【正文】 呂梁學院本科畢業(yè)論文（設計 ） I 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。當前我們正處于數(shù)字化時代，數(shù)字信號處理技術受到了人們的廣泛關注，其理論及算法隨著計算機技術和微電子技術的發(fā)展得到了飛速的發(fā)展，被廣泛應用于語音圖象處理、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，頻率響應特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以達到很高，容易集成等，這些優(yōu)勢決定了數(shù)字濾波器的應用越來越廣泛。 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。通過學習 FIR 濾波器的結構、數(shù)字濾波器的設計理論，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。研究了 TMS320VC5402 器件的結構和特性，根據(jù)該數(shù)字信號處理器的獨特的特點，設計合適的系統(tǒng)架構，并系統(tǒng)全面的設計數(shù)字濾波器的各個模塊電路，合理的處理模數(shù)轉換和數(shù)模轉換芯片與 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構和特征，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)字濾波器設計。 關鍵詞： DSP；數(shù)字濾波器； FIR II Design of Digital Filter Based on DSP Abstract 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 呂梁學院本科畢業(yè)論文（設計 ） III 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。FIR呂梁學院本科畢業(yè)論文（設計 ） 1 第 1 章 緒論 本章主要介紹 數(shù)字濾波器 的 優(yōu)越性 ， 國內外 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢， 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法， 主要研究內容等。 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 21 世 紀是數(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)作為技術核心， DSP 已經(jīng)成為推動數(shù)字化進程的動力。作為數(shù)字化最重要的技術之一， DSP 無論在其應用的深度還是廣度，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計的一種具有特殊結構的微處理器，它是現(xiàn)代電子技術、計算機技術和數(shù)字信號處理技術相結合的產(chǎn)物。 隨著信息處理技術的飛速發(fā)展，計算機技術和數(shù)字信號處理技術數(shù)字信號處理技術逐漸發(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、 信息家電等高科技領域得到了越來越廣泛的應用。數(shù)字信號處理由于運算速度快，具有可編程特性和接口靈活的特點，使得它在許多電子產(chǎn)品的研制、開發(fā)和應用中，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)是當前發(fā)展的趨勢。 近年來， DSP 技術在我國也得到了迅速的發(fā)展，不論是在科學技術研究，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，克服了與模擬濾波器器件性能相關的電壓漂移、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。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。 幾乎每一科學和工程領域例如聲學、物理學、通信、數(shù)據(jù)通信、控制系統(tǒng)和雷達等都涉及信號。在許多應用中都希望根據(jù)期望的指標把一個信號的頻譜加以修改、整形或運算。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濾波器 (IIR)和有限沖激響應 濾波器 (FIR)。 FIR 濾波器具有不含反饋環(huán)路、結構簡單以及可以實現(xiàn)的嚴格線性相位等優(yōu)點，因而在對相位要求比較嚴格的條件下，采用 FIR 數(shù)字濾波器。 由于 DSP 控制器具有許多獨特的結構，例如采用多組總線結構實現(xiàn)并行處理，獨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 (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 [3]: (l)簡化了硬件電路的設計，提高了硬件電路的集成度和可靠性。 2 (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 提高起到了促進作用。 (3)數(shù)字濾波器的參數(shù)調節(jié)比起模擬濾波器來更加方便、靈活。 (4)數(shù)字濾波器可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行處理，提高了系統(tǒng)運行速度。 國內外 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 自 20 世紀 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。最成功的 DSP 芯片當數(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的 50%。目前 DSP 芯片的價格越來越低，性能價格比日益提高，具有巨大的應用潛力。經(jīng)過 20 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 (160OMIPS)的運 算，生產(chǎn) DSP 器件的公司也不斷壯大。 在上一個世紀中，電濾波器的發(fā)展經(jīng)歷了從無源到有源和從模擬到數(shù)字兩個過程。高精度無源濾波器從設計到制造都是難度非常高的技術。有源濾波器雖然很大地改進了濾波器的性能，也降低了一些制造工藝的難度， 但從其性能的大幅度改進，與其它信號處理技術的結合，實現(xiàn)的手段之便捷，還是要數(shù)數(shù)字濾波器后來居上。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對濾波器的性能要求越來越高，功能也越來越多，并且要求它們向集成方向發(fā)展。 我國濾波器研制和生產(chǎn)與上述要求相差甚遠，為縮短這個差距，電子工程和科技人員負有重大的歷史責任 [9]。 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法一般有以下幾種 [5]: (1)在通用的計算機 (如 PC)上用軟件 (如 C 語言 )實現(xiàn)。軟件可以是由自己編寫，也可以使用現(xiàn)成的軟件包。這種方法的缺點是速度太慢，不能 用于實時系統(tǒng)，主要用于 DSP 算法的模擬與仿真。 (2)在通用的計算機系統(tǒng)中加上專用的加速處理機實現(xiàn)。這種方法不便于系統(tǒng)的獨立運行。 (3)用通用的單片機實現(xiàn)。單片機的接口性能良好容易實現(xiàn)人機接口。由于單片機采用的是馮諾依曼總線結構，系統(tǒng)比較復雜，實現(xiàn)乘法運算速度較慢，而在數(shù)字濾波器中涉及大量的乘法運算，因此，這種方法適用于一些不太復雜的數(shù)字信號處理。 (4)用通用的可編程 DSP 芯片實現(xiàn)。與單片機相比， DSP 有著更適合于數(shù)字濾波的特點。呂梁學院本科畢業(yè)論文（設計 ） 3 它利用改進的哈佛總線結構，內部有硬件乘法器、累加器，使用流水線結構， 具有良好的并行特點，并有專門設計的適用于數(shù)字信號處理的指令系統(tǒng)等。 (5)用專用的 DSP 芯片實現(xiàn)。在一些特殊的場合，要求的信號處理速度極高，而通用 DSP芯片很難實現(xiàn)，這種芯片將相應的信號處理算法在芯片內部用