数字信号处理及DSP技术实验指导(范勤儒)

本书对“数字信号处理”、“DSP原理及应用”课程的实验进行了较系统的论述。全书分两部分：知识篇及实验篇。知识篇共4章，对MATLAB软件、CCS集成开发环境、DSP仿真器及DSP实验系统的使用方法作了较详细的介绍。实验篇共16章：其中数字信号处理部分占6章，对离散信号及系统MATLAB时域分析实验、变换域分析实验、频域分析实验、滤波器常有结构分析实验、IIR滤波器设计实验及FIR滤波器设计实验作了详细的阐述；DSP原理及应用部分占10章，包括CCS3.3的软件应用实验、DSP定时器实验、指示灯及开关控制实验、键盘控制、LCD控制、蜂鸣器控制、IIR滤波器实现、FIR滤波器实现、基于AIC23的语音滤波处理实验及DSP大作业。
每章均包含典型的实验案例及学生实验内容。通过实验案例，学生可以自行完成实验。
本书可作为高等院校电子信息工程、通信工程等专业学生相关课程的实验教材，也可作为计算机、自动化专业学生的实验参考书，亦可供研究生以及从事有关工作的科技人员学习参考。

第1篇 知识篇
　

第1章　MATLAB 6.5的使用 3
1.1　MATLAB 6.5桌面工具 3
1.2　MATLAB仿真分析基本方法 4
第2章　CCS的使用 6
2.1　CCS开发软件分类 6
2.2　CCS3.3安装 6
2.3　CCS3.3设置 6
2.3.1　CCS的Emulator设置 6
2.3.2　CCS的Simulator设置 10
第3章　仿真器 11
第4章　TMS320C5509实验系统 17
4.1　TMS320C5509实验系统性能指标 17
4.2　实验箱上资源 17
4.3　高保真语音编解码芯片TLV320AIC23 22
4.4　I/O寄存器的设计和使用 28
4.5　液晶、键盘、交通灯、蜂鸣器、直流
　　 电机等的控制 28
4.6　TMS320C55x的硬件结构 29
4.6.1　C55x CPU内部总线结构 29
4.6.2　C55x存储器配置 29
4.6.3　C55x外设配置 29
4.6.4　C5509引脚定义与描述
　　 （LQFP封装） 30
4.6.5　C5509 CPU寄存器 32
4.6.6　存储空间和I/O空间 36
4.6.7　中断系统 37
4.6.8　通用定时器 39
4.6.9　McBSP引脚作通用I/O口 43
4.6.10　实验系统存储空间配置 44
4.6.11　外部存储器接口（EMIF）简介 45

第2篇 实验篇
　

第5章　离散时间系统时域分析实验项目 51
5.1　常用序列及基本运算 51
5.1.1　常用序列函数 51
5.1.2　序列基本运算函数 51
5.2　时域LTI系统零状态响应 57
5.2.1　时域LTI系统单位脉冲响应 57
5.2.2　时域LTI系统零状态响应 58
5.3　实验内容 59
第6章　离散时间系统的z域分析实验项目 60
6.1　常用信号的z反变换 60
6.2　z域的系统MATLAB分析 61
6.3　实验内容 64
第7章　离散时间系统的频域分析实验项目 65
7.1　周期离散信号的频谱分析 65
7.2　有限长非周期离散信号的频谱
　　分析 65
7.3　实验内容 69
第8章　数字滤波器基本结构实验项目 70
8.1　IIR滤波器基本结构 70
8.1.1　直接型结构 70
8.1.2　级联型结构 72
8.1.3　并联型结构 77
8.2　FIR滤波器基本结构 82
8.2.1　直接型结构（横截型） 82
8.2.2　级联型结构 82
8.2.3　线性相位型结构 86
8.2.4　频率抽样型结构 88
8.3　实验内容 92
第9章　IIR数字滤波器设计实验项目 94
9.1　IIR模拟滤波器原型设计 94
9.1.1　巴特沃思低通滤波器 94
9.1.2　切比雪夫Ⅰ型低通滤波器 97
9.1.3　切比雪夫Ⅱ型低通滤波器 101
9.1.4　椭圆低通滤波器 105
9.2　两种模拟滤波器转换为数字滤波器的
　　方法 109
9.2.1　脉冲响应不变法设计低通数字滤波器 109
9.2.2　双线性变换法 112
9.3　模拟低通滤波器与高通、带通、带阻数字
　　滤波器频带转换实验项目 114
9.3.1　归一化模拟低通滤波器与模拟低通、高
　　　通、带通、带阻滤波器频带转换 114
9.3.2　IIR数字滤波器直接设计 117
9.4　实验内容 124
第10章　FIR数字滤波器设计实验项目 126
10.1　FIR滤波器的窗函数法 126
10.1.1　几种窗函数 126
10.1.2　窗函数设计步骤 127
10.1.3　MATLAB提供的函数 127
10.2　FIR滤波器的频率抽样法 130
10.3　实验内容 131
第11章　CCS3.3软件应用实验项目 132
11.1　实验准备及原理 132
11.2　实例 132
11.3　实验内容 139
第12章　指示灯及DIP拨码开关控制实验项目 140
12.1　实验准备及原理 140
12.2　实例 141
12.3　实验内容 143
第13章　DSP定时器实验项目 144
13.1　实验准备及原理 144
13.2　实例 146
13.3　实验内容 148
第14章　键盘控制实验项目 149
14.1　实验准备及原理 149
14.2　实例 151
14.3　实验内容 156
第15章　LCD控制实验项目 157
15.1　实验准备及原理 157
15.2　8×8字符LCD显示控制 159
15.3　16×16 LCD汉字显示控制 164
15.4　实验内容 169
第16章　蜂鸣器控制实验项目 170
16.1　实验准备及原理 170
16.2　实例 172
16.3　实验内容 176
第17章　基于CCS仿真的IIR数字滤波器
　　　　 设计项目 177
17.1　实验准备及原理 177
17.2　实例 177
17.3　实验内容 183
第18章　基于CCS仿真的FFT频谱分析项目 185
18.1　实验准备及原理 185
18.2　实例 186
18.3　实验内容 193
第19章　实时语音FIR滤波实验项目 194
19.1　实验准备及原理 194
19.2　基于TLV320AIC23B语音传送及滤波 195
19.3　实例 196
19.4　实验内容 204
第20章　DSP大作业实验项目 205
20.1　循环队列的使用 205
20.1.1　实验原理 205
20.1.2　实例 206
20.1.3　实验内容 214
20.2　数字密码锁设计 214
20.2.1　实验原理 214
20.2.2　实例 215
20.2.3　实验内容 225
20.3　歌曲点播系统设计 225
20.3.1　实验原理 225
20.3.2　实例 225
20.3.3　实验内容 233
20.4　按键转移交通信号灯 233
20.4.1　实验原理 233
20.4.2　实例 235
20.4.3　实验内容 241
参考文献 242

“DSP 原理及应用”是电子信息工程及通信工程专业的重要课程，其理论基础是“数字信号处理”。由于应用型大学强调实践性教学，必须要找到一个应用点给理论性课程赋予实践的内容，这样，学生学起来不会觉得很枯燥。因此，有必要编一本结合两门课程特点的实验指导书，将数字信号处理的分析方法、MATLAB的仿真实验及DSP芯片的应用实验有机结合起来。基于这个目的，本书作者在编写中淡化理论知识，以数字信号处理实验及DSP原理技术典型案例作为实验项目。
本书具有以下特点。
（1）在有限的实验课时前提下，淡化原理，以实验项目为主题，强化 MATLAB 开发及DSP芯片系统开发的实验项目，前后有一定的连贯性。本书以实验项目作为主要内容，去除繁复的理论介绍，因此，内容清晰。本书既可以作为数字信号处理和DSP原理及应用的实验指导，又可以单独作为其中一门课程的实验指导。
（2）将数字信号处理实验与DSP原理及应用实验编在一起，起到承前启后的作用。因为一般的数字信号处理课程实验比较少，而且DSP原理及应用的很多算法要用到数字信号处理实验的数据，因此，将两门课的实验放在一起既可以使学生回顾前面的知识点，又可以看到后面的应用。
（3）数字信号处理实验项目不重复“信号与系统”的MATLAB入门、基本运算、时域分析、拉普拉斯变换等基础性实验项目，重在考虑DSP原理及应用课程的应用性特点，强化频谱分析MATLAB仿真及各种滤波器设计的实验项目。
（4）DSP实验项目不重复课本的理论，重点强调实验手段、设计实现方法、实验内容。
（5）DSP原理及应用实验项目包括项目实验及大作业部分。项目实验包括CCS的操作环境的使用、基于CCS的基本算法的C编程、算法应用、各种硬件接口编程等。大作业包括算法及硬件应用的综合编程具体案例。
（6）通过典型实例来说明每个实验项目。每一章都附有学生做实验的实例，学生可分析实例自行完成实验项目，易操作，针对性、实用性强。
本书包括知识篇及实验篇两部分。
知识篇共4章，包括学生实验的知识，对MATLAB软件、CCS集成开发环境、DSP仿真器及DSP实验系统的使用方法作了较详细的描述。
实验篇包括数字信号处理实验和DSP原理及应用实验描述，共16章。其中，数字信号处理占6章，包括离散时间信号及系统MATLAB时域分析实验、变换域分析实验、频域分析实验、滤波器常有结构分析实验、IIR滤波器设计实验及FIR滤波器设计实验；DSP原理及应用部分占了10章，包括CCS3.3的软件应用实验、DSP定时器实验、指示灯及开关控制实验、键盘控制、LCD控制、蜂鸣器控制、IIR滤波器实现、FIR滤波器实现、基于AIC23的语音滤波处理实验及DSP大作业。DSP实验及大作业分别采用TI公司的TMS320VC5509A芯片及TMS320VC5416芯片作为处理器设计实验。
每章均包含典型的实验案例及学生实验内容。通过学习实验案例，学生可以自行完成实验。
本书由范勤儒统稿。参加编写的有范勤儒、王朗、于在河。其中知识篇第1～4章由范勤儒编写；实验篇中第5～8章、第11～19章由范勤儒编写，第9、10章由于在河编写，第20章由王朗编写。
本书得到宁波市教育局课题JSJZYQ-201005及浙江大学宁波理工学院专业核心支撑课程建设项目NITKC-2012053资助。
在编写过程中，得到浙江大学宁波理工学院信息学院领导、老师的大力支持及相关学生实验帮助，在此，作者向他们表示由衷的谢意。
由于作者水平有限，书中如有纰漏，敬请读者批评指正。

编 者
2013年7月