【正文】 實(shí)現(xiàn) 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 數(shù)字濾波器 FIR 的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu) ................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 課題研究的現(xiàn)狀 ............................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 通過對(duì) TMS320F2812系列 DSP芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、片內(nèi)外設(shè)資源和工作原理進(jìn)行介紹，并且對(duì) CCS的進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明，闡述了在 CCS環(huán)境下如何使用 C語 言編譯來在 TMS320F2812上實(shí)現(xiàn) FIR數(shù)字濾波器。 南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 作 者 : 王敏 學(xué) 號(hào)： 080404112 系 ： 電子工程與光電技術(shù)系 專 業(yè) : 通信工程 題 目 : 基于 TMS320F2812的 FIR低通濾波器的 設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： (姓 名 ) (專業(yè)技術(shù)職務(wù) ) 評(píng)閱者： (姓 名 ) (專業(yè)技術(shù)職務(wù) ) 2021 年 5 月 馬逸新 講師 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語 學(xué)生姓名： 王敏 班級(jí)、學(xué)號(hào) ： 通信一班 080404112 題 目 ： 基于 TMS320F2812 的 FIR 低通濾波器的設(shè)計(jì) 綜合成績(jī)： 指導(dǎo)者評(píng)語： 指導(dǎo)者 (簽字 )： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語 評(píng)閱者評(píng)語： 評(píng)閱者 (簽字 )： 年 月 日 答辯委員會(huì)（小組）評(píng)語： 答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人 (簽字 )： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要 本文簡(jiǎn)單介紹了數(shù)字濾波器，重點(diǎn)討論了 FIR數(shù)字濾波器的基本原理和設(shè)計(jì)步驟，闡述了窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR數(shù)字濾波器的思路。 最后，對(duì) FIR濾波器的 DSP實(shí)現(xiàn)的軟件編程做出了重點(diǎn)討論，連接 DSP實(shí)驗(yàn)箱，設(shè)置信號(hào)源，并將結(jié)果下載到目標(biāo)板TMS320F2812上運(yùn)行，取得完成濾波后的波形，完成了基于 TMS320F2812FIR的低通濾波器的設(shè)計(jì)。 2 數(shù)字濾波器介紹 ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器的基本原理和設(shè)計(jì) ........ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 TMS320F2812 系列 DSP 芯片介紹 .............. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 FIR 數(shù)字低通濾波器設(shè)計(jì)結(jié)果分析 ............ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 1 頁(yè) 共 33 頁(yè) 1 引言 在數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用中，數(shù)字濾波器很重要而且得到了廣泛的應(yīng)用。其中以使用通用 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)方式較為簡(jiǎn)單，是一種實(shí)時(shí)、快速、特別適合于實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，借助于通用數(shù)字計(jì)算機(jī)按濾波 器的設(shè)計(jì)算法編出程序進(jìn)行數(shù)字濾波計(jì)算 [2]。 DSP芯片的應(yīng)用越來越廣泛。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。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。 FIR濾波器 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁(yè) 共 33 頁(yè) 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，只能采用 FIR數(shù)字濾波器。 有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng) FIR數(shù)字濾波器，與傳統(tǒng)的通過硬件電路實(shí)現(xiàn)的模擬濾波器相比有以下幾大優(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。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對(duì)濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國(guó)所重視。導(dǎo)致 RC有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展， 到 70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成己被研制出來并得到應(yīng)用。 我國(guó)廣泛使用濾波器是 50年代后期的事，當(dāng)時(shí)主要用于話路濾波和報(bào)路濾波。從下面的生產(chǎn)應(yīng)用比例可以看出我國(guó)各類濾波器的應(yīng)用情況： LC濾波器占 500/0；晶體濾波器占 20％；機(jī)械濾波器占 15％；陶瓷和聲表面濾波器各占 1％：其余各類濾波器共占 13％。當(dāng)然理論也是不可忽略的部分，所謂學(xué)以致用。因而在數(shù)字通信、語音圖像處理、譜分析 、模式識(shí)別、自動(dòng)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如語音、圖像、雷達(dá)、通信等等 。軟件可以是自己編寫的，也可以使用現(xiàn) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁(yè) 共 33 頁(yè) 成的軟件包，這種方法的缺點(diǎn)是速度太慢，不能用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)，只能用于教學(xué)和算法的仿真研究。單片機(jī)在不斷地發(fā)展，如 Intel96000的運(yùn)算速度就非?？捎^，而且單片機(jī)的接口性能比較良好，容易實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口。如，采用改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有硬件乘法器、累加器，使用流水線結(jié)構(gòu)，具有良好的并行特性，并有專門設(shè)計(jì)的適用于數(shù)字信號(hào)處理的指令系統(tǒng)等。這一方法由于具有通用性的 特點(diǎn)并可以實(shí)現(xiàn)算法的并行運(yùn)算，無論是作為獨(dú)立的數(shù)字信號(hào)處理器，還是作為 DSP芯片的協(xié)處理器，目前都是比較活躍的研究領(lǐng)域 [8]。 從數(shù)字濾波器的單位沖擊響應(yīng)來看，分為兩大類：有限沖擊響應(yīng) (FIR)濾波器和無限沖擊響應(yīng) (IIR)濾波器。但是如果要求相同的線性相位， 則 IIR濾波器就必須加全通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位校正，同樣也要增加濾波器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)數(shù)和復(fù)雜性。由此可知， FIR濾波器應(yīng)用比較廣，而 IIR濾波器則用在相位要求不是很嚴(yán)格的場(chǎng)合 [9]。較小的有限精度誤差： FIR 濾波器受有限字長(zhǎng)效應(yīng)（如系數(shù)量化誤差）的影響小。一般而言， FIR 濾波器的相位和和群延時(shí)特性由于 IIR 濾波器。這些不同的方法可以用信號(hào)流圖來表示。在橫截型結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是先延時(shí)，后相加，而在轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是先相加，再延時(shí)。但是，圖 DSP 處理器的體系結(jié)構(gòu)，因此，在 DSP 處理器上實(shí)現(xiàn) FIR 濾波 器時(shí)，首選橫截型結(jié)構(gòu) [11]。為了使濾波器滿足線性相位條件，要求其單位脈沖響應(yīng) h (n )為實(shí)序列，且滿足偶對(duì)稱或奇對(duì)稱的條件 ，即：h (n )＝ h (N 1n )或 h (n )=(N 1n )。而對(duì)于線性相位FIR 而言，利用線性相位 FIR 濾波器系數(shù)的對(duì)稱特性，可以采用結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)的 FIR 結(jié)構(gòu)將乘法器數(shù)目減少一半。 (1)窗函數(shù)設(shè)計(jì)法 窗函數(shù)法的設(shè)計(jì)核心是從給定的頻率特性，通過加窗確定有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)序列 ??nh ，根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)，選擇濾波器長(zhǎng)度 N和窗函類型，使其具有最窄寬度的主瓣和最小的旁瓣。這種方法的缺點(diǎn)是無法直接設(shè)定濾波器 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁(yè) 共 33 頁(yè) 阻帶衰減參數(shù)，只能通過調(diào)整參數(shù)進(jìn)行多次試驗(yàn)來得到所需的濾波器。用 FDATool設(shè)計(jì)法是其界面的上半部分為特性區(qū)，用來顯示濾波器的各種特性；下半部分為參數(shù)設(shè)定區(qū)，用來設(shè)定濾波器的各種參數(shù)，包括濾波器的類型、設(shè)計(jì)方法、階數(shù)、頻率設(shè)定等。幅度指標(biāo)主要以兩種 方式給出，相對(duì)于對(duì)幅度響應(yīng)函數(shù)的要求，分貝值這種指標(biāo)最受歡迎。通常，首先采用理想的數(shù)字濾波器模型，然后利用數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)際濾波器模型來逼近給定的目標(biāo)。 ????? 10 )()(Nnnjj enheH ?? () 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文 ） 第 10 頁(yè) 共 33 頁(yè) ?? ???? deeHnh njjdd )(21)( ??? () ????? 10 )()(NnnznhzH () 一般說來 , )(nhd 是無限長(zhǎng)的 ,需要求對(duì) )( ?jd eH 的一個(gè)逼近。 理想的情況是 )( ?? je 主瓣的寬度窄 ,旁瓣的幅度小。C 是取決于窗函數(shù)的一個(gè)參數(shù)。 和矩形窗相比，改進(jìn)的窗函數(shù)的頻譜的主瓣更寬，濾波器幅頻響應(yīng)函數(shù)的過渡帶加寬。旁瓣幅度的減小 ,可以減少通帶和阻帶的波動(dòng) ,使通帶盡可能趨近水平 ,阻帶盡可能達(dá)到最大衰減。 表 窗的類型 最大旁瓣幅度 相對(duì)值 過渡帶寬度 最小阻帶衰減 dB 主瓣寬度 矩形 13 21 4 N/? 三角 25 25 N/8? Hanning 31 44 N/8? Hamming 41 53 N/8? 布萊克窗 57 5 74 N/12? 窗函數(shù)的選擇原則是 : (1)具有較低的旁瓣幅度，尤其是第一旁瓣幅度。將積分限分成 M段，也就是令抽樣頻率為 kMk ?? 2?， k=0, 1 ,2，?， M1 () 則有 knMjMkkMjdM eeHMnh ?? 2102 )(1)( ???? () 頻域的抽樣造成時(shí)域序列的周期延拓，延拓周期是 M，即： ????? ?? r dM rMnhnh )()( () 由于 )(nhd 有可能是無限長(zhǎng)的序列，因而嚴(yán)格的說，必須 ??M 時(shí) )(nhM 才能等于 )(nhd 而不產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，即： )(lim)( nhnhMMd ??? () 由于 )(nhd 隨 n的增加衰減很快，只要 M 足夠大，即 M N ，就足夠了。 窗函數(shù)法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，有閉合形式的公式可循，因而很實(shí)用。它的第 1 版 (DoS版本 )發(fā)行于 1984 年，經(jīng)過十幾年不斷改進(jìn)，現(xiàn)今已推出它的 WINDWS XP 版本 (版 )。與利用 C 語言或 FORTRAN 語言作數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)相比，利用 MATLAB可以節(jié)省大量的編程時(shí)間。 MATLAB 因其提供計(jì)算、圖形、文字處理的統(tǒng)一環(huán)境而深受歡迎 [15]。 (2) MATLAB 工作環(huán)境這是對(duì) MATLAB 提供給用戶使用的管理功能的總稱。包括各種初等函數(shù)的算法，也包括矩陣運(yùn)算、矩陣分析等高層次數(shù)學(xué)算法。 設(shè)線性相位 FIR低通濾波器的設(shè)計(jì) (用窗函數(shù)法 )。 所要求的過渡帶寬 : Δω = = N= / =62 a= 21?N =31 (4) 由漢寧窗函數(shù)確定 FIR 濾波器的 )(nh 。 wdel=wswp。 B=b.*(2^16)。數(shù)字信號(hào)處理器又簡(jiǎn)稱DSP 芯片，是一種專門用于數(shù)字信號(hào)處理的微處理器 .DSP 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)采用專門的乘法器，指令運(yùn)行采用流水線操作，程序語言采用特殊的 DSP指令，這些可使 DSP 芯片快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法 [7]。該方法的缺點(diǎn)是速度比較慢，一般用于 DSP 算 法的模擬與仿真。該方法只能用于一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的 DSP算法。在一些特殊場(chǎng)合，要求信號(hào)處理速度極高，通過 DSP 芯片很難實(shí)現(xiàn)，而專用 FFT、濾波、卷積相關(guān)等算法的 DSP 芯片可將相應(yīng)的算法 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 17 頁(yè) 共 33 頁(yè) 用硬件實(shí)現(xiàn)，無需編程。 (2)編程方便。 (4)精度高。 (6)集成方便