法 在設(shè)計(jì)IIR濾波器時(shí)，可能出現(xiàn)一個(gè)或一個(gè)以上系數(shù)大于等于1。在這種情況下，當(dāng)然可以用此大數(shù)來(lái)定標(biāo)，即用大數(shù)去除所有的系數(shù)，但是還不如將此大于等于1的系數(shù)分解成兩個(gè)小于1的數(shù)，例如B0=1.2，則 x(n)B0=x(n)(B0/2)+x(n)(B0/2)=0.6x(n)+ 0.6x(n)這樣，將使所有的系數(shù)保持精度，而

13、僅僅多開(kāi)銷(xiāo)一個(gè)機(jī)器周期。 (2)對(duì)輸入數(shù)據(jù)定標(biāo)對(duì)輸入數(shù)據(jù)定標(biāo) 一般，從外設(shè)口輸入個(gè)數(shù)據(jù)加載到累加器A，可用以下指令： PORTR 0001h，Xin LD Xin，16，A 考慮濾波運(yùn)算過(guò)程中可能出現(xiàn)1的輸出值，可在輸入數(shù)據(jù)時(shí)將其縮小若干倍，例如: PORTR 0001h，Xin LD Xin，16-3，A將輸入數(shù)據(jù)除以8,將使輸出值小于1。 有關(guān)FFT程序說(shuō)明如下：（1） fft.asm程序由以下部分組成 位碼倒置程序 第一級(jí)蝶形運(yùn)算 第二級(jí)蝶形運(yùn)算 第三級(jí)至第log2N級(jí)蝶形運(yùn)算 求功率譜及輸出程序（2）程序空間的分配（3）數(shù)據(jù)空間的分配（4）正弦系數(shù)表和余弦系數(shù)表7.4 快速傅里葉變換的

14、DSP實(shí)現(xiàn)方法 1. 快速傅里葉變換 程序存儲(chǔ)器500050DC程序代碼INPUT600060FF輸入數(shù)據(jù)程序空間分配圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器TWI1040005FF正弦系數(shù)表TWI2080009FF余弦系數(shù)表OUTPUT200020FF輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空間分配圖2. DSP實(shí)現(xiàn)快速傅里葉變換 （1）創(chuàng)建fft.pjt工程 （2）加載fft.out文件 （3）顯示輸入信號(hào)的時(shí)域波形 輸入信號(hào)時(shí)域波形 輸入信號(hào)時(shí)域波形屬性設(shè)置 （4）顯示輸入信號(hào)的頻域波形 輸入信號(hào)頻域波形 輸入信號(hào)頻域波形屬性設(shè)置 （5）運(yùn)行程序 輸出信號(hào)功率譜 輸出信號(hào)波形屬性設(shè)置 7.5 語(yǔ)音信號(hào)壓縮的DSP實(shí)現(xiàn)方法1.語(yǔ)音信號(hào)的/A律壓

15、縮簡(jiǎn)介DXCPUCPUDRRSRRBR解壓RJUSTDRRXSR壓縮DXR圖7-46 數(shù)據(jù)壓縮解壓流程 /A律壓縮解壓編碼是國(guó)際電報(bào)電話協(xié)會(huì)最早推出的G.711語(yǔ)音壓縮解壓編碼的一種格式的主要內(nèi)容。其中歐洲和中國(guó)等國(guó)家采用A律壓縮解壓編碼，美國(guó)和日本等國(guó)家采用律壓縮解壓編碼。 表表7-1 幾種二進(jìn)制編碼表幾種二進(jìn)制編碼表量化電平量化電平自然二進(jìn)制自然二進(jìn)制偏移二進(jìn)制偏移二進(jìn)制2的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼反射二進(jìn)制反射二進(jìn)制折疊二進(jìn)制折疊二進(jìn)制+71111111011110000111+61101110011010010110+51011101010110110101+41001100010010100100

16、+30111011001111100011+20101010001011110010+10011001000111010001+00001000000011000000-01000-10111111101001001-20110111001011010-30101110101111011-40100110001101100-50011101100101101-60010101000111110-70001100100011111-800001000000015 32 015 21 0發(fā)送緩沖器Value0發(fā)送緩沖器Value0A律律圖7-47 A律數(shù)據(jù)解壓圖7-48 律數(shù)據(jù)解壓表表7-2 A律

17、數(shù)據(jù)壓縮表律數(shù)據(jù)壓縮表12位碼（十進(jìn)制）位碼（十進(jìn)制）量階量階符號(hào)位符號(hào)位段落碼（二進(jìn)制）段落碼（二進(jìn)制）段內(nèi)碼（二進(jìn)制）段內(nèi)碼（二進(jìn)制）0151000000001111163110001000011113263200100000111164127400110000111112825580100000011112565111601010000111151210233201100000111110242047640111000011110 0 1 1 1 1 1 1段內(nèi)碼，表示值為15段落碼，表示量階為4，起始數(shù)據(jù)為64符號(hào)位，表示為一個(gè)正數(shù)最終結(jié)果為64+415=124圖7-49 數(shù)據(jù)壓縮意義

18、圖 壓縮后數(shù)據(jù)的最高位（第7位）表示符號(hào)，量階分別為1、1、2、4、8、16、32、64，由壓縮后數(shù)據(jù)的第6位到第4位決定，第3位到第0位是段內(nèi)碼。壓縮后的數(shù)據(jù)有一定的失真。有些數(shù)據(jù)不能表示出來(lái)，只能取最接近該數(shù)據(jù)的壓縮值。 例如，數(shù)據(jù)125，壓縮后的值為00111111，意義如圖7-49所示。2.語(yǔ)音信號(hào)的A律壓縮DSP實(shí)現(xiàn)程序產(chǎn)生的1024個(gè)數(shù)據(jù) 程序改變后的1024個(gè)數(shù)據(jù) 7.6 數(shù)字基帶信號(hào)的DSP實(shí)現(xiàn)方法1.數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介y(t)輸出dk輸入dkxT(t)x(t)脈沖形成器發(fā)送濾波器信道接收濾波器抽樣判決碼元再生圖7-52 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)框圖 （1）脈沖形成器二進(jìn)制代 碼t00 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0(a)t0(b)圖7-53 單/雙極型碼（2）發(fā)送濾波器 脈沖形成器輸出的各種碼型是以矩形脈沖為基礎(chǔ)的碼型，一般低頻分量比較大，占用頻帶也比較寬（高頻成分較豐富），為了更適合于信道傳輸?shù)纫?，可以通過(guò)發(fā)送濾波器把它們變換為變化比較平滑的波形，一般采用升余弦濾波器。（3）信道 基