【正文】 四川師范大學本科畢業(yè)設計基于DSP的FIR濾波器設計學生姓名333院系名稱物理與電子工程學院專業(yè)名稱電子信息工程班 級33333學 號33333指導教師完成時間2014年 5月 10日基于DSP的FIR濾波器設計 電子信息工程專業(yè)學生姓名 曾慧 指導教師 汪文蝶摘要 隨著科學技術和信息處理的高速發(fā)展，目前數(shù)字信號處理已經(jīng)在電子信息、無線電、自動控制等得到廣泛應用。本文基于DSP完成了FIR低通濾波器設計。介紹了FIR數(shù)字濾波的特點和設計方法以及FIR低通濾波器的設計過程。主要采用了布拉克曼（Blackman）窗函數(shù)實現(xiàn)FIR低通濾波器，并給出了MATLAB仿真結(jié)果。最終基于DSP在TMS320VC5009平臺上用C語言編程在CCS軟件上實現(xiàn)了通帶邊緣頻率10KHz，阻帶邊緣頻率22KHz，阻帶衰減75dB，采樣頻率50KHz的FIR低通濾波器。關鍵詞：FIR低通濾波器 DSP CCS 窗函數(shù) MATLAB DSPbased FIR Filter Design Abstract With the rapid development of science and technology and information processing, the current digital signal processing has been widely applied in electronic information, radio, automatic on DSP pleted the FIR lowpass filter design. Describes the characteristics and design method of FIR digital filter and FIR lowpass filter design main use of Blackman (Blackman) window FIR lowpass filter function implementation, and gives the MATLAB simulation results. Ultimately based on DSP using C language programming on the CCS software platform on TMS320VC5009 filter passband edge frequency 10KHz, stopband edge frequency 22KHz, stopband attenuation 75dB, FIR 50KHz sampling frequency lowpass. Keywords: FIR lowpass filter window function MATLAB DSP CCSI目 錄摘要 IAbstract II1 引言 1 選題背景與研究意義 1 國內(nèi)外發(fā)展 1 研究內(nèi)容 22 FIR濾波器的理論基礎 2 FIR濾波器的特點 2 FIR濾波器設計的特點 3 FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu) 3 線性相位FIR濾波器的特點 5 各種窗函數(shù) 6 窗函數(shù)的設計思想 6 8 用窗函數(shù)設計法來設計FIR低通濾波器 9 MATLAB仿真 113 DSP的實現(xiàn)平臺 13 DSP硬件開發(fā)環(huán)境 13 DSP的硬件結(jié)構(gòu)示意圖 14 TMS320VC5509A基本介紹 14 DSP軟件開發(fā)環(huán)境 14 CCS實現(xiàn)FIR低通濾波器設計 164 結(jié)論 19 試驗結(jié)果分析 19 總結(jié) 19致謝 19參考文獻 20附錄 211 引言 選題背景與研究意義 隨著信息技術和計算機學科的不斷發(fā)展，數(shù)字型號處理從20世紀60年代以來就迅速的發(fā)展起來。數(shù)字信號處理不僅應用在通信、儀器 、工業(yè)控制與自動化、醫(yī)療、軍事、還廣泛應用在濾波與變換、音頻、語音、圖象和圖形以及消費電子等眾多領域中?？傊當?shù)字信號處理是把信號用數(shù)字或符號表示的序列，通過計算機或通用信號處理設備，用數(shù)字的數(shù)字計算方法處理（濾波、變換，圖象的壓縮與增強、估值和識別等加工處理等），為了達到提取有用信息的目的。幾乎所有的工程技術領域都涉及到數(shù)字信號處理。 在發(fā)展的過程中，與模擬信號處理相比較，數(shù)字信號處理也出現(xiàn)了很多明顯的優(yōu)點，如高精度在高精度的系統(tǒng)中，有時只能采用數(shù)字系統(tǒng)；靈活性高，數(shù)字系統(tǒng)的性能主要由乘法器的系數(shù)決定，而系數(shù)存放在系數(shù)存儲器中，因而只需改變存儲的系數(shù)就可以得到不同的系統(tǒng)，比改變模擬系統(tǒng)方便很多；可靠性強，因為數(shù)字系統(tǒng)只有兩個信號電平“0”“1”，因而受周圍環(huán)境的溫度及噪聲影響小，因此可靠性強；容易大規(guī)模集成，由于數(shù)字部件具有高度規(guī)范性，便于大規(guī)模集成、大規(guī)模生產(chǎn)。故產(chǎn)品成品率高；可獲得高性能指標等等。由于數(shù)字信號處理的突出優(yōu)點，因此他在語音、雷達、地震測報、通信、遙感、生物醫(yī)學、電視、儀器中得到非常廣泛的應用。數(shù)字信號處理（DSP）的各種芯片可通過軟件改變參數(shù)來改變?yōu)V波器的特性，具有高的靈活性，而且數(shù)字信號處理應用非常廣泛，因此我們要去理解濾波器的工作原理，研究其的設計方法，優(yōu)化其設計方法。特別是FIR低通濾波器的設計，與IIR低通濾波器相比，它具有嚴格的線性相位，同時有可以具有任意的幅度特性。最重要的是FIR濾波器的單位抽樣響應是有限長的，因而濾波器一定是穩(wěn)定的。這種獨特的優(yōu)勢，讓我想去研究關于數(shù)字處理的FIR濾波器，充分體現(xiàn)FIR濾波器的優(yōu)勢。本課題不僅具有理論意義，同時還具有實際意義。 國內(nèi)外發(fā)展20世紀60年代起，隨著信息技術和計算機的快速發(fā)展，數(shù)字信號處理是一門廣泛應用與許多領域涉及許多學科的工學學科，并且得到了飛速的發(fā)展，在如今的數(shù)字化時代，它已成為計算機、通信、消費電子等領域的基本器件。DSP的發(fā)展基本可以分為三個階段： 最初的DSP只是用微處理器來處理，但其處理速度非常慢，根本無法滿足人們的需求。而且只出現(xiàn)在書本上，無法應用在實際中，應用非常的狹窄，一般指用在航空航天、軍事上。第一代DSP芯片TMS32010伴隨著半導體技術和集成電路技術的發(fā)展而誕生，現(xiàn)在它的運算速度快樂幾十倍，在實際中也得到應用，但是它的功耗和尺寸都很大，容量也非常小，而且應用非常不靈活。但它也給DSP產(chǎn)生了非常的影響，標志著DSP的快速進步。到80年代中期，隨著CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其運算速度和存儲容量都得到了很大的提高，稱為語音處理和圖象硬件處理技術的基礎。第三代DSP芯片出現(xiàn)在80年代后期，運算速度得到飛速的提高，通信、計算機領域也得到了廣泛的使用。DSP不僅在國外，而且最近在中國市場作為整個半導體市場一樣為國際半導體市場的一個組成部分，必然具有國際半導體市場的共性。由于它根植于中國這一特定經(jīng)濟與社會環(huán)境的土壤中。DSP在中國的發(fā)展具有非常大的市場。隨著社會的快速發(fā)展以及人們對高端產(chǎn)品的喜愛和依賴，以及高端產(chǎn)品給人們帶來的樂趣和用途，促使DSP的快速發(fā)展。MMoIP電話、數(shù)碼相機、數(shù)碼手表和手持電子設備、汽車電子等數(shù)碼產(chǎn)品得到廣泛的使用。在中國市場的迅速發(fā)展促進了高性能DSP的廣泛使用。中國的電子產(chǎn)品制造商眾多，對低成本、易使用的DSP需求巨大。DSP主要應用在通訊領域、數(shù)字影音的產(chǎn)品，這讓DSP不得不快速的發(fā)展來適應人們的需求，提高自身的價值，未來DSP市場競爭將越趨激烈。 研究內(nèi)容 本論文是TI公司近年推出的高性能TMS320VC5509的DSP芯片設計濾波器系統(tǒng)，基于DSP的FIR有限沖激響應濾波器，完成了通帶邊緣頻率10KHz，阻帶邊緣頻率22KHz，阻帶衰減75dB，采樣頻率50KHz的FIR低通濾波器。采用布拉克曼（Blackman）窗函數(shù)在MATLAB和CCS上仿真實現(xiàn)FIR低通濾波器。 本論文共分為四個部分，第一章為引言部分，介紹DSP及其濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀；第二章詳細FIR濾波器的理論基礎，F(xiàn)IR低通濾波器的設計法方法及其算法，以及在MATLAB上的仿真。介紹DSP的特點、性能指標、軟件開發(fā)工具、指令系統(tǒng)及硬件結(jié)構(gòu)；第三章介紹了實現(xiàn)FIR濾波器實現(xiàn)的硬件和軟件平臺以及如何在CCS上的實現(xiàn)。第四章介紹了本次設計的結(jié)果分析；其中第二、三章是本論文的核心部分。2 FIR濾波器的理論基礎 FIR濾波器的特點 由于無限長單位沖激響應(IIR)數(shù)字濾波器有非常明顯的缺點，他的相位是非線性的，若需要線性相位，則要采用全通網(wǎng)絡進行相位校正，然而，圖象處理以及數(shù)據(jù)傳輸都要求有嚴格的線性相位特性，而有限長單位沖激響應（FIR）濾波器就可以做成嚴格的線性相位，同時有可以具有任意的幅度特性。最重要的是FIR濾波器的單位抽樣響應是有限長的，因而濾波器一定是穩(wěn)定的。只要經(jīng)過一定的延時，任何非因果有限長序列都能變成因果有限長序列，因而總能用因果系統(tǒng)來實現(xiàn)，還可以用快速傅里葉變換（FFT）算法來實現(xiàn)濾波，從而可以提高運算效率。因此 FIR濾波器的線性相位是我們研究的重點。