应用天地 ０簿 己口Ｉ第］年｝月 ］己卷第｝期／ 基于ＤＳＰ的数字滤波器制作与实现 任枫轩 （河南职业技术学院 郑州４５００４６） 摘要：为了实现ＤＳＰ技术与滤波器技术实验教学的有机结合，以一块万能板为底板，把以ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６为核心的ＣＰＵ 数据处理电路、以ＴＬＶ３２ｏＡＩｃ２３为核心的ＣＯＤＥＣ语音采集与编解码电路、电源电路以及其他接口等电路优化组合，制作了 数字滤波器实物，并通过ＣＣＳ设计平台，编写了经典ＦＩＲ滤波器程序，进行软硬件调试，完成了基于ＤＳＰ的数字滤波器实验 模块实物的设计、制作、安装、调试和实验过程。 关键词：ＴＭｓ３２０Ｖｃ５４１６；万能板；ＦＩＲ数字滤波器；实验模块实物 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：５１０．４０９９ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳＰ Ｒｅｎ Ｆｅｎｇｘｕａｎ （Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００４６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔＯ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＳＰ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈ— ｉｎｇ，ａ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｄ ａ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｂｏａｒｄ ａｓ ｉｔｓ ｂａｃｋｐｌａｎｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｉｔ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｄ ＴＭＳ３２ＯＶＣ５４１６ ａｓ ｉｔｓ ｃｏｒｅ，ｓｏｕｎｄ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｅｉｒ— ｃｕｉｔ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｄ ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３ ａｓ ｉｔｓ ｃｏｒｅ，ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ。Ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｃ ＦＩＲ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ＣＣＳ．Ａｆｔｅｒ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄ— ｗａｒｅ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ，ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ，ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍｏｄｕｌｅ ｗｅｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｅｏｍｐｌｅｔｅｄｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６；ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｂｏａｒｄ；ＦＩＲ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍｏｄｕｌｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ １ 引 言 数字滤波器的实现方法是多种多样的，其中比较常用 到的是无限长脉冲响应滤波器（ＩＩＲ）和有限长脉冲响应滤 波器 （ＦＩＲ）２种，另外，还有维纳滤波器、自适应滤波器 高职学生，如何将理论性较强、比较成熟的滤波器算法与 硬件搭建结合起来，让高职学生将相对高深理论学习与实 践结合起来，成为高职ＤＳＰ教学中的一个难题，本文通过 对ＤＳＰ硬件电路的搭建，结合ＦＩＲ滤波器软件编程，设 计、制作、调试了基于ＤＳＰ的ＦＩＲ滤波器实验模块实物。 等。但是在一般通信领域，尤其是信号传输领域，在一个 信号的发送与接收端都是发出或接收一路信号。所以，前 ２种滤波器还是现在滤波器设计的主要方面。例如在线 谱分析、基音检测、线性预测编码等方面都有着广泛的 应用。 而数字滤波是ＤＳＰ最基本的应用领域，一个ＤＳＰ芯 ２硬件电路设计 本模块硬件主要包括３个主要部分；以ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６ 为核心的ＣＰＵ数据处理电路；以ＴＩ ３２０ Ｃ２３为核心的 ＣＯＤＥＣ语音采集与编解码电路；电源电路以及其他接口电 路。３部分电路以一块万能板为依托，通过排插接口和手工 焊接固定，模块的系统连接图［２］，如图１所示。 其信号流程是：信号通过语音对录线或信号引线输 入，接入语音采集与编解码电路芯片ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３，经 ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３采集后，通过ＭｃＢＳＰ与ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６ 片执行数字滤波算法的能力反映了这种芯片的功能大小。 目前，在全国占据半壁多江山的高等职业技术院校的教学 中，ＤＳＰ技术课程已经成为电子信息类专业的核心课程之 一。但是，由于ＤＳＰ教学一般都是采用某些厂家的实验 箱展开，面对生源基础参差不齐、以学习操作技能为主的 进行数据交换、处理和控制，经过ＤＳＰ数字滤波处理后由 收稿日期：２０１２－１１ ５６一 中国科技核心期刊 应用天地 ｌｌ毫 ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； 己口Ｉ］年１月 第］己卷第１期ｌＩ３ ＦＩＲ数字滤波器程序设计 ３．１ ＤＳＰ初始化程序 ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅｒｄｙ（０ｘ０Ｅ７３）； 一—ＤＳＰ芯片的初始化、矢量表初始和２个串行端口的初 始化 ］，主要通过对ＶＣ５４１６的状态寄存器ＳＴ０、状态寄 存器ＳＴ１和处理器模式状念寄存器ＰＭＳＴ等３个控制和 状态寄存器进行初始化，程序采用Ｃ和汇编语言混合编 写，部分程序如下： ｖｏｉｄ ｃｐｕｉｎｉｔ（） —ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅ一—ｒｄｙ（０ｘｌ００Ｃ）；／／８ ｋＨｚ采样频率 ｒｄｙ（０ｘｌ０１Ｃ）；／／９６ ｋＨｚ采样频率 ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅ一—ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅｒｄｙ（０ｘｌ２０１）； 一—ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； Ｄｅｌａｙ（０）；／／延迟４０００＊ＣＰＵ时钟周期 ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； ｛ ＊（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ＊）ＣＬＫＭＤ—ＯｘＯ；／／ｓｗｉｔｃｈ ｔｏ ＤＩＶ ｍｏｄｅ ｅｌｋｏｕｔ一１／２ ｅｌｋｉｎ ｗｈｉｌｅ（（（＊（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ＊）ＣＬＫＭＤ）８ＬＯ１）！一 ０）； ｝ ３．３ ＦＩＲ数字滤波器主程序 Ｍ ＦＩＲ主程序中，系统函数嘲为Ｈ（ ）一∑ｂ Ｚ，对应 ＊（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ＊）ＣＬＫＭＤ一０ｘ２７ｆｆ；／／ｓｗｉｔｃｈ ｔｏ ＝０ Ｍ ＰＬＬ Ｘ １０ ｍｏｄｅ ＰＭＳＴ一０ｘ３ＦＡ０： 的常系数线性差分方程 ： （ ）一∑ｂ ｘ（ｎ一 ），主程 一０ 序清单如下： ｖｏｉｄ ｍａｉｎ（ｖｏｉｄ） ＳＷＷＳＲ一０ｘ７ｆｆｆ： ＳＷＣＲ一０ｘ００００： ＩＭＲ一０： ＩＦＲ—ＩＦＲ： ｛ ｃｐｕ—ｉｎｉｔ（）； ｆｓ＝２５００００； ｝ ｆｓｔｏｐ＝２００００； ３．２ ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３初始化 Ｉ１ｐａｓｓ—ｆｓｔｏｐ／ｆｓ； ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜ＦＬｅｎ；ｉ＋＋） 为使ＡＩＣ２３正常工作并产生预期的音频效果，必须 对其相应的寄存器进行配置 ］。首先对ＶＣ５４１６的Ｉ Ｃ模 块初始化，将ＡＩＣ２３总线上的地址写入从机地址寄存器 ＩＣＳＡＲ；再把相应的ＡＩＣ２３内部映射寄存器的地址和待 写数据合并为１６ ｂｉｔ控制字，逐次写入ＩＣＤＸＲ，并通过 ＩｚＣ总线发送给ＡＩＣ２３，即可完成对ＡＩＣ２３的初始化配 ｛ ｘｍｉｄ［ｉ］：０； ｝ ｆｉｒｄｅｓ（ｎｐａｓｓ）； ｓｅｔ—ｉｎｔ（）； 置。主要程序如下： ｖｏｉｄ ａｉｃ２３ｉｎｋ（ｖｏｉｄ） ——ｆｏｒ（；；） ｛ ｉｆ（ｆｌａｇ一一１、 ｛ ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅｒｄｙ（０ｘｌｅ００）； 一—｛ ｆｌａｇ一０ ｜＊ｓｅｔ ｂｒｅａｋｐｏｉｎｔ ｈｅｒｅ＊ｆ ＩＭＲ一０ｘ０００２； ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅｒｄｙ（０ｘ０１１７）； 一—ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； ｍｅｂｓｐ０ｗｒｉｔｅｒｄｙ（０ｘ０３１７）； 一—｝ ｝ ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； ｔｅｒｄｙ（０ｘ０５ｆ９）；ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉ ４软硬件联合调试 ４．１硬件设置 ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅｒｄｙ（０ｘ０７ｆ９）； 一—将硬件复位，重新启动电源，连接２号孔线与双路正 弦波混叠信号的信号发生器，该混叠信号一路是低频正弦 波，其幅值应小于３ Ｖ，频率应小于２０ ｋＨｚ，高频正弦波信 号幅值也应小于３ Ｖ，频率大于７０ ｋＨｚ，该混叠信号通过 绿色２号孔线送往ＭＩＣＩＮ端。 ４．２联合调试 启动ＣＣＳ软件 ，进入ＣＣＳ平台界面。建立工程， 中国科技核心期刊 ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅ一—ｒｄｙ（０ｘ０８１０）；／／选择线性输入 ｒｄｙ（０ｘ０８１４）；／／选择麦克风输入 ｍｅｂｓｐ０ｗｒｉｔｅ一—ａｓｍ（”ｎｏｐ”）： ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅｒｄｙ（０ｘ０Ａ０１）； 一—ａｓｍ（”ｎｏｐ”）； ｍｃｂｓｐ０ｗｒｉｔｅｒｄｙ（０ ｘ０Ｃ００）； —５８一 己口Ｉ ３；ｆ １月 第］己卷第ｆ期 鬻麓 应用天地 编写程序，编译、汇编和连接１＝程中的所有文件，把程序加 载到目标系统ＤＳＰ上，并打开Ｄｉｓ—Ａｓｓｅｍｂｌｙ窗口，该窗 ５ 结 论 口显示反汇编指令。打开主程序，并在主程序中的ｆｌａｇ一 本文描述了以ＴＭ８３２０Ｃ５４１６芯片为核心的滤波器 ０处设置断点；运行程序，程序将运行至断点处停止。 实实验模块实物的设计、安装和调试过程，并通过在ＣＣＳ 设置图形观察窗口［１。。。打开一个图形观察窗口，图 软件环境中编写了经典ＦＩＲ滤波器程序，对实物进行了联 形观察窗口参数设置，如图４所示，设置观察图形窗口变 合调试。这一过程为高职院校相关ＤＳＰ技术的教学提供 量及参数：采用双踪观察起始地址分别为３５和 ，长度为 了一个实物样本，教学中的理论部分内容，可以辅助ＤＳＰ ２５６的单元中数值的变化，数值类型为３２位浮点变量，这 基本知识、ＣＣＳ软件应用、ＦＩＲ滤波器基本原理等知识的 ２个数组中分别存放的是经过Ａ／Ｄ转换后的输入混叠信 学习，实训教学的内容设计，可以选择学生自主完成ＤＳＰ 号和对该信号进行ＦＩＲ滤波的结果。 芯片最小系统的搭建、ＰＣＢ设计、元件参数自选和手工焊 接等内容，这一“基于ＤＳＰ的数字滤波器的制作和实现” 项目课程在作者所在院校的实施，节约了实验实训成本， 增加了可操作性，提升了学生的学习兴趣和技能水平，取 得了良好的教学效果。 参考文献 ［１］ 吴伟，唐斌．可变带宽线性相位ＦＩＲ滤波器的设计和 实现［Ｊ］．仪器仪表学报，２００８，２９（４）：７８２—７８６． ［２］付荣国，周庆敏．基ＴＩ Ｖ３２０ＡＩＣ２３和ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６的 语音系统设计ＥＪ］．微计算机信息，２００７，２３（３５）：１９２—１９３． 图４图形观察窗口参数设置 ［３］ 崔畅，赵强．基于ＤＳＰ的ＦＩＲ滤波器的设计与实 现［Ｊ］．国外电子测量技术，２００９，２９（７）：６８ ７０． Ｙ４３任枫轩，李伟．ＰＣＢ设计与制作［Ｍ］．北京：机械工业 观察图形窗口参数设置完毕后，将出现图形观察界 出版社，２０１０． 面，此时动厕运行程序，调整观察窗口，如果波形不够理 ［５］汪春梅，孙洪波．ＴＭＳ３２０Ｃ５０００系列ＤＳＰ系统设计 想，微调信号发生器的两路正弦信号的幅值和频率等，使 与开发实例［Ｍ］北京：电子＿Ｔ业｝“版社，２００４． 得低频正弦波信号幅值小于３ Ｖ，频率小于２０ ｋＨＺ，高频 ［６］张三军，郭庆．基于ＭＡＴＩ ＡＢ与ＤＳＰ的心电整系数 正弦波信号幅值小于３ Ｖ，频率大于７０ ｋＨｚ，直至观察窗 数字滤波器设计［Ｊ］．国外电子测量技术，２００９，２８ 口能看见滤波效果明显的结果图形，滤波器滤波前后波形 （３）：６９－７２． 对比图如图５所示，经过滤波后，得到标准的正弦波形图。 ［７］杨宇，叶宇风，王洪．基于ＤＳＰ的实时信号频谱分析 模块设计ＥＪ］．电子测量技术，２００６，２９（２）：１２５—１２８． ［８］张吴，师奕兵．一种满足功率互补特性的线性相位 ＦＩＲ滤波器［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２００９，２３（２）： ８３～８８． 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