(完整版)基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计与DSP实现毕业论文(2)

2019-02-15 22:15

系统由两部分组成,即MATLAB内核及辅助工具箱,两者的调用构成了MATLAB的强大功能。MATLAB语言以数组为基本数据单位,包括控制流语句,函数,数据结构,输入输出及面向对象等特点的高级语言,它具有以下主要特点:

(1) 运算符和库函数极其丰富,语言简洁,编程效率高,MATLAB除了提供和C语言一样的运算符号外,还提供广泛的矩阵和向量运算符。利用其运算符号和库函数可使其程序相当简短,两三行语句就可实现几十行甚至几百行C或FORTRAN的程序功能。

(2) 既具有结构化的控制语句(如for循环,while循环,break语句,if语句和switch语句),又有面向对象的编程特性。

(3) 图形功能强大。它既包括对二维和三维数据可视化,图像处理,动画制作等高层次的绘图命令,也包括可以修改图形及编制完整图形界面的,低层次的绘图命令。

(4)功能强大的工具箱。工具箱可分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能,图示建模仿真功能,文字处理功能以及与硬件实时交互的功能。而学科性工具箱是专业性比较强的,如优化工具箱,统计工具箱,控制工具箱,小波工具箱,图象处理工具箱,通信工具箱等。

(5)易于扩充。除内部函数外,所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件,用户可修改源文件和加入自己的文件,它们可以与库函数一样被调用。

MATLAB 已发展成为适合众多学科,多种工作平台、功能强大的大型软件。在欧美等国家的高校,MATLAB已成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处

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理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。成为攻读学位的本科、硕士、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业开发部门,MATLAB被广泛的应用于研究和解决各种具体问题。在中国,MATLAB也已日益受到重视,短时间内就将盛行起来,因为无论哪个学科或工程领域都可以从MATLAB中找到合适的功能。 1.4 数字信号处理(DSP)器简介

21世纪是数字化的时代,随着越来越多的电子产品将数字信号处理作为技术核心,DSP已经成为推动数字化进程的动力。作为数字化重重要的技术之一,DSP无论在其应用的深度还是广度,正在以前所未有的速度向前发展。

数字信号处理器,也称DSP芯片,是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器,它是现代电子技术、计算机技术和信号处理技术相结合的产物。数字信号处理器由于运算速度快,具有可编程特性和接口灵活的特点,使得它在许多电子产品的研制、开发和应用中,发挥着越来越重要的作用。采用DSP芯片来实现数字信号处理系统更是当前的发展趋势。

目前,DSP芯片的发展非常迅速,硬件结构方面主要是向多处理器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、外围电路内装化、低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的完善,使DSP的应用开发更加灵活方便。

DSP除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外,针对实时数字信号处理的特点,在处理器的结构、指令系统、指令流程上做了很大的改进,其主要特点如下:

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(1) 采用哈佛结构。DSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构或

改进的哈佛结构,比传统处理器的冯诺依曼结构有更快的指令执行速度。

(2) 采用多总线结构。DSP芯片都采用多总线结构,可同时进行取指令和多个数据存取操作,并由辅助寄存器自动增减地址进行寻址,使CPU在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问,大大提高了DSP的运行速度。

(3) 采用流水线技术。利用流水线结构,加上执行重复操作,就能保证在单指令周期内完成数字信号处理中用得最多的乘法—累加运算。

(4) 有专用的硬件乘法—累加器。 (5) 有特殊的DSP指令。 (6) 快速的指令周期。 (7) 硬件配置强。 (8) 支持多处理器结构。 (9) 省电管理和低功耗。 1.5

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DSP芯片开发工具

可编程DSP芯片的开发需要一整套完整的软硬件开发工具。通常,DSP芯片的开

发工具可以分成代码生成工具和代码调试工具。代码生产工具的作用是将用C或汇编语言编写的DSP程序编译汇编并链接成为可执行的DSP程序;代码调试工具的作用则是对DSP程序及系统进行调试,使之能够达到设计目标。代码生产工具是指将用高级语言、汇编语言或两种语言混合编写的DSP程序转换为可执行的DSP芯片目标代码的工具程序,主要包括汇编器和链接器、C编译器。此外还有一些辅助工具程序,如文件格式转换程序、库生产程序和文档管理程序等。归纳一下,代码生成工具程序主要包括一下几种类型的程序

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①C编译器; ②汇编器和链接器;

③辅助程序,如文档管理程序和代码格式转换程序等; ④库文件; ⑤RTS头文件;

开发DSP芯片,调试工具是必不可少的,TMS320系列DSP芯片的系统集成和调试工具主要有:

①C/汇编语言源码调试器; ②初学者工具DSK;

③软件模拟器(Simulator); ④评价模块EVM; ⑤软件开发系统SWDS; ⑥仿真器XDS;

(1) C/汇编语言源码调试器

C/汇编语言源码调试器是一种工作在PC机上的先进的软件接口,它与调试工具(如软件模拟器、评价模块、软件开发系统、仿真器)混合使用,调试器可以完全控制用C语言或汇编语言编写的程序。用户程序既可以用C语言调试,也可以用汇编语言调试,还可以进行C语言和汇编语言的混合调试,调试器提供了非常友好的用户界面,面向窗口,支持鼠标和菜单式的接口使用户不必记忆复杂的指令,使用十分方便。

(2) 初学者工具DSK

初学者工具DSK是RTI公司提供给初学者进行DSP编程练习的一套廉价的实时软

件调试工具。DSK板上除了有一片DSP芯片之外,还提供了可用于声音输入和输出接口的A/D、D/A接口芯片,它可以与PC机通信,在PC机上汇编后的程序可以通过串行或并行接口下载到DSP芯片的内部RAM执行。此外,DSK板上还将DSP芯片的地址和数据总线引出,便于用户对DSK板进行存储器等硬件资源的扩充,并在DSK硬件的基础上形成用户独立的DSP系统。

(3) 软件模拟器

软件模拟器是一种模拟DSP芯片各种功能并在非实时条件下进行软件测试的一种调试工具。它不需要目标硬件支持,只需要在计算机上运行,是一种廉价、方便的调试工具。当然由于DSP芯片用软件模拟器实现,运行速度是软件模拟器的一个突出的缺点,软件模拟器DSP芯片的I/O时采用与文件关联的方法来实现,因而调试中所需的I/O可从文件中读取,输出到I/O口的值也可以存储在文件中。软件模拟器的主要特征有:在计算机上执行用户DSP程序;可修改和查看寄存器;可修改和显示数据和程序寄存器,任何时候可进行存储器的修改,也可在程序输入前进行存储器的初始化;可模拟外设,高速缓存及流水线、定时等功能;可计算指令周期数;可编程的断点设置;可在取指令读写存储器及错误条件满足时设置断点;可进行累加器程序计算器,辅助寄存器的跟踪,指令的单步执行,用户可设定中断产生间隔,在遇到非法操作码和无效数据访问时提示错误信息;从文件中执行命令。

(4) 评价模块EVM

评价模块EVM是一种低成本的开发板,在EVM板上配置了数量的硬件资源,可用来进行DSP芯片评价、性能评估和有限的系统调试。调试接口也采用上述的C/汇编源代码测试器。一般EVM开发板上提供的硬件资源包括电源接口、外设接口、辅助接


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