【正文】 t be known in advance. During the filtering, with the autocorrelation function of signals and noises changing slowly over time, filter can automatically adapt and adjust to meet the requirements of the minimum mean squared error. Fig 1 Structure of Adaptive Filter Fig 1 shows the structure of adaptive filter. The objective is to filter the input signal, X(n), with an adaptive filter in such a manner that it matches the desired signal, d(n). The desired signal, d(n), is subtracted from the filtered signal, Y(n), to generate an error signal, e(n). 3 Structure of Filter and LMS Algorithm Structure of Adaptive FIR Filter Several types of filter structures can be implemented in the design of the adaptive filters such as Infinite Impulse Response (IIR) or Finite Impulse Response (FIR). Based on time domain characteristics of digital filter impulse response function, the digital filter can be divided into two kinds, namely infinite impulse corresponding IIR filter and finite impulse response FIR digital filter has the advantage that can make use of the results of analog filter design, and the design of the analog filter can check a large number of graphs, convenient and simple. Its disadvantage is that the nonlinear phase。經(jīng)過編譯，匯編，鏈接 后產(chǎn)生了 DSP芯片的 COFF文件，將這個(gè)文件加載到目標(biāo)系統(tǒng)，利用調(diào)試器進(jìn)行調(diào)試，檢測(cè)到的波形如下， 通過比較可以看出，在 5秒之后，系統(tǒng)開始逐漸收斂，錯(cuò)誤信號(hào)逐漸趨于 0，二這個(gè)收斂速度依賴與 ? ，我們可以得到一下結(jié)論，響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，錯(cuò)誤信號(hào)越小，濾波器的效果也就越好。 由于 TMS320VC5402是定點(diǎn) DSP，所以輸入數(shù)據(jù)，參考數(shù)據(jù)和步長(zhǎng)需要按照規(guī)定的格式書寫，然后這些數(shù)據(jù)也必須改變格式。 BK是 FIR循環(huán)緩沖區(qū)大小，鎖存區(qū)配置為 99，硬件初始化 ,包括：時(shí)鐘，中斷，內(nèi)存， mcbsp0， 01和定時(shí)器芯片的初始化，無限循環(huán)是主要的運(yùn)行程序，程序一直運(yùn) 行直到定時(shí)器中斷到來。 DSP的集成開發(fā)環(huán)境 CCS（ ccs），是 TI公司提供的。該系統(tǒng)由 TMS320VC5402 和其他外圍設(shè)備構(gòu)成。 %calculate error h=h+u*e(n)*x1。e=zeros(1,M)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)理念 ,可以設(shè)計(jì) 10order的自適應(yīng)噪聲消除器。誤差序列的均方值又叫“均方誤差” (Mean Sqluare Error，MSE)。 LMS算法是以最小均方誤差為判據(jù)的最典型的算法，也是應(yīng)用最廣泛的一種算法。 自適應(yīng)濾波器除了包括一個(gè)按照某種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的濾波器，還有一套自適應(yīng)的算法。 感知器和自適應(yīng)線性元件在歷史上幾乎是同時(shí)提出的，并且兩者在對(duì)權(quán)值的調(diào)整的算法非常相似。但是不像 IIR 濾波器可以借助模擬濾波器的成果，必須要用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如 MATLAB）來計(jì)算。而 FIR 數(shù)字濾波器可以實(shí)現(xiàn)線性相位，又可具有任意幅度特性。 根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性，可將數(shù)字濾波器分為兩種，即無限長(zhǎng)沖激相應(yīng) IIR 濾波器和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng) FIR 濾波器。在濾波過程中，自相關(guān)函數(shù)信號(hào)和噪聲慢慢地隨著時(shí)間的推移而變化 ,濾波器可以自動(dòng)適應(yīng)和調(diào)整 ， 以滿足最小均方誤差的要求。所謂自適應(yīng)濾波，就是利用前一時(shí)刻已獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動(dòng)地調(diào)節(jié)現(xiàn)時(shí)刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號(hào)和噪聲未知的或隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。 在數(shù)字信號(hào)處理中 ,有很多不可預(yù)測(cè)的信號(hào)，噪音或時(shí)變信號(hào)經(jīng)常需要處理， 固定濾波器系數(shù)的濾波器是不可能達(dá)到最佳濾波效果的，因此自適應(yīng)濾波器被設(shè)計(jì)用來跟蹤時(shí)刻改變的信號(hào)和噪聲。 自適應(yīng)濾波器是現(xiàn)代發(fā)展起來的一種濾波器。模擬信號(hào)必須先使用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行取樣和數(shù)字化 (模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換 )。對(duì)于一個(gè)給定的設(shè)計(jì)要求，有完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)模擬濾波器。 在信號(hào)處理過程中，濾波器的功能是移除信號(hào)不需要的部分，如隨機(jī)噪音等，或者是提取有用的信號(hào)，例如提取在一定的頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。 關(guān)鍵詞 :自適應(yīng)濾波器， TMS320VC5402， LMS 算法。模擬波形已經(jīng)給出，基于 DSP 的相關(guān)參考數(shù)據(jù)也已經(jīng)給出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ,該數(shù)字濾波器滿足設(shè)計(jì)要求。 為了實(shí)現(xiàn)線性緩沖區(qū)的延遲 ,我們將 FDATool 導(dǎo)出的系數(shù)和輸入數(shù)據(jù)存放在在 DARAM 中 ,并使用雙重操作地址來實(shí)現(xiàn)位移動(dòng) ,最快的實(shí)現(xiàn)濾波過程。 我們需要讀取最新的樣本值， DSP 計(jì)算乘加操作的每個(gè)輸出值。 DSP 作為一種特殊的信號(hào)處理芯片 ,其結(jié)構(gòu)已得到改進(jìn)和優(yōu)化 ,為數(shù)字信號(hào)處理添加了特殊指令。系數(shù)的結(jié)果如下 : const int BL = 26。根據(jù)給定的性能 ,選擇 Blackman 窗 ,然后濾波器的系數(shù)可以很容易地得到。 通過比較上述三種方法 ,你會(huì)發(fā)現(xiàn)使用 FDATool 設(shè)計(jì)濾波器更加直觀和方便。這種方法的缺點(diǎn)是不能設(shè)置直接阻帶衰減參數(shù) ,只有通過反復(fù)調(diào)整參數(shù) 才能得到 所需的濾波器。 六種常用的窗函數(shù)是矩形 ,巴特利特 ,漢寧、漢明 ,布萊克曼和凱撒窗函數(shù)。MATLAB 設(shè)計(jì) FIr 數(shù)字濾波器有很多方法。 2 FIR 濾波器的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法 A. FIR 濾波器的基本結(jié)構(gòu) 假設(shè) h(n)(n = 0,1,2,…… ,n?1)是 FIR 濾波器的脈沖響應(yīng) ,x(n)是輸入信號(hào) ,然后可以得到 FIR 濾波器用下列差分方程實(shí)現(xiàn)。窗函數(shù) 1 簡(jiǎn)介 FIR 數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)是可以得到一個(gè)嚴(yán)格的線性相位特性 ,同時(shí)幅頻特性也可以得到保證。一個(gè)混合的輸入信號(hào)通過這種方法，在TMS320VC5509A DSP 芯片實(shí)現(xiàn)了濾波效果。首先 , 在 MATLAB中使用輔助設(shè)計(jì)工具 FDATool 設(shè)計(jì)一個(gè) FIR 低通濾波器，它可以模擬 FIR 濾波器單位脈沖響應(yīng)的特征。數(shù)字信號(hào)處理器 。此外 ,基于 DSP的數(shù)字濾波器可以修改參數(shù) ,然后 可以很 容易 的 修改濾波器的特征 [1]。讓我們用 z 變換來計(jì)算傳遞函數(shù)， ??? ?? 10 1)()( Ni zihzH （ 2） 從上面我們可以看到 , FIR 濾波器的結(jié)構(gòu)如下圖所示 : 圖 1 FIR 濾波器的基本結(jié)構(gòu) B． FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法 當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)數(shù)字濾波器 MATLAB 常常用來進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和仿真。 根據(jù)給定的濾波器規(guī)格 ,選擇濾波器長(zhǎng)度 N 和窗口函數(shù) w(N)實(shí)現(xiàn) FIR 數(shù)字濾波器。理想的頻率響應(yīng)與實(shí)際設(shè)計(jì)的濾波器的頻率響應(yīng)之間的最大誤差是最小的 ,其頻率響應(yīng) 表 現(xiàn)相等的波形特征 ,因此這個(gè) 濾 波 器又稱平等波紋濾 波 器。 Fdstool 工具的上部分是用來顯示濾波器的特征的，下半部分是參數(shù)設(shè)置區(qū)，用于設(shè)置濾波器參數(shù) ,參數(shù)包括過濾器的類型、設(shè)計(jì)方法、階數(shù)、頻率設(shè)置等等。 首先 ,我們用 FDATool 設(shè)計(jì) FIR 濾波器的脈沖響應(yīng)系數(shù) ,選擇窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法。 接下來我們會(huì)導(dǎo)出數(shù)字濾波器的脈沖響應(yīng)系數(shù) [6],在主菜單中 ,選擇 Targets → Code Composer Studio IDE 命令彈出導(dǎo)出代碼窗口 ,在窗口中選擇 16 位整數(shù)的選項(xiàng) ,單擊選擇目標(biāo)按鈕 ,選擇目標(biāo)設(shè)備 ,選擇 C55x功能模擬器 ,點(diǎn)擊 OK 確認(rèn) ,脈沖響應(yīng)系數(shù)將保存在 .h 文件中。以前，通用處理器和微控制器的乘加操作 ,將花費(fèi)大量的 CPU 和總線資源。使這種方式實(shí)現(xiàn) fir 濾波器 ,需要開放的數(shù)量為 N 的緩沖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)最新的樣本值。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是 ,新老數(shù)據(jù)在內(nèi)存 中 的 存儲(chǔ) 位置是顯而易見的。 5 結(jié)論 本文研究了數(shù)字濾波器的原理和結(jié)構(gòu) ,并結(jié)合基于 TMS320VC5509A 的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) ,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于 DSP 的數(shù)字濾波器。北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020 [3] . Chen, D. Z. Wu and X. Q. Gao, MATLAB 及其應(yīng)用在電子信息，第三版 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020 [4] B. F. Wang, “FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)和仿真研究 ”, ,哈爾濱科學(xué)技術(shù)大學(xué)、哈爾濱 ,中國(guó) ,2020 [5] Y. Jiang and X. Q. Zhou, DSP 理論和應(yīng)用實(shí)驗(yàn) ,西安 ,中國(guó) :寧海西店大學(xué)出版社 ,2020 [6] X. L. Zhao, L. Zhang and Y. Q. Wu,“ Matlab 在 DSP FIR 數(shù)字濾波器中的使用 ”,現(xiàn)代電子技術(shù) ,第七期 , 3840 頁 ,2020 [7] Y. P. Liu, DSP 的原理和應(yīng)用 ,北京 ,中國(guó) :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020 [8] Q. Z. Huang, Q. X. Li and Z. W. Chen, ” 基于 TMS320C54X 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 ”,《河南理工大學(xué) ,碩士 ,314 318 頁， 2020 自適應(yīng)數(shù)字濾波器基于 TMS320VC5402 的實(shí)現(xiàn) Wang Xiaojuan Zhang Ze (自動(dòng)化系，大學(xué)的科學(xué)技術(shù)， 內(nèi)蒙古大學(xué)，呼和浩特 ， 中國(guó) ) 摘要 本文介紹了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于 DSP 的自適應(yīng)濾波器（數(shù)字信號(hào)處理）的方法，首先 ， 對(duì)自適應(yīng) FIR 濾波器的結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)驗(yàn)是基于MATLAB 進(jìn)行的，試驗(yàn)方法是對(duì)輸入信號(hào)添加高斯噪聲 ，然后使其通過自適應(yīng)FIR 濾波器 。對(duì)于設(shè)計(jì)所得的結(jié)果，測(cè)量結(jié)果，和濾波結(jié)果是符合 預(yù)期 要求的。在數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中，數(shù)字濾波器十分重要并已獲得廣泛應(yīng)用。在模擬電子電路中使用的模擬濾波器，例如由電阻、電 容產(chǎn)生所需的濾波功能的濾波器，這種濾波器被廣泛使用在減少噪音的應(yīng)用中，還有提高視頻信號(hào)、圖像均衡的高科技傳真系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。數(shù)字信號(hào)處理器可以使用通用計(jì)算機(jī)，例如 PC 機(jī)，或者是專用的數(shù)字信號(hào)處理器芯片。 需要注意的是，一個(gè)數(shù)字信號(hào)是由一系列數(shù)字表示的，而不是電壓或者電流表示的。 自適應(yīng)濾波器是與固定系數(shù)濾波器相反的。在沒有任何關(guān)于信號(hào)和噪聲的先驗(yàn)知識(shí)的條件下，自適應(yīng)濾 波器利用前一時(shí)刻已獲得的濾波器參數(shù)來自動(dòng)調(diào)節(jié)現(xiàn)時(shí)刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號(hào)和噪聲未知或隨機(jī)變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。在設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器的時(shí)候 ， 自相關(guān)函數(shù)信號(hào)和噪聲是不能提前知道的。 3 濾波器結(jié)構(gòu)和 LMS 算法 有幾種類型的濾波器結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì) ，例如 無限脈沖響應(yīng)(IIR)或有限脈沖響應(yīng) (FIR)。圖象處理以及數(shù)據(jù)采集傳輸都要求濾波器具有線性相位特性。 FIR 濾波器可以用非遞歸的方法實(shí)現(xiàn)，在有限精度下不會(huì)產(chǎn)生振蕩，同時(shí)由于量化舍入以及系數(shù)的不確定性所引起的誤差的影響要比 IIR 濾波器小的多，并且 FIR濾波器可以采用 FFT 算法，運(yùn)算速度快。橫向自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)由圖 2所示，濾波器輸出信號(hào)由 y(n)給出， )()()()()( 10 nXnwknxnwny TNk K ??? ??? 圖 2 橫向自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu) TNnxnxnxnX )]1() , .. .. ..1(),([)( ???? 是一個(gè)輸入向量， Tn nwnwnwnW )](),(),([)( 110 ?? 是輸出向量，式中 T表示轉(zhuǎn)置 ,N是濾波器的順序。而由美國(guó)斯坦福大學(xué)的 Widrow和 Hoff在研究自適應(yīng)理論時(shí)提出的 LMS算法，由于其容易實(shí)現(xiàn)而很快得到了廣泛應(yīng)用，成為自適應(yīng)濾波的標(biāo)準(zhǔn)算法。 通常有兩種判據(jù)條件：最小均方誤差判據(jù)和最小二乘法判據(jù)。 LMS算法的目標(biāo)是通過調(diào)整系數(shù)，使輸出誤差序列 e(n)=d(n)y(n)的均方值最小化，并且根據(jù)這個(gè)判據(jù)來修改權(quán)系數(shù)，該算法因此而得名。 4 使用 MATLAB 設(shè)計(jì)濾