【正文】 ..................................... 7 FIR 濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) .............................................................................. 7 FIR 濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 .............................................................................. 7 本章小結(jié) ........................................................................................................... 8 第 3 章 基于 MATLAB 的 FIR 濾波器的設(shè)計(jì) ......................................................... 9 MATLAB 簡介 .................................................................................................. 9 基于 MATLAB 的 FIR 濾波器的設(shè)計(jì) ............................................................ 9 設(shè)計(jì)要求 和指標(biāo) ........................................................................................ 9 設(shè)計(jì)過程 及結(jié)果 ........................................................................................ 9 FIR 濾波器的 MATLAB 仿真 .........................................................................11 本章小結(jié) ......................................................................................................... 12 第 4 章 數(shù)字濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn) ............................................................................ 13 DSP 的基本特征 ............................................................................................. 13 TMS320C54xDSP 的硬件結(jié)構(gòu) ......................................... 錯誤 !未定義書簽。DSP。 studying the feasibility of the way of calculation。 imitates the designed filter。 本課題主要應(yīng)用 MATLAB 軟件設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器，并對所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真；應(yīng)用 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 —— CCS 調(diào)試匯編程序，用 TMS320C5416來實(shí)現(xiàn)了 FIR 數(shù)字濾波。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。同時 DSP(數(shù)字信號處理器 )的出現(xiàn)和 FPGA 的迅速發(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(shí)現(xiàn)提供了更 多的選擇。具體工作包括：對 FIR 數(shù)字濾波器的基本理論進(jìn)行了分析和探討 ；采用 MATLAB 軟件來學(xué)習(xí)數(shù)字濾波器的基本知識，計(jì)算數(shù)字濾波器的系數(shù)，研究算法的可行性，對 FIR 低通數(shù)字濾波器進(jìn)行前期的設(shè)計(jì)和仿真；系統(tǒng)介紹了 TI 公司 TMS320C54x 系列數(shù)字信號處理器的硬件結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和 DSP 的集成開發(fā)環(huán)境 CCS；應(yīng)用 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 —— CCS 調(diào)試匯編程序，用 TMS320C5416 來實(shí)現(xiàn)了 FIR 數(shù)字濾波。 applies DSP integrated developing surroundingsCCS to debug assembler。 designing and imitating the earlier stage of FIR digital filter。FIR。 總線結(jié)構(gòu) 和中央處理單元 ...................................................................... 14 內(nèi)部存儲器 及片內(nèi)外設(shè) .......................................................................... 15 DSP 系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)與開發(fā) ................................................................................. 16 DSP 系統(tǒng)的特點(diǎn) ...................................................................................... 18 FIR 匯編程序及 CCS 調(diào)試 ...................................................................... 18 FIR 濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn) .......................................................................... 20 本章小結(jié) ...................................................................................................... 21 結(jié) 論 ............................................................................................................................ 22 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 23 1 第 1章 緒論 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 21 世紀(jì)是數(shù)字化的時代，隨著越來越多的電子產(chǎn)品將數(shù)字信號處理 (DSP)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。 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)。用可編程 DSP 芯片實(shí)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。 4．?dāng)?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。 位串行乘法器的實(shí)現(xiàn)方法主要是通過對乘法運(yùn)算進(jìn)行分解，用加法器來完成乘法的功能，也即無乘法操作的乘法器。 DA 算法設(shè)計(jì)的FIR 濾波器的速度可以顯著的超過基于 MAC 的設(shè)計(jì)。 2． 用 DSP(Digital Signal Processing)處理器實(shí)現(xiàn) DSP 處理器是專為數(shù)字信號處理而設(shè)計(jì)的，如 TI 公司的 TMS320C54x 系列， AD 公司的 ADSP2IX， ADSP210X 系列等。它們體積小、保密性好，具有極高的性能，但靈活性差。本課題設(shè)計(jì)的 FIR 數(shù)字濾波器就是用MATLAB 進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，用 DSP 處理器來實(shí)現(xiàn)。 FIR 濾波器不斷地對輸入樣本 x(n)延時后，再作乘法累加算法，將濾波結(jié)果 y(n)輸出，因此， FIR 實(shí)際上是一種乘法累加運(yùn)算。 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)設(shè)計(jì)法和頻率抽樣設(shè)計(jì)法等，其中窗函數(shù)設(shè)計(jì)法是最基本的設(shè)計(jì)方法。因此這種方法的重點(diǎn)在于選擇某種合適的窗函數(shù)和一種理想濾波器。 4 窗函數(shù)法就是用被稱為窗函數(shù)的有限加權(quán)系列 (){}n? 來修正式（ 2－ 2）的傅立葉級數(shù)，以求得要求的有限沖激響應(yīng)序列 ()hn ，即有： ( ) ( ) ( )dh n h n n?? （ 2－ 3） ()n? 是有限長序列，當(dāng) 1nN??及 0n? 時， ( ) 0n? ? 。 2．海明 (Hamming)窗 海明窗又稱改進(jìn)的升余弦窗。 24( ) [ 0 . 4 2 0 . 5 c o s ( ) 0 . 0 8 c o s ( ) ] ( )11 Nnnw n R nNN??? ? ??? （ 2－ 9） 5 ()wn 的頻率響應(yīng)的幅度特性為 22( ) 0 .4 2 ( ) 0 .2 5 [ ( ) ( ) ]11440 .0 4 [ ( ) ( ) ]11R R RRRw n W W WNNWWNN??? ? ?????? ? ? ? ???? ? ? ??? （ 2－ 10） 4．凱塞（ Kaiser）窗 這是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的窗，是一種最優(yōu)和最有用的窗。 用頻率抽樣法設(shè)計(jì) FIR 濾波器 所謂頻率抽樣法就是從頻域出發(fā)，根據(jù)頻域的采樣定理，對給定的理想濾波器的頻域響應(yīng)進(jìn)行等間隔采樣 [4][5] ( 2 )( ) ( )jddk NH e H k? ??? ? 0,1... 1kN?? （ 2－ 12） 把 ()dHk當(dāng)作待設(shè)計(jì)的濾波器頻率響應(yīng)的采樣值 ()Hk ，通過下式可求出濾波器的系統(tǒng)函數(shù) ()Hz和頻率響應(yīng) ()jHe? ： 110 ()1( ) ( ) (1 ) 1NNkk NHkH Z ZN WZ??????? ?? （ 2－ 13） 102( ) ( ) ( )NjkH e H k kN? ???????? （ 2－ 14） 其中， ()?? 是一個內(nèi)插函數(shù) ： ( 1 ) 2sin( )1 2()sin( )2jNNeN ???? ? ??? 2j NNWe?? （ 2－ 15） 由于頻譜的有限個采樣值恢復(fù)出來的頻率響應(yīng)實(shí)際上是對理想頻率響應(yīng)的逼近，因此，這種方法必然有一定的逼近誤差。 數(shù)字濾波器頻域設(shè)計(jì)的最優(yōu)方法 —— 等波紋切比雪夫法，是采用最大誤差最小準(zhǔn)則得到最優(yōu)數(shù)字濾波器，而且其最優(yōu)解唯一。我們定義逼近誤差函數(shù)為 ： ( ) ( ) [ ( ) ( ) ]jjdeE W H e A e????? ? ? （ 2－ 18） 其中， ()W? 為加權(quán)函數(shù)，要求 ()E? 、 ()W? 及 ()jdHe? 只在 0 ????區(qū)間有定義。由 (2－ 17)、 (2－ 19)式可以解出系數(shù)組 ka 和? 。若對通帶和阻帶中的所有 ? ，都有 ()E??? ，則說明已達(dá)到最佳逼近。 1．直接型 直接型也稱卷積型或橫截型，稱為卷積型，是因差分方程是信號的卷積形式；稱為橫截型，是因?yàn)闉V波器是一條輸入 ()xn 延時鏈的橫向結(jié)構(gòu)。 直接型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是： 優(yōu)點(diǎn)：簡單直觀，乘法運(yùn)算量較少； 缺點(diǎn)：調(diào)整零點(diǎn)較難。 4．頻率采樣型 系統(tǒng)函數(shù)在單位圓上作 N 等分 取樣就是單位取樣響應(yīng) ()hn 的離散傅里葉變換 ()Hk 。直接型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有兩個，一是移位寄存器存儲的是位寬較小的輸入數(shù)據(jù) ； 二是當(dāng) FIR 濾波器為線性相位時，可以利用其系數(shù)對稱的特點(diǎn)，將乘法器個數(shù)減半，加法器個數(shù)不變。 在 MATLAB 中提供了一些濾波器的函數(shù)，使 FIR 濾波器的運(yùn)算更加方便和快速。 MATLAB 中的 fdatool 工具集成了數(shù)字濾波器的各種設(shè)計(jì)方法，簡化了設(shè)計(jì)過程。取采樣頻率 1sf hz? 。選為低通 (Lowpass)。 設(shè)計(jì)界面如圖 32 所示： 圖 31 fdatool 界面 圖 32 Design filter 界面 11 設(shè)計(jì)結(jié)果 由 Targets 菜單下的 Generate c header 導(dǎo)出的內(nèi)容，可得到 ()hn 的系數(shù)，并將系數(shù)保存在 文件下。 f2=。 %采樣間隔 T=1； 采樣頻率 fs=1/T=1 fs=1/T。 %產(chǎn)生輸入信號 Xk=fft(x)。 plot(n,abs(Xk))。 0 50 100 150 200 250 300 350 4000501001502000 50 100 150 200 250 300 350 400050100150200 圖 34