【创龙TMS320C6748开发板试用】+ 实时信号处理

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前两天实验课完成一个自己比较满意的项目，给大家分享一下，主要是思路方面。

基本要求：

(1)信号源为方波，频率为400Hz

(2)利用timer，实现ADC采样，采样频率为8kHz

(3)PC机通过UART控制DSP，命令如下：

“0”：对采集到的波形不滤波，输出原始波形

“1”：对采集到的波形进行带通滤波，提取1次谐波

“2”：对采集到的波形进行带通滤波，提取3次谐波

(4)滤波采用33阶FIR滤波器(系数自行用matlab设计)，要求在采样间隔内完成新样本采集、滤波处理、保存(及输出)

(5)采用对内存画图方式对比原始输入和输出结果，采集总样本数为10000。

图1 系统框图

发挥之处：

(1) UART通信采用中断方式；

(2)信号的实时滤波处理利用DSPLIB库函数；

(3)处理结果利用DAC实时输出至示波器上；

(4)对定时器和ADC的控制

(5)利用DMA完成ADC样本采集存

分析：实验需要完成数据采集、存储和滤波功能，采用定时器计时，中断服务程序中触发ADC进行信号采集，并将采集到的信号经由DMA存入指定存储区域。然后根据串口接收的命令控制滤波算法提取方波中的奇次谐波，然后由DAC输出至示波器。因而主要由信号采集模块、DMA数据存储模块、串口通信模块、信号滤波模块、DAC模拟信号输出模块组成。

数据格式选取：由于最终信号处理成果经由DAC输出，开发板搭载了12bit单极性DAC7617，因而我们最终数据类型应为12bit无符号型，为了避免信号各级处理强制转换带来的误差，我们统一定义数据类型为unsigned int。

1、串口通信模块

图2 串口控制DSP信号处理算法

在DSP收到PC发送的控制命令字后，进入中断服务程序中，判断接收到的字符型变量，分别置命令控制标志cmd为0、1、2，在进入主程序中就判断采用哪一种方法进行处理。

2、信号滤波模块

滤波器采用MATLAB的Filter Designer & Analysis Tool(fdatool)工具设计FIR滤波器。设计参数：带通滤波器，阶数33阶，hanming窗，采样频率8kHz，一次谐波提取滤波器通带300~500Hz，三次谐波提取滤波器通带1100~1300Hz。设计图见下图。

(a) 一次谐波提取滤波器 (b) 一次谐波提取滤波器

图3 fdatool设计FIR滤波器

图4 MATLAB仿真方波信号及频域波形

图6 MATLAB仿真三次谐波提取时域及频域波形

此外，MATLAB中还提供了C代码生成功能，直接将设计的滤波器参数导出为h文件。

图7 MATLAB生成滤波器参数h文件

3、实时实现

为了保证算法的实时性，也即需要在ADC采样时间间隔内完成数据存储、卷积、DAC输出，系统主频为456MHz，采样间隔为8kHz，因而可用的时钟周期为57000个。

1、数据在内存中的流动

图8 数据在内存中的流动

如图8所示为ADC采样数据在内存中的流动图，首先，在初始化过程中，向存储区1写入32个“0”，第一个ADC采样周期完成，DMA将数据存入内存1中的第33个地址处；接着第二个ADC采样周期完成，DMA将数据存入内存1中的第34个地址处，同时，DSP开始对第0~33个数据做卷积运算，结果存入存储区2中的第0个地址，再配置DAC输出此数据；接着第三个采样周期，DMA将数据存入内存1中的第35个地址处，时，DSP开始对第1~34个数据做卷积运算，结果存入存储区2中的第1个地址，再配置DAC输出此数据，按照如此顺序可以实现实时信号处理，输出模拟信号。

至于采用何种方法处理数据，如前所述，根据UART接收的命令控制字，置标志位为指定值，在算法循环开始就确定数据处理方法。

4、算法实现结果

输入信号为400Hz方波，幅度为±1V，偏置500mV。如图9所示。

图9 信号源设置

1、不进行滤波处理，直接输出处理结果。

图10 采样原始方波信号及存储方波信号

图11 频域作图属性配置（CCS3.3）

图12 方波信号频域图

图13 DAC输出采样信号

2、滤波处理，提取一次谐波，结果如下图所示。

图14 采样原始方波信号及一次谐波信号时域图

图15 一次谐波信号频域图

图16 DAC输出一次谐波信号

图17 采样原始方波信号及三次谐波信号时域图

图18 三次谐波信号频域图

图19 DAC输出三次谐波信号

图20 DAC输出三次谐波信号

总结：本次实验较好地完成了实验要求的基本部分和发挥部分，算法实时性好。如图12所示，频域图上方波能够看到多个奇次谐波的分量，方波、一次谐波在CCS作图、示波器上显示波形均较好，三次谐波卷积完成后在CCS中由于存在正偏置，导致动态范围小，我们在DAC输出信号之前适当减去一个直流分量，再乘以一个系数，放大输出信号的动态范围，波形有一定改善，但是由于信号频率提高，示波器采样率不够，导致波形不够连续(如图20所示)。

夏彩芙 · 2016-1-9 14:01:04

作者您好，看了您的文章，我想请教您几个问题。我现在在做一个基于DSP的毕设，本来想着是基于DSP的滤波器设计与实现处理一种信号，由于我没学过DSP所以一直没确定好题，想问一下您的这个实时信号处理在实现的的过程中必须要用到示波器吗，还有整个过程都是用DSP实现的吗，希望您能看到我的求问，谢谢

沈士杰 · 2016-1-17 19:34:11

@夏彩芙实时信号处理是不需要用到示波器的，只是为了确定DA输出信号正确，DSP滤波的话有两种选择，1是采用我上面说的方法实现，用滤波器的系数与信号卷积实现滤波，2是直接调用DSPLIB库函数（FIR、IIR）实现。

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