【正文】 四川師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 DSP的 FIR濾波器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 333 院系名稱 物理與電子工程學(xué)院 專業(yè)名稱 電子信息工程 班 級(jí) 33333 學(xué) 號(hào) 33333 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 20xx 年 5 月 10 日 I 基于 DSP 的 FIR 濾波器設(shè)計(jì) 電子信息工程專業(yè) 學(xué)生姓名 曾慧 指導(dǎo)教師 汪文蝶 摘要 隨著科學(xué)技術(shù)和信息處理的高速發(fā)展，目前數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在電子信息、無線電、自動(dòng)控制等得到廣泛應(yīng)用。本文基于 DSP 完成了 FIR 低通濾波器設(shè)計(jì) 。介紹了 FIR 數(shù)字濾波的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法以及 FIR 低通濾波器的設(shè)計(jì)過程。主要采用了布拉克曼（ Blackman）窗函數(shù)實(shí)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(tái)上用 C 語言編程在 CCS 軟件上實(shí)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(guān)鍵詞 ： FIR 低通濾波器 DSP CCS 窗函數(shù) MATLAB II 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 CCS 目 錄 摘要 ..................................................................... I Abstract................................................................ II 1 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 ............................................................. 2 2 FIR 濾波器的理論基礎(chǔ) ................................................... 2 FIR 濾波器的特點(diǎn) ..................................................... 2 FIR 濾波器設(shè)計(jì)的特點(diǎn) ............................................... 3 FIR 濾波器的基本結(jié)構(gòu) ............................................... 3 線性相位 FIR 濾波器的特點(diǎn) ............................................. 5 各種窗函數(shù) ........................................................... 6 窗函數(shù)的設(shè)計(jì)思想 ................................................... 6 幾種常用的窗函數(shù)介紹 ............................................... 8 用窗函數(shù)設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì) FIR 低通濾波器 ................................... 9 MATLAB 仿真 ......................................................... 11 3 DSP 的實(shí)現(xiàn)平臺(tái) ........................................................ 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(shí)現(xiàn) FIR 低通濾波器設(shè)計(jì) .......................................... 16 4 結(jié)論 .................................................................. 19 試驗(yàn)結(jié)果分析 ........................................................ 19 總結(jié) ................................................................ 19 致謝 .................................................................... 19 參考文獻(xiàn) ................................................................ 20 附錄 .................................................................... 21 1 1 引言 選題背景與研究意義 隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)學(xué)科的不斷發(fā)展，數(shù)字型號(hào)處理從 20 世紀(jì) 60 年代以來就迅速的發(fā)展起來。數(shù)字信號(hào)處理不僅應(yīng)用在通信、儀器 、工業(yè)控制與自動(dòng)化、醫(yī)療、軍事、還廣泛應(yīng)用在濾波與變換、音頻、語音、圖象和圖形以及消費(fèi)電子等眾多領(lǐng)域中?？傊?dāng)?shù)字信號(hào)處理是把信號(hào)用數(shù)字或符號(hào)表示的序列，通過計(jì)算機(jī)或通用信號(hào)處理設(shè)備，用數(shù)字的數(shù)字計(jì)算方法處 理（濾波、變換，圖象的壓縮與增強(qiáng) 、估值和識(shí)別等加工處理 等），為了達(dá)到提取有用信息的目的。 幾乎所有的工程技術(shù)領(lǐng)域都涉及到數(shù)字信號(hào)處理。 在發(fā)展的過程中，與模擬信號(hào)處理相比較，數(shù)字信號(hào)處理也出現(xiàn)了很多明顯的優(yōu)點(diǎn)，如高精度在高精度的系統(tǒng)中，有時(shí)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(chǔ)器中，因而只需改變存儲(chǔ)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(qiáng)，因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)只有兩個(gè)信號(hào)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(qiáng)；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(biāo)等等。由于數(shù)字信號(hào)處理的突出優(yōu)點(diǎn)，因此他在語音、雷達(dá)、地震測報(bào)、通信、遙感、生物醫(yī)學(xué)、電視、儀器中得到非常廣泛的應(yīng)用。 數(shù)字信號(hào)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(hào)處理應(yīng)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(shè)計(jì)方法，優(yōu)化其設(shè)計(jì)方法。特別是 FIR 低通濾波器的設(shè)計(jì)，與 IIR 低通濾波器相比，它具有 嚴(yán)格的線性相位，同時(shí)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(yīng)是有限長的，因而濾波器一定是穩(wěn)定的。這種獨(dú)特的優(yōu)勢，讓我想去研究關(guān)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(shí)還具有實(shí)際意義。 國內(nèi)外發(fā)展 20 世紀(jì) 60 年代起，隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理是一門廣泛應(yīng)用與許多領(lǐng)域涉及許多學(xué)科的工學(xué)學(xué)科，并且得到了飛速的發(fā)展，在如今的數(shù)字化時(shí)代，它已成為計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的基本器件。 DSP 的發(fā)展基本可以分為三個(gè)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(yīng)用在實(shí)際中，應(yīng)用非常的狹窄，一般指用在航空航天、軍事上。 第一代 DSP 芯片 TMS320xx 伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕 2 生，現(xiàn)在它的運(yùn)算速度快樂幾十倍，在實(shí)際中也得到應(yīng)用，但是它的功耗和尺寸都很大，容量也非常小，而且應(yīng)用非常不靈活。但它也給 DSP 產(chǎn)生了非常的影響，標(biāo)志著 DSP 的快速進(jìn)步。到 80 年代中期，隨著 CMOS 工藝的 DSP 芯片應(yīng)運(yùn)而生，其運(yùn)算速度和存儲(chǔ)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(shù)的基礎(chǔ)。第三代 DSP 芯片出現(xiàn)在 80 年代后 期，運(yùn)算速度得到飛速的提高，通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)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(gè)半導(dǎo)體市場一樣為國際半導(dǎo)體市場的一個(gè)組成部分，必然具有國際半導(dǎo)體市場的共性。由于它根植于中國這一特定經(jīng)濟(jì)與社會(huì)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(huì)的快速發(fā)展以及人們對(duì)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(jī)、數(shù)碼手表和手持電子設(shè)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(jìn)了高性能 DSP 的廣泛使用 。中國的電子產(chǎn)品制造商眾多，對(duì)低成本、易使用的 DSP 需求巨大。 DSP 主要應(yīng)用在通訊領(lǐng)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(yīng)人們的需求，提高自身的價(jià)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(shè)計(jì)濾波器系統(tǒng)，基于 DSP 的 FIR 有限沖激響應(yīng)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