【正文】 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）基于DSP芯片的數(shù)字濾波器設(shè)計摘 要 數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中最重要的組成部分之一，幾乎出現(xiàn)在所有的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中。當(dāng)前我們正處于數(shù)字化時代，數(shù)字信號處理技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注，其理論及算法隨著計算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展得到了飛速的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于語音圖象處理、數(shù)字通信、譜分析、模式識別、自動控制等領(lǐng)域。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中最重要的組成部分之一，幾乎出現(xiàn)在所有的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中。數(shù)字濾波器是指完成信號濾波處理的功能，用有限精度算法實現(xiàn)的離散時間線性非時變系統(tǒng)，其輸入是一組(由模擬信號取樣和量化的)數(shù)字量，其輸出是經(jīng)過變換的另一組數(shù)字量。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)用越來越廣泛。 本論文的主要研究了FIR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)計了一款穩(wěn)定度高，低功耗的數(shù)字濾波器系統(tǒng)。研究了FIR數(shù)字濾波器的基本理論，以及數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法。通過學(xué)習(xí)FIR濾波器的結(jié)構(gòu)、數(shù)字濾波器的設(shè)計理論，掌握了FIR數(shù)字濾波器的原理和特性。為實現(xiàn)數(shù)字濾波器奠定了理論基礎(chǔ)。研究了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)計合適的系統(tǒng)架構(gòu)，并系統(tǒng)全面的設(shè)計數(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。為實現(xiàn)數(shù)字濾波器系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的硬件平臺。 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，用通用的可編程DSP芯片實現(xiàn)本次基于DSP的數(shù)字濾波器設(shè)計。關(guān)鍵詞：DSP；數(shù)字濾波器；FIRDesign of Digital Filter Based on DSPAbstract Digital filter is one of the most important part of digital signal processing， almost appeared in all digital signal processing we are in a digital age， digital signal processing technology has received wide attention， its theory and algorithm with the development of puter technology and microelectronic technology has been rapid development， the voice is widely used in image processing， digital munications， spectrum analysis， pattern recognition， automatic control， filter is one of the most important part of digital signal processing， almost appeared in all digital signal processing filter is to point to plete the function of the signal filtering processing， with limited accuracy algorithm of discrete time linear timeinvariant system， its input is a set of (by the analog signal sampling and quantization) digital quantity， its output is a transformation of another set of with analog filters， digital filter without drift， able to handle low frequency signal， the frequency response can be made very close to the ideal characteristics， and can reach high precision， easy integration and so on， these advantages determine the application of digital filter is more and more widely. This paper mainly studies the basic theory of FIR digital filter， based on TI pany39。s digital signal processor TMS320VC5402 designed a high degree of stability， low power consumption digital filter the basic theory of FIR digital filter， as well as the realization of the digital filter studying the structure of FIR filter， digital filter design theory， master the principle and characteristics of FIR digital the theoretical basis for the realization of the digital the structure and properties of TMS320VC5402 device， according to the unique characteristics of digital signal processor， design a suitable system architecture， and the design of the system modules of digital filter circuit， a reasonable processing analogtodigital conversion and digital to analog conversion chip connected with order to realize digital filter system provides a stable hardware platform. Based on TI pany39。s basic structure and features of the 5000 series digital signal processor， make full use of the onchip resources， general programmable DSP chip is used to implement the digital filter design based on DSP.Keywords：DSP。Digital Filter。FIRIII 目 錄引 言 1 第1章 緒論 2 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法 3 主要研究內(nèi)容 4 第2章 FIR數(shù)字濾波器的理論研究 5 FIR濾波器簡介 5 FIR濾波器的結(jié)構(gòu) 5 第3章 FIR濾波器設(shè)計方法 7 利用窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器 7 幾種常用的窗函數(shù) 8 用頻率抽樣法設(shè)計FIR濾波器 9 數(shù)字濾波器的軟件輔助設(shè)計 10 第4章 數(shù)字濾波器硬件電路設(shè)計 12 12 TMS320VC5402內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu) 13 復(fù)位電路設(shè)計 13 時鐘電路設(shè)計 14 電源設(shè)計 15 JTAG接口設(shè)計 16 A/D轉(zhuǎn)換器件與DSP連接設(shè)計 17 A/D轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計 17 McBSP接口設(shè)計 18 硬件平臺的調(diào)試與結(jié)果 18 結(jié)論與展望 19 1 本文的主要工作 19 2 前景展望與未來的工作 19 致謝 20 參考文獻(xiàn) 21 附錄A：英語引文及翻譯 22 附錄B：參考文獻(xiàn)及摘要 26 V插圖清單圖21 FIR濾波器直接型結(jié)構(gòu) ……………………………………………5圖22 FIR 濾波器轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu)圖 …………………………………………………6圖23 FIR濾波器的級聯(lián)型結(jié)構(gòu) ……………………………………………………6圖41 數(shù)字濾波器系統(tǒng)方案框圖………………………………………12圖42 數(shù)字濾波器系統(tǒng)復(fù)位電路原理圖………………………………………14圖43 DSP時鐘電路原理圖………………………………………15圖44 JTAG仿真接口定義……………………………………………………16 表格清單 表31 幾種常用窗函數(shù)對比…………………………………………………8引 言 當(dāng)前我們正處于數(shù)字化時代，數(shù)字信號處理技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注，其理論及算法隨著計算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展得到了飛速的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于語音圖象處理、數(shù)字通信、譜分析、模式識別、自動控制等領(lǐng)域。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中最重要的組成部分之一，幾乎出現(xiàn)在所有的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中。數(shù)字濾波器是指完成信號濾波處理的功能，用有限精度算法實現(xiàn)的離散時間線性非時變系統(tǒng)，其輸入是一組(由模擬信號取樣和量化的)數(shù)字量，其輸出是經(jīng)過變換的另一組數(shù)字量。同時DSP(數(shù)字信號處理器)的出現(xiàn)和迅速發(fā)展也促進(jìn)了數(shù)字濾波器的發(fā)展，并為數(shù)字濾波器的硬件實現(xiàn)提供了更多的選擇。數(shù)字信號處理由于運(yùn)算速度快，具有可編程特性和接口靈活的特點(diǎn)，使得它在許多電子產(chǎn)品的研制、開發(fā)和應(yīng)用中，發(fā)揮著重要的作用。采用DSP芯片來實現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)展的趨勢。用DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響外，還具有靈活性好的特點(diǎn) 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)計了一款穩(wěn)定度高，低功耗的FIR數(shù)字濾波器系統(tǒng)。第1章 緒論 本章主要介紹數(shù)字濾波器的優(yōu)越性，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法，主要研究內(nèi)容等。 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 21世紀(jì)是數(shù)字化的時代，隨著越來越多的電子產(chǎn)品將數(shù)字信號處理(PSP)作為技術(shù)核心，DSP已經(jīng)成為推動數(shù)字化進(jìn)程的動力。作為數(shù)字化最重要的技術(shù)之一，DSP無論在其應(yīng)用的深度還是廣度，正在以汀所未有的速度向前發(fā)展。 數(shù)字信號處理器，也稱DSP芯片，是針對數(shù)字信號處理需要而設(shè)計的一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，它是現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 隨著信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)數(shù)字信號處理技術(shù)逐漸發(fā)展成為它在電子信息、通信、軟件無線電、自動控制、儀表技術(shù)、信息家電等高科技領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號處理由于運(yùn)算速度快，具有可編程特性和接口靈活的特點(diǎn)，使得它在許多電子產(chǎn)品的研制、開發(fā)和應(yīng)用中，發(fā)揮著重要的作用。采用DSP芯片來實現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)展的趨勢。 近年來，DSP技術(shù)在我國也得到了迅速的發(fā)展，不論是在科學(xué)技術(shù)研究，還是在產(chǎn)品的開發(fā)等方面，在數(shù)字信號處理中，其應(yīng)用越來越廣泛，并取得了豐碩的成果。數(shù)字濾波占有極其重要的地位。 數(shù)字濾波器容易實現(xiàn)不同的幅度和相位頻率特性指標(biāo)，克服了與模擬濾波器器件性能相關(guān)的電壓漂移、溫度漂移和噪聲問題。用DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響外，還具有靈活性好的特點(diǎn)。用可編程DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波可通過修改濾波器的參數(shù)十分方便的改變?yōu)V波器的特性。 幾乎每一科學(xué)和工程領(lǐng)域例如聲學(xué)、物理學(xué)、通信、數(shù)據(jù)通信、控制系統(tǒng)和雷達(dá)等都涉及信號。在許多應(yīng)用中都希望根據(jù)期望的指標(biāo)把一個信號的頻譜加以修改、整形或運(yùn)算。這些過程都可能包含衰減一個頻率范圍，阻止或隔離一些頻率成分，用數(shù)字濾波器來實現(xiàn)這些功能是方便、有效、可行的[3]。數(shù)字濾波器又分為無限沖激響應(yīng)濾波器(IIR)和有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)。FIR濾波器具有不含反饋環(huán)路、結(jié)構(gòu)簡單以及可以實現(xiàn)的嚴(yán)格線性相位等優(yōu)點(diǎn)，因而在對相位要求比較嚴(yán)格的條件下，采用FIR數(shù)字濾波器。 由于DSP控制器具有許多獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，例如采用多組總線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)并行處理，獨(dú)立的累加器和乘法器以及豐富的尋址方式，采用DSP控制器就可以提高數(shù)字信號處理運(yùn)算的能力，可以對數(shù)字信號做到實時處理。用可編程DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波的又一優(yōu)勢是:通過修改濾波器的參數(shù)十分方便的改變?yōu)V波器的特性。有限長單位沖激響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器，與傳統(tǒng)的通過硬件電路實現(xiàn)的模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)[3]:(l)簡化了硬件電路的設(shè)計，提高了硬件電路的集成度和可靠性。(2)對干擾信號的抑制能力有了明顯提高，這對系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性的提高起到了促進(jìn)作用。(3)數(shù)字濾波器的參數(shù)調(diào)節(jié)比起模擬濾波器來更加方便、靈活。(4)數(shù)