实验四 IIR滤波器设计
一、实验目的
1．掌握IIR滤波器DSP实现的编程方法。
2．测试IIR滤波器的单位冲击响应，检查IIR滤波器的频率特性。
二．实验条件
1．PC机及集成开发环境CCS5000软件或硬件仿真器。 2．低通IIR滤波器的参数如下： 通带：0～1/9?，带内波动<0.5db 过渡带：1/9?～5/18?，阻带衰减>20db 滤波器级数：N=5
B0?B1z?1?B2z?2?B3z?3?B4z?4滤波器：H(z)? ?1?2?3?41?A1z?A2z?A3z?A4z滤波器系数：A1＝3.4647, A2＝-4.6515, A3＝2.8518, A4＝-0.6739,
B0＝0.0951,B1＝-0.3139, B2＝0.4460, B3＝-0.3139, B4＝0.0951
注：还可以用MATLAB中的数字滤波器设计工具得到其它IIR滤波器的系数表。
三、实验内容
编写头文件、cmd文件，还要用混合编程技术编写C语言主程序及IIR滤波器汇编子程序，在C程序中调用汇编子程序（函数），函数只有三个参数，即输入、输出序列首地址及长度，函数返回值为void。 1．编写滤波器汇编程序
采用循环缓冲区及乘法累加指令编写低通IIR滤波器程序，入口参数为输入、输出首地址及长度。
2．滤波器单位脉冲响应测试
在C程序中用定义一个长度为240的int型数组，其第一个单元为32768，其余全为0。用该数组作为滤波器的输入，测试滤波器的单位脉冲响应特性。 3． 检查滤波器的频率特性
在C程序中产生不同频率的序列sin（wn），w=0.05?,0.1?，…，0.5?，调用IIR滤波子程序(函数)，对之进行滤波处理，对比滤波器的输入、输出序列的幅度比，检查滤波器的频率特性。 4．编写头文件和cmd文件。
5．进一步学习使用CCS的图形观察窗查看输入、输出序列的波形，具体使用方法见教材P381页。
四、实验步骤
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本实验的步骤同实验三，实验工程建立在D盘DSPLAB\\LAB4文件夹中。
五、思考题
1．IIR滤波器的系数与滤波器的单位脉冲响应是否相等？ 2．FIR、IIR滤波器的实现方法主要区别是什么？
3．当滤波器级数N相等时，FIR、IIR滤波器的阻带衰减特性那个好？
六、实验报告要求
1．简述IIR滤波器的特点，写出IIR滤波器的差分方程。 2．简述实验步骤。
3．编写FIR滤波器的汇编程序。
4．记录输入、输出序列的波形，分析实验结果。 5．简要回答思考题。
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实验五 语音信号滤波
一、实验目的
1、了解音频编解码器TLC320AIC23的接口和使用方法。 2、了解DSP的多通道缓冲串口（MCBSP）通信方法。 3、了解一个完整的语音输入、输出系统的设计。
4、利用C语音及DSP汇编语音综合实现语音信号的采集、滤波及回放。
二、实验设备
计算机、DSP硬件仿真器、DSP图像处理实验箱、麦克风等。
三、实验原理
1. 实验箱音频输入输出通道简介
立体声音频编解码芯片TLV320AIC23是TI生产的一种模拟接口电路，用于音频信号的输入/输出。音频采样频率为8kHz – 96kHz，可用16至32位量化，码率128Kbps –3072Kbps，输入包括麦克风输入和线性输入两个通道，输出一个耳机输出通道，片内集成了立体声耳机功率放大器。TLV320AIC23与TMS320VC5416的接口有命令接口和数据接口，如图5.1所示。命令接口是IIC总线，DSP的第二个MCBSP作为GPIO模拟IIC总线，对TLV320AIC23进行初始化。数据接口是多通道缓冲串口（MCBSP），DSP的MCBSP0与TLV320AIC23与进行数据传输。
图5.1 TLV320AIC23与TMS320VC5416的接口
2. 音频通道的命令接口
TLV320AIC23命令接口主要功能是初始化TLV320AIC23内部控制寄存器。本系统使用DSP的第二个MCBSP作为GPIO模拟IIC总线对TLV320AIC23内部的控制寄存器进行操
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作。IIC总线上的数据格式为：8bit的设备地址，本系统中TLV320AIC23的设备地址固定为0x34；7bit的片内寄存器地址，TLV320AIC23片内有15个控制寄存器，其功能见下表；9bit的数据。 表5.1 AIC23片内部分控制寄存器 序号 地址 寄存器 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3. 音频通道的数据接口
TLV320AIC23数据接口主要功能是DSP接收、输出由TLV320AIC23模/数、数/模转换的数字音频数据。在本系统中，在MCBSP总线上TLV320AIC23工作在主模式，DSP工作在从模式。MCBSP每一帧两个数据，每个数据16位，分别为左声道数据和右声道数据。TLV320AIC23和DSP之间可以通过MCBSP进行无缝连接。图5.1中，DIN为AIC23数字音频输入端，DOUT为AIC23数字音频输出端，LRCIN、LRCOUT分别为输入、输出的帧同步信号，BCLK是同步时钟。 4. 语音信号的采集、滤波及回放
音频实时回放（滤波）程序流程图见图2。 （1）初始化TLV320AIC23
首先要初始化TLV320AIC23，函数为IIC_Write_B（）， 三个参数，第一个参数为设备地址，第二个参数为片内 寄存器地址，第三个参数为数据。我们需要对 TLV320AIC23内部的左声道线性输入音量、 右声道线性输入音量、模拟音频通道、数字 音频通道、电源管理、数字音频格式、音频 采样率、数字音频接口，使能控制寄存器进 行写操作，只要在此函数的第二个参数带入 不同的寄存器地址就可以了；配置各个寄存 器的数据，由第三个参数带入，详细请参阅
TLV320AIC23的数据手册。 图5.2 音频采集、滤波回放流程图
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0000000 左声道线性输入音量控制寄存器 0000001 右声道线性输入音量控制寄存器 0000010 左声道耳机输出音量控制寄存器 0000011 右声道耳机输出音量控制寄存器 0000100 0000101 0000110 0000111 0001000 0001001 0001111 模拟音频通道控制寄存器 数字音频通道控制寄存器 电源管理控制寄存器 数字音频格式控制寄存器 音频采样率控制寄存器 数字音频接口使能寄存器 复位寄存器 初始化TLV320AIC23 初始化DSP的MCBSP0 采样20个输入音频数据，同时输出上次循环中已滤波的数据 对本次循环中采样的20个数据滤波，得到新的滤波后的数据 （2）初始化DSP的多通道缓冲串口
在mcbsp54.h头文件中，定义了许多实用的宏函数，我们可以直接调用这些宏函数对MCBSP进行配置。需要配置DSP内部的相关寄存器：SPCR1，RCR1，RCR2，XCR1，XCR2，PCR。MCBSP总线上的数据格式为：单数据相，数据长度为16位,每相2个数据，具体配置方法请参阅《TMS320C54x DSP Reference Set Vol 5：Enhanced Peripherals》。 （3）采样MIC输入的音频数据
本系统MCBSP总线上，TLV320AIC23为主设备，DSP为从设备，也就是音频的采样频率完全是由TLV320AIC23控制的。DSP不需要控制采样率，可以通过中断或者查询的方式从MCBSP上取得采样数据。例程中，采用查询方式，mcbsp54.h中定义了MCBSP_RRDY宏函数，可以判断MCBSP中是否接收到完整的一帧数据。如果接收完成，我们可以调用宏函数DRR1_ADDR，此函数的返回值即为采样数据。 （4）输出音频数据到耳机
调用宏函数DXR2_ADDR和DXR1_ADDR，即可从耳机输出音频数据。注意必须先调用DXR2_ADDR，再调用DXR1_ADDR。这两个函数分别输出左声道和右声道音频数据。 （5）语音信号滤波
在firfun2.asm定义了一个FIR低通滤波器。调用函数firfunc2（）需要三个参数，第一个原始序列的首地址，第二个为滤波后序列的首地址，第三个序列的长度。
四、实验步骤
1． 在断电状态下，用USB线将实验箱的USB口与PC机的USB口相连，将仿真器与 DSP 的JTAG口相连。打开PC机电源及实验箱的12伏电源。
2．打开CCS，选择open——c5416 XDS进入DSP硬件集成开发环境（使用实验箱做实验，先连接好实验箱及仿真器等方可开机）。进入CCS集成硬件开发环境（应能找到实验箱，否则重新开始）。
3．打开项目codec.pjt（D:\\DSPLAB\\LAB5），编译、链接后下载out文件到dsp，运行代码，接上耳麦，应能听到说话声。
4．将lab3文件夹中的firfun.asm或firfun2.asm文件添加到本工程中，修改codec.c文件及链接命令文件，实现语音信号的采集、滤波及回放。比较滤波前后声音频率特性。 5. 采用滤波器级联的方法对语音信号进行多级滤波，滤波后的信号送AIC23再输出，再比较输入与输出信号的差别。
五、实验报告要求
1、 简述语音处理的实验原理。
2、 如何在采集语音的同时输出语音数据？
3、 模拟滤波器的截止频率与数字滤波器的截止频率之间有何关系？如何编程实现：降
低模拟低通滤波器的截止频率？
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