【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） FIR 數(shù)字濾波器的 DSP 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) FIR Digital Filter Design And Implementation Of The DSP 長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院 ： 由科威 ： 電氣與信息學(xué)院 ： 電子信息工程 ： 0442 ： 劉紅喜 ： 講師 ： 2021年 6 月 20日 學(xué)生姓名 所在院系 所學(xué)專業(yè) 所在班級(jí) 指導(dǎo)教師 教師職稱 完成時(shí)間 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 摘 要 本論文的主要研究了數(shù)字濾波器的基本理論，基于 TI公司的數(shù)字信號(hào)處理器 TMS320VC5402 設(shè)計(jì)了一款穩(wěn)定度高，低功耗的數(shù)字濾波器系統(tǒng)，并完成了軟硬調(diào)試工作。主要工作如下 : (1)研究 數(shù)字濾波器的基本理論，以及數(shù)字濾波器 的實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)學(xué)習(xí)識(shí)字濾波器的結(jié)構(gòu)、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)理論，掌握了各種數(shù)字濾波器的原理和特性。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器奠定了理論基礎(chǔ)。 (2)研究分析了如何利用 MATLAB 仿真軟件來(lái)設(shè)計(jì)出符合要求的數(shù)字濾波器。并采用了相關(guān)的函數(shù)設(shè)計(jì)了 帶阻 數(shù)字濾波器，并得到了濾波器的相關(guān)系數(shù)，為利用 DSP 實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波做好了一些前期的工作。 (3)研究 TMS320VC5402 器件的結(jié)構(gòu)和特性，根據(jù)該數(shù)字信號(hào)處理器的獨(dú)特的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的系統(tǒng)架構(gòu)，并系統(tǒng)全面的設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的各個(gè)模塊電路，合理的處理模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片與 DSP 的連接。 為實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的硬件平臺(tái)。 (4)根據(jù) TI公司 5000 系列數(shù)字信號(hào)處理器的基本結(jié)構(gòu)和特征，充分利用其片上資源 ,結(jié)合 MATLAB 軟件的仿真，用軟件實(shí)現(xiàn)高性能穩(wěn)定的數(shù)字濾波器。 關(guān)鍵字 數(shù)字濾波器 DSP FIR(有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng) ) 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) Abstract: The mostly important task of this paper is researching the basic theories of digital filter， base on the TMS320VC5402 of Tl pany design digital filter system with high stability and low power consume， acplish the hardware and software task as following: (1)Reach the basic theory of digital filter and the method of realize of digital filter， grasp the principle and characteristic of each digital filter. (2)Reach and analyse how to use the simulate software of MATLAB to design the required digital several function design some universal digital filter， get the coefficient of digital filter， prepare the prophase task of design a digital filter base on DSP. (3)Reach the structure and characteristic of TMS320VC5402， according to the particular characteristic of this digital signal processor， disign an rationalization system structure of digital and integrated design the each part of circuit with different function， process the connection of ADC and DAC with Digital Signal a stability hardware system to realize digital filter. (4)According to the basic structure and characteristic of spectrum 5000 digital signal processor of TI， make the best of of the resource on chip， bined with simulate software MATLAB， realized a high performance and high stability digital filter. Key Words: Digital filter DSP(Digital Signals Processor) FIR(Finity Impulse Respons) 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 目 錄 1 引 言 ............................................................ 1 2 緒 論 ............................................................ 3 數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn) ........................................... 3 數(shù)字濾波器的發(fā)展動(dòng)態(tài) ....................................... 4 濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 ........................................... 4 本文的研究 內(nèi)容 ............................................. 5 3 數(shù)字濾波器理論研究 ............................................... 6 數(shù)字濾波器的定義和分類 ..................................... 6 FIR 數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu) 5 ........................................ 6 4 數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ....................................... 8 濾波器的表達(dá)方式 ........................................... 8 FIR 濾波器的 MATLAB 輔助設(shè)計(jì) ................................. 9 MATLAB 軟件數(shù)字濾波器仿真結(jié)果 .............................. 12 5 數(shù)字濾波器硬件電路設(shè)計(jì) .......................................... 14 基于 DSP 的數(shù)字濾波器總體硬件設(shè)計(jì)方案 ...................... 14 TMS320VC5402 內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu) .................................. 14 復(fù)位電路設(shè)計(jì) ............................................... 15 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) .............................................. 16 電源設(shè)計(jì) .................................................. 16 JTAG 接口設(shè)計(jì) .............................................. 17 內(nèi)部存儲(chǔ)單元及外部存儲(chǔ)擴(kuò)展 ................................ 17 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器件與 DSP連接設(shè)計(jì) ............................ 21 PCB 設(shè)計(jì)中采用的關(guān)鍵技術(shù) ................................... 24 硬件平臺(tái)的調(diào)試與結(jié)果 ..................................... 24 6 數(shù)字濾波器的 TMS320VC5402 定點(diǎn)實(shí)現(xiàn) ............................... 26 DSP 芯片的定點(diǎn)運(yùn)算 ......................................... 26 系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì) ........................................ 27 FIR 程序設(shè)計(jì) ............................................... 28 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II 軟件開發(fā)環(huán)境及實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)流程 .................... 29 軟硬件聯(lián)調(diào)與結(jié)論 .......................................... 31 7 研究結(jié)論 ......................................................... 32 參考文獻(xiàn) ........................................................... 33 致 謝 .............................................................. 34 附 錄 .............................................................. 35 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 引 言 一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，由于設(shè)備或者是外界環(huán)境的原因，總存在各種干擾，使信號(hào)中混入噪聲，譬如音頻信號(hào)中高頻成分的噪聲使得音樂(lè)聽起來(lái)刺耳，失去了原有悅耳的音質(zhì)。為了提高信號(hào)質(zhì)量，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，從噪聲中提取信號(hào)，即對(duì)一個(gè)具有噪聲和信號(hào)的混合源進(jìn)行采樣，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)數(shù)字濾波器，濾除噪聲，提取有用信號(hào)。 在數(shù)字信號(hào)處理中，濾波占有極其重要的地位。數(shù)字濾波是語(yǔ)音和圖象處理、模式識(shí)別、譜分析 等應(yīng)用中的一個(gè)基本的處理技術(shù)。與模擬濾波相比，數(shù)字濾波具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，它可以滿足濾波器對(duì)幅度和相位特性的嚴(yán)格要求，可以避免模擬濾波器所無(wú)法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問(wèn)題。用可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波可通過(guò)修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性。因此，我們有必要對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，理解其工作原理，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)開發(fā)穩(wěn)定性好的濾波器系統(tǒng)。我們將通過(guò) DSP 設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)較為重要的 FIR 濾波器系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了它們的應(yīng)用系統(tǒng)以 TMS320C5402 芯片為核心的硬件電路，實(shí)現(xiàn)能獨(dú)立完成濾波功能 的系統(tǒng)。從而通過(guò)本課題的研究，掌握濾波器的設(shè)計(jì)技術(shù)，為通信、信號(hào)處理等領(lǐng)域?qū)嵱没瘮?shù)字濾波器設(shè)計(jì)提供技術(shù)準(zhǔn)備。本科題的研究，將為今后設(shè)計(jì)以 DSP 為核心部件的嵌入式系統(tǒng)集成提供技術(shù)準(zhǔn)備，這不僅具有重要的理論意義，同時(shí)還具有重要的實(shí)際意義。 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，各種新型的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路不斷涌現(xiàn)，集成電路技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，使得數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的功能越來(lái)越強(qiáng)。 DSP 技術(shù)就是基于 VLSI 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門重要技術(shù)。 DSP 技術(shù)已在通信、控制、信號(hào)處理、儀器儀表、醫(yī)療、家電等很多領(lǐng)域得到 了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 自 20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初 DSP 芯片誕生以來(lái)， DSP 芯片得到了飛速的發(fā)展。在20 多年時(shí)間里， DSP 芯片已經(jīng)在信號(hào)處理，通信，雷達(dá)等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。世界上第一個(gè)單片 DSP 芯片是 1978 年 AMI 公司發(fā)布的 S2811， 1979 年美國(guó) Intel 公司發(fā)布的商用可編程器 2920 是 DSP 芯片的一個(gè)主要里程碑。 1980年，日本 NEC 公司推出的 PD7720是第一個(gè)具有乘法器的商用 DSP 芯片。在這之后，最成功的 DSP 芯片當(dāng)數(shù)美國(guó)德州儀器公司 (Texas Instruments，簡(jiǎn)稱 TI)的一系 列產(chǎn)品，其 DSP 市場(chǎng)份額占全世界份額近 50%。目前 DSP 芯片的價(jià)格越來(lái)越低，性能價(jià)格比日益提高，具有巨大的應(yīng)用潛力。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展， DSP 器件在高速度、可編程、小型化、低