【正文】 現(xiàn) FIR濾波器。然后通過 DSP結(jié)合 ，最終實現(xiàn)了基于 DSP的 FIR數(shù)字低通濾波器的設(shè)計。仿真結(jié)果表明，基于 DSP實現(xiàn)的濾波 器具有穩(wěn)定性好、精確度高、靈活性強等優(yōu)點，并能實現(xiàn)對信號的實時濾波。 關(guān)鍵詞： FIR數(shù)字濾波器 DSP 窗函數(shù)法 MATLAB TMS320VC5402 2 二、 概 述 隨著信息時代的到來，數(shù)字信號處理已成為當今一門極其重要的學科和技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字信號在通信、語音、圖像、自動控制、雷達、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字信號處理中數(shù)字濾波占有極其重要的地位，與模擬濾波相比，數(shù)字濾波具有很多突出優(yōu)點，比如精確度高、穩(wěn)定、靈活、不要求阻抗匹配、容易實現(xiàn)線性相 位、還可以避免模擬濾波器無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲偏移等問題。 FIRFinite Impulse Response 濾波器是有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，它是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法通常有三種： （ 1） 用計算機軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn)方法就是在通用的微型計算機 上用軟件來實現(xiàn)。 （ 2） 采用 DSP（ Digital Signal Processing）處理器來實現(xiàn)。 （ 3）用 FPGA 可編程器件來實現(xiàn)。 DSP 處理器是專為數(shù)字信號處理而設(shè)計的，它的主要數(shù)字運算單元是一個乘累加器MAC，能夠在一個機器周期內(nèi)完成一次成累加運算，配有適合于信號處理的指令，具備獨特的循環(huán)尋址和倒序?qū)ぶ纺芰Α? 通過比較以上三種方法可見：可以采用 MATLAB 軟件來學習數(shù)字濾波器的基本知識，計算數(shù)字濾波器是系數(shù)，研究算法的可行性，對數(shù)字濾波器進行前期的仿真。然后利用 DSP 來實現(xiàn)數(shù)字濾波的設(shè)計。為了實現(xiàn)這一目標，需要編寫程序，在 CCS 上進行調(diào)試仿真。 3 三、 系統(tǒng)設(shè)計 DSP 系統(tǒng)原理框圖 圖 典型的 DSP 系統(tǒng) 圖 是一個用 DSP 做信號處理的典型框圖。由于 DSP 是用來對數(shù)字信號進行處理的，所以首先必須將輸入的模擬信號變換為數(shù)字信號。于是先對輸入模擬信號進行調(diào)整，輸出的模擬信號經(jīng)過 A/D 變換后變成 DSP 可以處理的數(shù)字信號， DSP 根據(jù)實際需要對其進行相應(yīng)的處理，如 FFT、卷積等；處理得到的結(jié)果仍然是數(shù)字信號，可以直接通過相應(yīng)通信接口將它傳輸出去，或者對它進行 D/A 變換將其轉(zhuǎn)換為模擬采樣值，最后再經(jīng)過內(nèi)插和平滑濾波就得到了連續(xù)的模擬波形 模擬信號。 一般來說 DSP 的設(shè)計過程應(yīng)遵循一定的設(shè)計流程，如圖 示 4 圖 系統(tǒng)流圖 系統(tǒng)的簡單設(shè)計如圖所示，由給出所設(shè)計的 FFT 的技術(shù)指標，用 MATLAB 求解參數(shù)并仿真。選出合適的 DSP 芯片，連接好硬件電路。給出程序流程圖，編寫程序，在 CCS 中完成仿真。 DSP 系統(tǒng)各部分分析 通過初期在 MATLAB 中仿真，確定濾波器參數(shù)。在 MATLAB 中可以通過編程用相應(yīng)的窗函數(shù)來設(shè)計 FIR 濾波器。再 選擇合適 DSP，通過設(shè)計 DSP 硬件電路來產(chǎn)生合適的信號。這期間會用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，時鐘電路，復位電路等，都需要提前設(shè)計好，之后調(diào)試硬件電路。最后，編寫代碼，進行仿真調(diào)試。 5 四、硬件設(shè)計 硬件整體電路及框圖 根據(jù)使用 DSP 芯片的相關(guān)原則，以及芯片手冊具體決定未用端子是接上拉電阻還是懸空?？梢缘贸?DSP數(shù)字濾波器的整體硬件電路連線圖，如圖 。 圖 硬件電路 圖 硬件電路框圖 6 在本系統(tǒng)設(shè)計中采用了 TI 的 TMS320VC5402 作為其核心處理單元。 TMS320VC5402 為低功耗定點數(shù)字信號處理器，其運算速度最快可達 532MIPS。它采用先進的修正哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)共有 8 條總線（ 1 條程序存儲器總線、 3 條數(shù)據(jù)存儲總線和 4 條地址總線）。其 CPU 采用并行結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其能在一條指令周期內(nèi)，高速地完成多項算術(shù)運算。 TMS320VC5402 的豐富的片上外圍電路（通用 I/O 引腳，定時器，時鐘發(fā)生器， HPI 接口，多通道緩沖串行口 Mcbsp）使其與外部接口方便。 硬件各部分組成簡介 信號源單元：頻率，幅值可調(diào)雙 路三角波，方波和正弦波產(chǎn)生電路采用兩片 8038 信號發(fā)生器，輸出頻率范圍 20～ 100kHZ，幅值范圍 10V～＋ 10V，頻率，幅值可獨立調(diào)節(jié)。兩路輸出信號可以通過加法器進行信號模擬處理和混疊，作為信號濾波處理的混疊信號源，混疊后的信號從信號源 1 輸出，信號源單元原理如圖 4 所示。 圖 信號源單元原理框圖 （ 1） 數(shù)模轉(zhuǎn)換單元：數(shù)模轉(zhuǎn)換采用 DAC08 芯片，分辨率 8 位，精度 1LSB，轉(zhuǎn)換時間可達 85ns。 DAC08 可以應(yīng)用在 8bit， 1usA/D 變換，波形發(fā)生，語音編碼，衰 減器，在本實驗系統(tǒng)中， DAC08 采用對稱偏移二進制輸出方式，輸出電壓范圍 5V～＋ 5V，數(shù)模轉(zhuǎn)換的原理圖如圖 所示。 7 由于模數(shù)轉(zhuǎn)換選擇了 10 位器件，為了簡化程序代碼，減少 DSP 的運算工作量，在本數(shù)字濾波器系統(tǒng)中選擇了 TI 公司的 TLV5608 芯片，它是一款 8 通道 10位 到 V 低電壓數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。 （ 2）模數(shù)轉(zhuǎn)換單元：模數(shù)轉(zhuǎn)換芯選用 AD7822，單極性輸入，采樣分辨率 8BIT，并行輸出；內(nèi)含取樣保持電路，以及可選擇使用內(nèi)部參考電壓源，具有轉(zhuǎn)換后自動 PowerDown 的模式，可應(yīng)用在數(shù)據(jù)采樣， DSP 系統(tǒng)及移動通信等場合。在本實驗系統(tǒng)中，參考電壓源＋ ，偏置電壓輸入引腳 。模擬輸入信號以過運放處理后輸入 AD7822 輸入電壓范圍12V～＋ 12V9，模數(shù)轉(zhuǎn)換的原理圖如圖 所示。 圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元原理圖 本設(shè)計中采用了 SPI 接口器件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。在本數(shù)字濾波器系統(tǒng)中選擇了 TI 公司的 TLV 1570 芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件， 8 通道 10 位 V 低電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。 TLVl570