【正文】 方面的理論知識(shí)，而且還需要對(duì)各種DSP芯片、外圍硬件電路以及DSP開(kāi)發(fā)工具等都具有豐富的實(shí)際開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。這樣有效了避免了相互之間的干擾。因此PCB設(shè)計(jì)過(guò)程特別注意了關(guān)鍵信號(hào)的走線，在高速信號(hào)的終端都增加了小電阻或排阻進(jìn)行阻抗匹配，匹配電阻必須靠近高速信號(hào)的源驅(qū)動(dòng)端。因此，高速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須面對(duì)互連延遲引起的時(shí)序問(wèn)題以及串?dāng)_、傳輸線效應(yīng)等信號(hào)完整性問(wèn)題。發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)BCLKX對(duì)應(yīng)于SPI協(xié)議中的串行時(shí)鐘SCK，發(fā)送幀同步信號(hào)對(duì)應(yīng)于從設(shè)備的使能信號(hào)CS。③可編程幀同步、數(shù)據(jù)時(shí)鐘極性，支持外部移位時(shí)鐘和內(nèi)部頻率可編程移位時(shí)鐘。TLV5608的高速串行接口包含四根信號(hào)線:SCLK串行時(shí)鐘輸入、SDIN串行數(shù)據(jù)輸入、SDOUT串行數(shù)據(jù)輸出、FS幀同步信號(hào)、CS片選信號(hào)。 由于模數(shù)轉(zhuǎn)換選擇了10位器件，為了簡(jiǎn)化程序代碼，減少DSP的運(yùn)算工作量，并根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器件的特點(diǎn)，在本數(shù)字濾波器系統(tǒng)中選擇了TI公司的TLV5608芯片。它表示D/A轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，輸出電壓可分離的等級(jí)越多，即分辨率越高。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換。從功能時(shí)序圖可以看出該器件包含一個(gè)8通道輸入多路復(fù)用器，一個(gè)高速的10位ADC，一個(gè)內(nèi)部的電壓參考源和一個(gè)高速的串行接口。根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的特點(diǎn)，在本數(shù)字濾波器系統(tǒng)中選擇了TI公司的TLV157O芯片。例如A/D轉(zhuǎn)換器輸出為10位二進(jìn)制數(shù)，輸入信號(hào)最大值為3V，那么這個(gè)轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入信號(hào)的最小電壓為3mV。單片A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述的。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用△表示?？梢?jiàn)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓，實(shí)際上是每次取樣結(jié)束時(shí)的值。①取樣定理:在滿足取樣定理的條件下，可以用一個(gè)低通濾波器將信號(hào)還原為，這個(gè)低通濾波器的電壓傳輸系數(shù)在低于幾。由于BOOT已經(jīng)設(shè)定好相應(yīng)的數(shù)據(jù)存放格式，因此，在Flash中如何組織好數(shù)據(jù)就成為關(guān)鍵。B00T程序選擇何種BOOT方式是根據(jù)外部設(shè)置的不同條件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且判斷條件有一個(gè)先后次序。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用了8位的并口加載方案。當(dāng)外部設(shè)備需要尋址DSP的外部程序、數(shù)據(jù)和I/O存儲(chǔ)空間時(shí)，可以利用HOLD和HODLA信號(hào)，達(dá)到控制DSP外部資源的目的。前者用于訪問(wèn)外部程序或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，后者用于訪問(wèn)I/O設(shè)備。外部總線接口由數(shù)據(jù)總線、地址總線以及一組控制信號(hào)組成，可以用來(lái)尋址片外存儲(chǔ)器和I/O口1。目前市場(chǎng)上的EPROM工作電壓一般為5V，而且體積都較大。當(dāng)處理器發(fā)出的地址處在片內(nèi)存儲(chǔ)器的范圍內(nèi)時(shí)，就對(duì)片內(nèi)的RAM或數(shù)據(jù)ROM尋址。下圖為JTAG仿真接口定義。TRST為測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。具有JTAG接口的芯片，相關(guān)JTAG引腳的定義為:TCK為測(cè)試時(shí)鐘輸入。如果不能做到同時(shí)加電，應(yīng)先對(duì)DVdd加電，然后對(duì)CVdd加電。由于LDO的功耗為(UIUO)IO I，而系統(tǒng)的輸入電壓為5V，為將低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，而不是直接接到5V電源電壓上，這樣系統(tǒng)功耗將降低51mW。DVdd只為外部接口引腳提供電壓，消耗的電流取決于外部輸出的速度和數(shù)量，以及在這些輸出上的負(fù)載電容。TMS320VC5402的電流消耗主要取決于器件的激活度，CVdd消耗的電流主要取決于CPU的激活度，外設(shè)消耗的電流取決于正在工作的外設(shè)及其速度。另一種方法是將外部的時(shí)鐘源直接輸入X2/CLKIN引腳，X1懸空。根據(jù)上述原理，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了ADM706TAR芯片。為了克服這種情況，除了在軟件上做一些保護(hù)措施外，硬件上也必須做相應(yīng)的處理。為使芯片初始化正確，一般應(yīng)保證/RS為低至少持續(xù)3個(gè)CLKOUT周期。因此編程時(shí)不能隨便向這個(gè)區(qū)域存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，除非根據(jù)需要來(lái)改變相應(yīng)寄存器的值，否則會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行結(jié)果錯(cuò)誤。DRAM一般由若干塊構(gòu)成，由于每塊DARAM在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以被訪問(wèn)2次，中央處理單元和片內(nèi)外設(shè)在一個(gè)周期內(nèi)可以同時(shí)對(duì)其進(jìn)行一次讀和一次寫(xiě)操作。④指數(shù)編碼器，可以在單個(gè)周期內(nèi)計(jì)算40位累加器中數(shù)值的指數(shù)。CPU采用并行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，使其能在一條指令周期內(nèi)，高速地完成多項(xiàng)算術(shù)運(yùn)算。JTGA口供DSP芯片下載程序調(diào)試。數(shù)字濾波系統(tǒng)的電路原理圖見(jiàn)附錄。幅值39。xlabel(39。[n,of,mo,w]=remezord([1500 2500 3500 4500],[1 0 1],[ ],16000)。Kaiser窗函數(shù)kaiser()，語(yǔ)法格式為kaiser(N，BETA)返回的是一N點(diǎn)的Kaiser窗。Hanning窗函數(shù)hanning()，語(yǔ)法格式為hanning(N)返回一N點(diǎn)Hanning窗，結(jié)果為列向量。Bartlett窗函數(shù)bartleet()，語(yǔ)法格式為bartlett(N)返回一N點(diǎn)Bartlett窗，結(jié)果為列向量。FIR的階數(shù)估計(jì)(低通、高通、帶通、多頻帶)kaiserord，語(yǔ)法格式為[N，Wn，BETA，TYPE]=kaiserord(F，A，DEV，F(xiàn)s)返回的是在函數(shù)B=fir(N，Wn，TYPE，kaiser(N+l，BETA)，‘noscale’)中用到的參數(shù)N。用有限制條件的最小二乘逼近法設(shè)計(jì)低通和高通FIR濾波器fircls1()，語(yǔ)法格式為B= fircls (N，WO，DP，DS)返回的是一個(gè)長(zhǎng)度為N+l的線性相位低通FIR濾波器，其截止頻率為WO，阻帶偏離0的最大值為DS。 MATLAB中FIR數(shù)字濾波器相關(guān)函數(shù)用窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法FIR濾波器firl()，語(yǔ)法格式為B=firl(N，Wn)，設(shè)計(jì)一個(gè)N階的FIR數(shù)字濾波器，返回的向量B為濾波器的系數(shù)。起核心是從給定的頻率特性通過(guò)加窗以確定有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)序列。由Fourier逆變換可得: (10)一旦能從所希望的求出，那么希望的濾波器的系數(shù)函數(shù)即可求出，即: (11)最終可以得到 式中n=0,1,…,N1 (12)有限項(xiàng)Fourier級(jí)數(shù)是在最小二乘意義上對(duì)理想濾波器的最佳逼近，M取值越大，逼近誤差越小。當(dāng)式中系數(shù)全為零時(shí)，即: (5)則稱該濾波器為非遞歸型濾波器，此時(shí)系統(tǒng)的輸出與輸入有關(guān)，而與輸出無(wú)關(guān)，這種濾波器沒(méi)有極點(diǎn)，故稱之為全零點(diǎn)濾波器。 濾波器的表達(dá)方式在線性系統(tǒng)理論中，系統(tǒng)表示一般常用的數(shù)學(xué)模型包括有:傳遞函數(shù)模型(系統(tǒng)外部模型)、狀態(tài)方程模型(系統(tǒng)內(nèi)部模型)和零極點(diǎn)增益模型等。IIR與FIR濾波器不論是在性能上還是在設(shè)計(jì)方法上都有很大的區(qū)別。各種高級(jí)語(yǔ)言在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)濾波器當(dāng)中都有一整套成熟的程序組，在使用這些程序時(shí)讓使用者感到頭痛的是它們?nèi)唛L(zhǎng)的程序和修改參數(shù)的不方便，特別是濾波器各種表達(dá)式和濾波器各種形式相互之間的轉(zhuǎn)換，顯得十分復(fù)雜。但是它所需要的系數(shù)a比直接型的h(n)多，所需要的乘法運(yùn)算也比直接型多。其中， 為一階節(jié)； 為二階節(jié)。濾波器按功能上分可以分為:低通濾波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、帶阻濾波器(BSF)。因此，數(shù)字濾波器本身既可以是用數(shù)字硬件裝配成的一臺(tái)完成給定運(yùn)算的專用的數(shù)字計(jì)算機(jī)，也可以將所需要的運(yùn)算編成程序，讓通用計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行。⑤研究有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器在DSP中的具體實(shí)現(xiàn)方法。 本文的研究?jī)?nèi)容本論文主要:①研究數(shù)字濾波的理論知識(shí)，為系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。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(wú)論是作為獨(dú)立的數(shù)字信號(hào)處理，還是作為DSP芯片的協(xié)作處理器都是比較活躍的研究領(lǐng)域。(5)用專用的DSP芯片實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)采用的是馮諾依曼總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算速度較慢，而在數(shù)字濾波器中涉及大量的乘法運(yùn)算，因此，這種方法適用于一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理。(2)在通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處理機(jī)實(shí)現(xiàn)。形態(tài)濾波是建立在集合運(yùn)算上的一種非線性濾波方法，它除了用于濾除信號(hào)中的噪聲外，還在圖象分析中發(fā)揮了重要的作用。Wiener濾波、Kalman濾波和自適應(yīng)濾波都是線性濾波，線性濾波的最大缺點(diǎn)就是在消除噪聲的同時(shí)，會(huì)造成信號(hào)邊緣的模糊。由于它避開(kāi)了求解WienerHoff方程，為某些問(wèn)題的解決帶來(lái)了極大的方便。與Wiener濾波相似，它同樣可以在最小均方誤差條件下給出信號(hào)的最佳估計(jì)。 數(shù)字濾波器的發(fā)展動(dòng)態(tài)近些年，線性濾方法，如Wiener濾波、Kalman濾波和自適應(yīng)濾得到了廣泛的研究和應(yīng)用，同時(shí)一些非線性濾波方法，如小波濾波、同態(tài)濾波、中值濾波、形態(tài)濾波等都是現(xiàn)代信號(hào)處理的前言課題，不但有重要的理論意義，而且有廣闊的應(yīng)用前景。相對(duì)于模擬濾波器，數(shù)字濾波器在體積、重量和性能方面的優(yōu)勢(shì)己越來(lái)越明顯。靈活性大:數(shù)字濾波器的性能主要取決于乘法器的各系數(shù)，而這些系數(shù)是存放在系統(tǒng)存儲(chǔ)器中的，只要改變存儲(chǔ)器存放的系數(shù)，就可以得到不同的系統(tǒng)，這些都比改變模擬濾波器系統(tǒng)的特性要容易和方便的多，因而具有很大的靈活性。相對(duì)于模擬濾波器，數(shù)字濾波器沒(méi)有漂移，能夠處理低頻信號(hào)，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(shì)決定了數(shù)字濾波器的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。如果濾波器的輸入、輸出都是離散時(shí)間信號(hào)，則該濾波器的沖激響應(yīng)也必然離散，這樣的濾波器定義為數(shù)字濾波器。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，DSP器件在高速度、可編程、小型化、低功耗等方面都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，單片DSP芯片最快每秒可完成16億次(1600MIPS，每秒1600兆次指令)的運(yùn)算，生產(chǎn)DSP器件的公司也不斷壯大，目前，市場(chǎng)占有率前四名依次為：Texas Instruments、Lucent、AnalogDevice、Motorola。世界上第一個(gè)單片DSP芯片是1978年AMI公司發(fā)布的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)主要里程碑。DSP技術(shù)就是基于VLSI技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)重要技術(shù)。我們將通過(guò)DSP設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)較為重要的FIR濾波器系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了它們的應(yīng)用系統(tǒng)以TMS320C5402芯片為核心的硬件電路，實(shí)現(xiàn)能獨(dú)立完成濾波功能的系統(tǒng)。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)基本的處理技術(shù)。(4)根據(jù)TI公司5000系列數(shù)字信號(hào)處理器的基本結(jié)構(gòu)和特征，充分利用其片上資源,結(jié)合MATLAB軟件的仿真，用軟件實(shí)現(xiàn)高性能穩(wěn)定的數(shù)字濾波器。(2)研究分析了如何利用MATLAB仿真軟件來(lái)設(shè)計(jì)出符合要求的數(shù)字濾波器。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）FIR數(shù)字濾波器的DSP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)FIR Digital Filter Design And Implementation Of The DSP學(xué)生姓名所在院系所學(xué)專業(yè)所在班級(jí)指導(dǎo)教師教師職稱完成時(shí)間： 由科威 ： 電氣與信息學(xué)院 ： 電子信息工程 ： 0442 ： 劉紅喜 ： 講師 ： 2008年 6月20日 長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院摘 要本論文的主要研究了數(shù)字濾波器的基本理論，基于TI公司的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5402設(shè)計(jì)了一款穩(wěn)定度高，低功耗的數(shù)字濾波器系統(tǒng)，并完成了軟硬調(diào)試工作。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器奠定了理論基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的硬件平臺(tái)。在數(shù)字信號(hào)處理中，濾波占有極其重要的地位。因此，我們有必要對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，理解其工作原理，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)穩(wěn)定性好的濾波器系統(tǒng)。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，各種新型的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路不斷涌現(xiàn)，集成電路技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，使得數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的功能越來(lái)越強(qiáng)。在20多年時(shí)間里，DSP芯片已經(jīng)在信號(hào)處理，通信，雷達(dá)等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。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。2 緒 論 數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)濾波器是指用來(lái)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的硬件或軟件。因而在數(shù)字通信、語(yǔ)音圖象處理、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。因此在一些精度要求很高的濾波系統(tǒng)中，就必須采用數(shù)字濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。易于大規(guī)模集成:數(shù)字部件具有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成，大規(guī)模生產(chǎn)，且數(shù)字濾波器電路主要工作在截止或飽和狀態(tài)，對(duì)電路參數(shù)要求不嚴(yán)格，因此產(chǎn)品的成品率高，價(jià)格也日趨降低。