【正文】 目 錄第一章 課題的研究及意義第二章 IIR數(shù)字濾波器及其設(shè)計(jì)方法 IIR數(shù)字濾波器基礎(chǔ) IIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) 分布式算法IIR濾波器的設(shè)計(jì) 串行分布式IIR濾波器 并行分布式IIR濾波器 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)第三章 基于F280XDSP的IIR算法實(shí)現(xiàn) DSP介紹 F280xDSP芯片 DSP F280x芯片的IIR濾波器實(shí)現(xiàn) DSP系統(tǒng)的構(gòu)成 DSP系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具 IIR數(shù)字濾波器在DSP上的實(shí)現(xiàn)方法及實(shí)現(xiàn)過(guò)程第四章 仿真程序和算法 MATLAB仿真 MATLAB概述 設(shè)計(jì)步驟 使用MATLAB設(shè)計(jì)程序 程序運(yùn)行過(guò)程及結(jié)果第一章 課題的研究及意義電子技術(shù)已全面地由模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)過(guò)渡，傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理技術(shù)正由全新的數(shù)字信號(hào)處理 (Digital51， alProeessing，Dsp)技術(shù)替代，絕大多數(shù)的數(shù)字化產(chǎn)品都需要快速實(shí)時(shí)完成數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)，越來(lái)越多的高性能電子產(chǎn)品都仰仗于DSP的運(yùn)用。所謂信號(hào)處理是指對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、變換、分析、加工、提取特征參數(shù)等的過(guò)程，隨著信息時(shí)代和數(shù)字世界的到來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理已成為一門(mén)極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，它在通信、語(yǔ)音、圖像、自動(dòng)控制、雷達(dá)、軍事、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。數(shù)字信號(hào)處理不僅在速度上要求很高，而且要求有較強(qiáng)的靈活性，這樣可以提高設(shè)備的實(shí)用性，能夠大大降低費(fèi)用，而且還縮短了從研制到應(yīng)用的時(shí)間。我國(guó)的DSP技術(shù)起步較早，產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)成績(jī)斐然，基本上與國(guó)外同。數(shù)字信號(hào)處理是將信號(hào)以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術(shù)。數(shù)字信號(hào)處理與模擬信號(hào)處理是信號(hào)處理的子集。 數(shù)字信號(hào)處理的目的是對(duì)真實(shí)世界的連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量或?yàn)V波。因此在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理之前需要將信號(hào)從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，這通常通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。而數(shù)字信號(hào)處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中一個(gè)非常重要并且應(yīng)用得相當(dāng)普遍的技術(shù)就是數(shù)字濾波器。所謂數(shù)字濾波，是指其輸入輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的相對(duì)比例或者濾除某些頻率成分，達(dá)到提取和加強(qiáng)信號(hào)中的有用成分，削弱無(wú)用的干擾成分的目的。數(shù)字濾波與模擬濾波相比，有精度高、可靠性高、靈活性好、易于大規(guī)模集成等突出優(yōu)點(diǎn)，可以滿(mǎn)足對(duì)幅度和相位的嚴(yán)格要求，還能降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，縮短研制到應(yīng)用的時(shí)間，在很多領(lǐng)域逐步代替了傳統(tǒng)的模擬信號(hào)系統(tǒng)。 數(shù)字信號(hào)處理的算法需要利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備如數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和專(zhuān)用集成電路（ASIC）等。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及設(shè)備具有靈活、精確、抗干擾強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、造價(jià)低、速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，這些都是模擬信號(hào)處理技術(shù)與設(shè)備所無(wú)法比擬的。最成功的DSP芯片當(dāng)數(shù)美國(guó)德州儀器公司（TexasInstruments，簡(jiǎn)稱(chēng)TI）的一系列產(chǎn)品。TI公司在1982年成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列產(chǎn)品TMS3201TMS320C10/C14/C15/C16/C17等，之后相繼推出了第二代DSP芯片TMS320TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS320C40/C44，第五代DSP芯片TMS320C5X/C54X，第二代DSP芯片的改進(jìn)型TMS320C2XX，集多片DSP芯片于一體的高性能DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等。TI將常用的DSP芯片歸納為三大系列，即：TMS320C2000系列（包括TMS320C2X/C2XX）、TMS320C5000系列（包括TMS320C5X/C54X/C55X）、TMS320C6000系列（TMS320C62X/C67X）。如今，TI公司的一系列DSP產(chǎn)品已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最有影響的DSP芯片。數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法主要有有跟沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器和無(wú)限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器兩種。在相同技術(shù)指標(biāo)下，與FIR濾波器相比，nR濾波器可以用較少的階數(shù)來(lái)滿(mǎn)足指標(biāo)的要求，這是因?yàn)镮IR濾波器引入了反饋機(jī)制，并且能夠取得比較好的通帶和阻帶衰減特性。IIR 數(shù)字濾波器的z 域系統(tǒng)函數(shù)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，必須借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才能完成．線性相位FIR 濾波系統(tǒng)函數(shù)時(shí)域序列，常采用窗函數(shù)序列乘相應(yīng)類(lèi)型的理想濾波器序列的方法完成，過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單．Mathematica 是科學(xué)算的強(qiáng)力軟件工具，設(shè)計(jì)濾波器系統(tǒng)函數(shù)的計(jì)算程序十分便捷。 數(shù)字IIR濾波器具有良好的幅頻響應(yīng)特性,被廣泛應(yīng)用于通信、控制、生物醫(yī)學(xué)、振動(dòng)分析，雷達(dá)和聲納等領(lǐng)域從濾波器實(shí)現(xiàn)來(lái)看,數(shù)字IIR濾波器有直接型，級(jí)聯(lián)型、并聯(lián)型和格型等基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類(lèi)型。在各種數(shù)字IIR濾波器結(jié)構(gòu)中,級(jí)聯(lián)型濾波器結(jié)構(gòu)一方面由于各級(jí)之間相互不影響,便于準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)濾波器零、極點(diǎn)和調(diào)整濾波器頻率響應(yīng)性能。另一方面由于各級(jí)極點(diǎn)密集度小,濾波器性能受濾波器系數(shù)量化的影響小,因此倍受關(guān)注。本文主要研究IIR濾波器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法最后給出了IIR低通濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例。 硬件數(shù)字濾波系統(tǒng)核心硬件是DSP 芯片，構(gòu)造硬件濾波系統(tǒng)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)IIR 或FIR 數(shù)字濾波系統(tǒng)的z 域系統(tǒng)函數(shù)，并給出以z1 為自變量的有理分式函數(shù)的分子和分母多項(xiàng)式的系數(shù)數(shù)組B 和A。鑒于傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜, 計(jì)算工作量大, 濾波特性調(diào)整困難的缺點(diǎn), 考慮到利用MAT LAB信號(hào)處理工具箱( S igna lProcessing Too lbox) [ 2 3] 可以快速有效的設(shè)計(jì)由軟件組成的常規(guī)數(shù)字濾波器。并且, 利用MATLAB 設(shè)計(jì)濾波器, 可以隨時(shí)對(duì)比設(shè)計(jì)要求和濾波器特性調(diào)整參數(shù), 直觀簡(jiǎn)便, 極大的減輕了工作量, 有利于濾波器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化, 故, 本文首先從基于Mat lab的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法入手。第二章 IIR濾波器及其設(shè)計(jì)方法 IIR濾波器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中最為廣泛使用的一種基本線性處理模塊，其功能本質(zhì)上是將一組輸入的序列通過(guò)一定的運(yùn)算后轉(zhuǎn)化為另一組數(shù)字序列。它可以實(shí)現(xiàn)模擬器件很難達(dá)到的準(zhǔn)確線性相位特性。數(shù)字濾波器一般分為有限沖激響應(yīng)(FIR，F(xiàn)inite Impluse Response)濾波器和無(wú)限沖激響應(yīng)(IIR，Infinite Impluse Response)濾波器兩大類(lèi)。IIR濾波器的單位沖激響應(yīng)h(n)是無(wú)限長(zhǎng)的，傳遞函數(shù)H(z)在有限z平面0}zIoo上有極點(diǎn)存在，結(jié)構(gòu)上存在著輸出到輸入的反饋，也就是結(jié)構(gòu)上是遞歸型的。IIR數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)如式所示:（1）IIR濾波器在結(jié)構(gòu)上有反饋,使用遞歸結(jié)構(gòu),如圖:就IIR濾波器的特性而言，對(duì)于相同的設(shè)計(jì)指標(biāo)，F(xiàn)IR濾波器所要求的階數(shù)比IIR濾波器高5~10倍，成本較高，而且信號(hào)的延遲也較大。IIR濾波器所要求的階數(shù)不僅比FIR濾波器低，而且可以利用模擬濾波器的設(shè)計(jì)成果，設(shè)計(jì)工作量相對(duì)較小，采用FPGA實(shí)現(xiàn)的IIR濾波器同樣具有多種優(yōu)越性。IIR濾波器可以克服FIR濾波器的很多缺點(diǎn)，當(dāng)然也還有一些不如人意的性質(zhì)。IIR濾波器常規(guī)具有的吸引力和不足的屬性包括:優(yōu)點(diǎn)： ，并且可以告訴運(yùn)行 。 4. 對(duì)于相同的公差設(shè)計(jì)方案，與FIR相比，IIR較短。 缺點(diǎn)：，也就是說(shuō)要得到線性相位響應(yīng)是非常困難的(若需線性相位，可采用全通濾波器進(jìn)行相位補(bǔ)償，使其在通帶范圍內(nèi)具有近似的線性相位，只是會(huì)使復(fù)雜性成倍增加)。 。 ，只能夠設(shè)計(jì)低通、高通和帶通濾波器。 (大多數(shù)時(shí)候，極點(diǎn)到單位圓的鏡像可以用生成同樣的幅度響應(yīng)，濾波器是穩(wěn)定