【正文】 基于 DSPFIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 摘要 數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中最重要的組成部分之一， 數(shù)字濾波器 是 由數(shù)字乘法器、加法器和延時(shí)單元組成的一種算法或裝置 ，可作為應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的前期處理。用DSP 芯片實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性好、精確度高、靈活性強(qiáng)及不受外界影響等特性。因此基于 DSP 實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音圖像處理、數(shù)字通信、頻譜分析、模式識(shí)別、自動(dòng)控制等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展空間。 本文主要研究了數(shù)字濾波器的基本理論，并對(duì)有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器 FIR 的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析和研究，尤其是在 MATLAB 環(huán)境下 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，主要是窗函數(shù)法及利用 MATLAB 的濾波器設(shè)計(jì)工具的設(shè)計(jì)方法，并用 MATLAB 語(yǔ)言編寫了可以選擇濾波器四種類型及七種窗函數(shù)的仿真程序，進(jìn)行了具體的仿真分析。 研究了 TI 公司的 16 位定點(diǎn) DSP 芯片 TMS320C55x 的硬件和軟件結(jié)構(gòu)特性，編寫了DSP 的 FIR 濾波算法，在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行了調(diào)試仿真 。探討了利用 DSP 快速設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器的方法，主要是在 MATLAB 中調(diào)試仿真 DSP 程序來(lái)尋找系數(shù)的快速傳遞法。最后，以 TMS320C55x 為主芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)高性能的 FIR 數(shù)字濾波器系統(tǒng)，主要是時(shí)鐘 信號(hào)產(chǎn)生電路、芯片電源供電電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片與 C55X 連接電路、外掛程序存貯器 FLASH 電路、擴(kuò)展 RAM 存貯器等基本外圍電路的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 :數(shù)字信號(hào)處理器 。數(shù)字濾波器 。FIR。MATLAB。TMS320C55x ThedesignandanalysisofFIRdigitalfilterbasedon DSP Abstract Adigitalfilter,whichisoneofthemostimportantpartsofdigitalsignalprocessing,isanalgorithmoradevicemadeofdigitalontimemultiplier,suchasuninfluenced,highaccuracy,sofspeechimageprocessing,digitalmunication,spectrumanalysis,patternrecognitionandautomaticcontrol,. Inthispaper,themainlytaskisresearchingthebasictheoriesofthedigitalfilter,andanalyzingthedesigningandrealizationoftheFiniteImpulseResponsedigitalfilter(FIR),especiallythemethodwhichrealizedunderMATLABenvironment,thewindowfunctionsisprimarilyintroduced,themethodTLABlanguagewhichcanselectfoursortsofdigitalfilterandsevenkindsofwindowfunctions. Then,thispaperresearchesthestructureandpropertyofthe16bitfixedpointDSPchipTMS320C55x,ftheFIRfilterusingDSPisdiscussed,whichfocusonthemethodofcoefficienttransmissionoverpassi,adigitalfiltersystemwithpreferablecapabilityisdesignedbasedontheC55x,itsconsistsofthedesignofhardwareinterface,whichincludingtheclockgeneratingcircuit,thechippowersupplycircuit,theA/DandD/Achipconnectinginterface,theFLASHchipconnectinginterface,extendedRAMconnectinginterfaceandsoon. Keywords:DSP。DigitalSignalFilter。FIR。MATLAB 引 言 在許多數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中， FIR 濾波器 是最常用的組件之一，它完成信號(hào)預(yù)調(diào)、頻帶選擇和濾波等功能。 F工 R 濾波器在截止頻率的邊沿陡峭性能雖然不及 11R 濾波器，但是，考慮到 FIR 濾波器嚴(yán)格的線性相位特性和不像 IIR 濾波器存在穩(wěn)定性的問(wèn)題， FIR 濾波器能夠在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 數(shù)字濾波器（ DigitalFilter，簡(jiǎn)稱為 DF）是指用 來(lái)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的硬件和軟件。所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、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)所含頻率成分的器件。數(shù)字濾波器和模擬濾波器相比，因?yàn)樾盘?hào)的形式和實(shí)現(xiàn)濾波的方法不同，數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)點(diǎn)。 隨著信息時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理已成為當(dāng)今一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字信號(hào)在通信、語(yǔ)音、圖像、自動(dòng)控制、雷達(dá)、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。在數(shù)字信號(hào)處理中數(shù)字濾波占有極其重要的地位，與模擬濾波相比，數(shù)字濾波 具有很多突出優(yōu)點(diǎn)，比如精確度高、穩(wěn)定、靈活、不要求阻抗匹配、容易實(shí)現(xiàn)線性相位、還可以避免模擬濾波器無(wú)法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲偏移等問(wèn)題 。 數(shù)字濾波器又分為無(wú)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(jiǎn)單以及可以實(shí)現(xiàn)的嚴(yán)格線性相位等優(yōu)點(diǎn)，因而在對(duì)相位要求比較嚴(yán)格的條件下，采用 F1R 數(shù)字濾波器。同時(shí)，由于在許多場(chǎng)合下，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，因而對(duì)于單片機(jī)的性能要求也越來(lái)越高。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(shí)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(hào)處理運(yùn)算的能力，可以對(duì)數(shù)字信號(hào)做到實(shí)時(shí)處理。而普通的單片機(jī)例如 MCS51 難以滿足這一要求。用可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波的又一優(yōu)勢(shì)是 :通過(guò)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(zhǎng)單位沖激響應(yīng) ((FIR)數(shù)字濾波器，與傳統(tǒng)的通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)的模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn) : (1)簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)，提高了硬件電路的集成度和可靠性。 (2)對(duì)干擾信號(hào)的抑制能力有了明顯提高，這對(duì)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(lái)更加方便、靈活。 (4)數(shù)字濾波器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行處理，提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度。 第一 章 緒論 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 ２１世紀(jì)是數(shù)字化的時(shí)代，隨著越來(lái)越多的電子產(chǎn)品將數(shù)字信號(hào)處理（ＰＳＰ）作為技術(shù)核心 ， ＤＳＰ已經(jīng)成為推動(dòng)數(shù)字化進(jìn)程的動(dòng)力。作為數(shù)字化最重要的技術(shù)之一，ＤＳＰ無(wú)論在其應(yīng)用的深度還是廣度 ， 正在以前所未有的速度向前發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理器，也稱ＤＳＰ芯片，是針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理需要而設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)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，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)逐漸發(fā)展成為一門主流技術(shù) ， 它在電子信息、通信、軟件無(wú)線電、自動(dòng)控制、儀表技術(shù)、信息家電等高科技領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)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(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)。 近年來(lái)，ＤＳＰ技術(shù)在我國(guó)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，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并取得了豐碩的成果。在數(shù)字信號(hào)處理中，數(shù)字 濾波占有極其重要的地位。數(shù)字濾波是語(yǔ)音和圖象處理、模式識(shí)別、譜分析等應(yīng)用中的一個(gè)基本處理算法。在許多信號(hào)處理應(yīng)用中用數(shù)字濾波器替代模擬濾波器具有許多優(yōu)勢(shì)。數(shù)字濾波器容易實(shí)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(wèn)題。用ＤＳＰ芯片實(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波可通過(guò)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)、信、數(shù)據(jù)通信、控制系統(tǒng)和雷達(dá)等都涉及信 號(hào) 。 在許多應(yīng)用中都希望根據(jù)期望的指標(biāo)把一個(gè)信號(hào)的頻譜加以修改 、 整形或運(yùn)算。這些過(guò)程都可能包含衰減一個(gè)頻率范圍，阻止或隔離一些頻率成分，用數(shù)字濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功 能是方便、有效、 可行的。 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 自 20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初 DSP 芯片誕生以來(lái) DSP 芯片得到了飛速的發(fā)展。在20 多年時(shí)間里 DSP 芯片已經(jīng)在信號(hào)處理、通信、自動(dòng)控制、儀表技術(shù)、信息家電等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 1978 年 AMI 公司生產(chǎn)出世界上第一片 DSP 芯片 S2811。 1979年美國(guó) Intel 公司發(fā)布的商用可編程器 2920 是 DSP 芯片 的一個(gè)重要里程碑。 1980 年日本 NEC 公司推出的μ PD7720 是第一個(gè)具有乘法器的商用 DSP 芯片。在這之后，最成功的 DSP 芯片當(dāng)數(shù)美國(guó)德州儀器公司（ TexasInstruments，簡(jiǎn)稱 TI)的一系列產(chǎn)品，其 DSP市場(chǎng)份額占全世界份額近的 50%。目前 DSP 芯片的價(jià)格越來(lái)越低，性能價(jià)格比日益提高，具有巨大的應(yīng)用潛力。經(jīng)過(guò) 20 年的發(fā)展， DSP 器件在高速度，可編程，小型