【正文】 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)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學(xué)生姓名所在院系所學(xué)專業(yè)所在班級指導(dǎo)教師教師職稱完成時間： 由科威 ： 電氣與信息學(xué)院 ： 電子信息工程 ： 0442 ： 劉紅喜 ： 講師 ： 2008年 6月20日 長 春 工 程 學(xué) 院摘 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。通過學(xué)習(xí)識字濾波器的結(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)提供一個穩(wěn)定的硬件平臺。(4)根據(jù)TI公司5000系列數(shù)字信號處理器的基本結(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?jǐn)?shù)字濾波器 DSP FIR(有限長單位脈沖響應(yīng))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)目 錄1 引 言 12 緒 論 3 數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn) 3 數(shù)字濾波器的發(fā)展動態(tài) 4 濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 4 本文的研究內(nèi)容 53 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 64 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 125 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)部存儲單元及外部存儲擴(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 硬件平臺的調(diào)試與結(jié)果 246 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 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 317 研究結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33致 謝 34附 錄 35351 引 言一個實(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，使信號中混入噪聲，譬如音頻信號中高頻成分的噪聲使得音樂聽起來刺耳，失去了原有悅耳的音質(zhì)。為了提高信號質(zhì)量，可以對信號進(jìn)行濾波，從噪聲中提取信號，即對一個具有噪聲和信號的混合源進(jìn)行采樣，然后經(jīng)過一個數(shù)字濾波器，濾除噪聲，提取有用信號。在數(shù)字信號處理中，濾波占有極其重要的地位。數(shù)字濾波是語音和圖象處理、模式識別、譜分析等應(yīng)用中的一個基本的處理技術(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幅度和相位特性的嚴(yán)格要求，可以避免模擬濾波器所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題。用可編程DSP芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波可通過修改濾波器的參數(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DSP設(shè)計(jì)平臺，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)。從而通過本課題的研究，掌握濾波器的設(shè)計(jì)技術(shù)，為通信、信號處理等領(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)字信號處理系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)。DSP技術(shù)就是基于VLSI技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一門重要技術(shù)。DSP技術(shù)已在通信、控制、信號處理、儀器儀表、醫(yī)療、家電等很多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。自20世紀(jì)70年代末80年代初DSP芯片誕生以來，DSP芯片得到了飛速的發(fā)展。在20多年時間里，DSP芯片已經(jīng)在信號處理，通信，雷達(dá)等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。世界上第一個單片DSP芯片是1978年AMI公司發(fā)布的S2811，1979年美國Intel公司發(fā)布的商用可編程器2920是DSP芯片的一個主要里程碑。1980年，日本NEC公司推出的PD7720是第一個具有乘法器的商用DSP芯片。在這之后，最成功的DSP芯片當(dāng)數(shù)美國德州儀器公司(Texas Instruments，簡稱TI)的一系列產(chǎn)品，其DSP市場份額占全世界份額近50%。目前DSP芯片的價格越來越低，性能價格比日益提高，具有巨大的應(yīng)用潛力。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，DSP器件在高速度、可編程、小型化、低功耗等方面都有了長足的發(fā)展，單片DSP芯片最快每秒可完成16億次(1600MIPS，每秒1600兆次指令)的運(yùn)算，生產(chǎn)DSP器件的公司也不斷壯大，目前，市場占有率前四名依次為：Texas Instruments、Lucent、AnalogDevice、Motorola。DSP器件應(yīng)用面從起初的局限于軍工，航空航天等軍事領(lǐng)域，擴(kuò)展到今天的諸多電子行業(yè)及消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。在TI公司DSP的產(chǎn)品中，’C1X’C2X’C2XX’C5XX’C54X’C62X等系列是定點(diǎn)運(yùn)算指令系統(tǒng)的DSPs；’C3X、’C4X、’C67X等系列是浮點(diǎn)運(yùn)算指令系統(tǒng)的DSPs；C8X等系列是多DSPs集成系統(tǒng)；’AV7100、AV7110等系列是用于視頻、音頻領(lǐng)域的專用數(shù)字壓縮產(chǎn)品。2 緒 論 數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)濾波器是指用來對輸入信號進(jìn)行濾波的硬件或軟件。如果濾波器的輸入、輸出都是離散時間信號，則該濾波器的沖激響應(yīng)也必然離散，這樣的濾波器定義為數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器在數(shù)字信號處理的各種應(yīng)用中發(fā)揮著十分重要的作用,它是通過對采樣數(shù)據(jù)信號進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理來達(dá)到頻域?yàn)V波的目的。數(shù)字濾波器是提取有用信息非常重要、非常靈活的方法，是現(xiàn)代信號處理的重要內(nèi)容。因而在數(shù)字通信、語音圖象處理、譜分析、模式識別、自動控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。相對于模擬濾波器，數(shù)字濾波器沒有漂移，能夠處理低頻信號，頻率響應(yīng)特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以達(dá)到很高，容易集成等，這些優(yōu)勢決定了數(shù)字濾波器的應(yīng)用將會越來越廣泛。同時DSP(Digital Signal Processor)處理器的出現(xiàn)和FPGA(Field Programmable Gate Array)的迅速發(fā)展也促進(jìn)了數(shù)字濾波器的發(fā)展，并為數(shù)字濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)提供了更多的選擇。相對于模擬濾波器數(shù)字濾波器具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn):精度高:模擬電路中元件的精度很難達(dá)到103以上，而數(shù)字系統(tǒng)17位字長就可以達(dá)到105精度。因此在一些精度要求很高的濾波系統(tǒng)中，就必須采用數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)。靈活性大:數(shù)字濾波器的性能主要取決于乘法器的各系數(shù)，而這些系數(shù)是存放在系統(tǒng)存儲器中的，只要改變存儲器存放的系數(shù)，就可以得到不同的系統(tǒng)，這些都比改變模擬濾波器系統(tǒng)的特性要容易和方便的多，因而具有很大的靈活性?？煽啃愿?因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)只有兩個電平信號“0”和“1”，受噪聲及環(huán)境條件的影響小，而模擬濾波器各個參數(shù)都有一定的溫度系數(shù)，易受溫度、振動、電磁感應(yīng)等影響。并且數(shù)字濾波器多采用大規(guī)模集成電路，大規(guī)模集成電路的故障率遠(yuǎn)比眾多分立元件構(gòu)成的模擬系統(tǒng)的故障率低。易于大規(guī)模集成:數(shù)字部件具有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成，大規(guī)模生產(chǎn)，且數(shù)字濾波器電路主要工作在截止或飽和狀態(tài)，對電路參數(shù)要求不嚴(yán)格，因此產(chǎn)品的成品率高，價格也日趨降低。相對于模擬濾波器，數(shù)字濾波器在體積、重量和性能方面的優(yōu)勢己越來越明顯。并行處理:數(shù)字濾波器的另外一個最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)并行處理，比如數(shù)字濾波器可以采用DSP處理器來實(shí)現(xiàn)并行處理。Tl公司TMS320CS5000系列的DSP芯片采用8條指令并行處理的結(jié)構(gòu)，時鐘頻率為l00MHZ的DSP芯片?？筛哌_(dá)800MIPS(每秒執(zhí)行百萬條指令)。 數(shù)字濾波器的發(fā)展動態(tài)近些年，線性濾方法，如Wiener濾波、Kalman濾波和自適應(yīng)濾得到了廣泛的研究和應(yīng)用，同時一些非線性濾波