【正文】 器（ TI） 電子科技大學 DSPs 技術 /培訓中心聯合開發(fā)的第三代教學實驗設備。在設計數字濾波器時，通常采用 MATLAB 來進行輔助設計和仿真。它不但能準確的指定通帶和阻帶的邊緣，而且還在一定意義上實現了絕對所期望的頻率響應實行最佳逼近 ]2[ 。 2 頻率抽樣法 設計的基本思想是：從頻域出發(fā)，把給定的理想的頻率響應 )( ?jd eH 以等間隔抽樣，所得到的 h(k)作逆離散傅氏變換，從而求得 h(n)，并用與之相應的頻率響應 )( ?jeH 去逼近理想的頻率響應 )( ?jd eH 。由于 FIR 濾波器很容易實現嚴格的線性相位，所以 FIR 數字濾波器設計的革新思想是求出有限的脈沖響應來逼近給定的頻率響應。之后，利用數字濾波器的設計方法，設計出一個實際濾波器模型來逼近給定的目標。對于相位響應指標形式，通常希望系 統在通頻帶中 仍 有線性相位。它提供對幅度響應函數的要求，一般應用于 FIR 濾波器的設計。在很多實際應用中，數字濾波器常常被用來實現選頻操作。 本文的內容提要 本文第一部分是引言，第二部分介紹濾波器的基本原理和設計方法 ；第三部分是 FIR 濾波器的 DSP 實現；最后，第四部分是結論，對本文作了總結。數字濾波和模擬濾波相比有很多優(yōu)點，它除了可避免模擬濾波器固有的電壓飄移、溫度漂移和噪聲等問題外，還能滿足濾波器對幅度和相位的嚴格要求。本文首先介紹了 FIR 數字濾波器的原理，接下給出了在 MATLAB 環(huán)境下設計濾波器的方法，同時對本論文中的 FIR 數字濾波器給以設計，最后用 DSP 來實現。 關鍵詞 ： FIR 濾波器 ； MATLAB ； DSP 2 MATLAB design and realization based on DSP of FIR filter [Abstract]: In the digital signal processing application, the digital filter holds the extremely important status. Firstly, the FIR digital filter principle is introduced in this paper. Then, the paper provides the method of the filter designing under the MATLAB environment , simultaneously it gives the designing of the digital filter. Last the paper offers the realization of the digital filter by DSP. [Key word]: FIR filter ； MATLAB ； DSP 3 目 錄 1 引言 ............................................................................................................................ 4 設計背景 ........................................................................................................ 4 工具簡介 ........................................................................................................ 4 本文的內容提要 ............................................................................................ 4 2 FIR濾波器的基本原理和設計方法 ........................................................................ 4 FIR 濾波器的基本結構 .................................................................................. 5 FIR 濾波器的基本步驟 .................................................................................. 5 FIR 濾波器的設計方法 .................................................................................. 6 FIR 濾波器的 MATLAB 設計 ........................................................................ 7 3 FIR濾波器的 DSP實現 .............................................................................................. 9 DSP 實現方式 ................................................................................................. 9 硬件平臺 —— TMS320VC5402 DSK......................................................... 9 軟件開發(fā)環(huán)境 —— Code Composer Studio(CCS) ................................. 10 FIR 濾波器的實現方法 ............................................................................. ...11 FIR 濾波器的 DSP 實現 ........................................................................... ..11 使用帶 MAC 指令的循環(huán)尋址實現 FIR 濾波器 ...................11 利用 C54x 系列芯片的提供的 FIRS 指令來實現 FIR 濾波器 ...........12 DSP 實現 ………………………………………………………… .14 4 結束語 ...................................................................................................................... 18 參考文獻 ...................................................................................................................... 19 致謝 .............................................................................................................................. 20 附錄 .............................................................................................................................. 21 4 1 引言 設計背景 隨著信息時代和數字世界的到來，數字信號處理已成為 當 今一門極其重要的學科和技術領域。低通有限沖激響應濾波器（低通 FIR 濾波器）有其獨特的優(yōu)點，由于 FIR 系統只有零點，因此，系統總是穩(wěn)定的，而且容易實現線性相位和允許實現多通道濾波器。 2 FIR 濾波器的基本原理和設計方法 FIR 濾波器的基本結構 濾波器的功能是把輸入序列通過一定的運算，變成輸出序列。因此，指標的形6 式一般在頻域中給出幅度和相位響應。第二種指標是相對指標。運用線性相位響應指標進行濾波器設計具有如下優(yōu)點： ① 只包含實數算法，不涉及復數運算； ② 不存在延遲失真，只有固定數量的延遲； ③ 長度為 N 的濾波器（階數為 N1），計算量為 N/2 數量級。 3 性能分析和計算機仿真 上兩步的結果是得到以差分或系統函數或沖激響應描述的濾波器。目前常用的 FIR 濾波器的 設計方法主要有三種，分別是窗函數法、頻率采樣法和切比雪夫等波紋逼近優(yōu)化設計法。設計過程如下： )( ?jd eH ?? ?? ?? Nk ?2 h(k) ?? ?? IDTFT h(n) ?? ?? DTFT )( ?jeH 優(yōu)點是直接在頻域進行設計 ，便于優(yōu)化，缺點是截止頻率不能自由取值 ]3[ 。 FIR 濾波器的 MATLAB 設計 MATLAB 是 英文 Matrix Laboratory(矩陣實驗室 )的縮寫，它是由美國MathWorks 公司推出的用于數值計算和圖形處理的數學計算環(huán)境， 一套用于科學計算的可視化高性能語言與軟件環(huán)境。 MATLAB 設計： 設計一個 38 階的 FIR 低通濾波器，其采樣頻率 Fs 為 25KHZ， 通帶截止頻率 ，阻帶截止頻率為 ，阻帶衰減為 40dB。該設備采用廣泛使用的 TMS320VC5402 為核心，配備包括 AD/DA、 鍵盤、液晶等 I|O 在內的完整的DSP 系統 ]4[ 。 FIR 濾波器的實現方法 數字濾波器的實現方法一般有以下幾種 ： 1 采用加法器 、乘法器、延時器設計專用的濾波電路。在一些特殊的場合，要求的信號處理速度極高，用通用 DSP 芯片很難實現。第 ① 、 ④ 種方法專用性強，應用受到很大的限制。 13 使用帶 MAC 指令的循環(huán)尋址實現 FIR 濾波器 為了能正確使用循環(huán)尋址，必須先初始化 BK，塊長為 N。而數據緩沖區(qū)指針指向的是需要更新的數據，如 x(n)。 AR0=1 STM N,BK 。 完成濾波計算。長度為 N 的線性相位 FIR 濾波器的輸出表達式為： ?)(ny ? ?? ?????12/0 )]}1([)(){(NK kNnxknxkh 32 利用 FIRS 指令 ,需要將輸入數據緩沖分成兩個 ,循環(huán)緩沖區(qū)大小寄存器的值設為N/2。處理器然后使用 FIRS 指令進行乘加運算，即 h(0){x(0)+x(N+1)} ]6[ 。注意 FIR 濾波系數存 ；放在程序存貯區(qū)， filter_coff 為系數起始地址 MAR *ar2% ； 修改 Buffer1 指針 15 MAR *+ar3(2)% ； 修改 Buffer2 指針 圖 4 輸入序列的存儲形式 DSP 實現 利用 DES5402PP 實驗箱的模擬信號輸出通道產生一個 1KHz 的方波 ,然后利用信號輸入通道對產生的方波進行低通濾波 ,得到一個 1KHz 的正弦信號，并使用 CCS 的圖形顯示工具顯示輸入和輸出的波形。 AC01 與 VC5402 通過串口 0 連接。由于串口發(fā)送中斷將每 （ 25KHz ）產生一次，所以我們將一個周期的方波信號分 25 次送出，這樣經 D/A 變化后便可得到 1KHz 的方波。使用發(fā)送中斷產生方波信號和完成對 AC01 的初始化；使用接收中斷存貯輸入的數據，并設置新數據到達標志。濾波后經 D/A 輸出模擬量，結果證實該程序可實現對采樣率為 25kHz 的模擬信號進行實時濾波處理。 18 [參考文獻 ] [1]彭紅平，楊福寶 .基于 MATLAB 的 FIR 數字濾波器設計 [J].武漢理工大學學報， 2021 [2]張亞妮 .基于 MATLAB 的數字濾波 器設計 [J].遼寧工程技術大學學報，