【正文】 e k M?? ? ?,進行 M 點 IDFT 得到： ( ) [ ( ) ]dM dM Mh n ID FT H k? (10) 根據(jù)頻域采樣理論， ()dMhn與 ()dhn應(yīng)滿足： ( ) (d M d Mrh n h n r M R?? ? ???? ） （n )（ 11） 因此，如果 M 選得夠大，可以保證在窗口內(nèi) ()dMhn有效地逼近 ()dhn。然后根據(jù)過渡帶寬度估計窗口長度 N。在保證主瓣寬度達到一定要求的條件下，適當?shù)臓奚靼陮挾葋頁Q取旁瓣勻滑幅度響應(yīng)和波動減少。 第 二：旁瓣幅度下降要盡可能大，以利于增加阻帶衰減。常見的窗函數(shù)有 [5]：矩形窗、三角形窗、漢寧窗、哈明窗、布萊克曼窗、凱塞窗。 然而我們實際設(shè)計的濾波器的單位脈沖響應(yīng)為 h(n)，長度為 N，其系數(shù)函數(shù) H(z)為 10( ) ( )N nnH z h n z? ??? ? （ 7） 這樣用一個有限長的序列 h(n)去代替 ()dhn，肯定會引起誤差，表現(xiàn)在頻域就是通常所說的吉布斯效應(yīng)。現(xiàn)介紹如下。本文主要采用矩形窗設(shè)計方法。由上面的方程可知， FIR 濾波器實際上是一種乘法累加運算，不斷地輸入樣本 x(n),經(jīng)延時（ 1z? ），做乘法累加，再輸出濾波結(jié)果 y(n)。ROM 一般構(gòu)成程序空間，也可部分安排到數(shù)據(jù)空間。 1 條程序總線 ((PB):從程序存儲器裝載指令碼和立即數(shù)。 STO 反映了尋址要求和計算中間運行狀態(tài)， STl 反映了尋址要求、計算的初始設(shè)置、 I/O 及中斷控制， PMST 反映了處理器工作狀態(tài)。 (5)比較、選擇和存貯單元 CSSU:完成累加器的高位字和低位字間的最大值比較，并存貯在數(shù)據(jù)存貯器中，不改變狀態(tài)寄存器 STO 中的測試 /控制位和傳送寄存器 TRN 的值。每個累加器可以分為低字位 (bit1sbit0)、高位字 (bit31bit16)和保護位 (bit39bit32)。 結(jié)構(gòu) C55X 的 CPU 是并行結(jié)構(gòu)，具有強大的運算功能，可在一個指令周期中高速完成多項算術(shù)運算。 最后，將軟件加載到硬件系統(tǒng)中運行，用 DSP 仿真器等來測試檢查所開發(fā)系統(tǒng)的運行能否符合實時要求，或?qū)④浖撾x開發(fā)系統(tǒng)直接在應(yīng)用系統(tǒng)上運行。有些算法模擬時所用的輸入數(shù)據(jù)并不一定為實際采集的信號數(shù)據(jù)，只要能夠驗證算法的可行性，輸入模擬假設(shè)的數(shù)據(jù)也可以。在不是自行設(shè)計 DSP 系統(tǒng)的情況下，可以先不考慮硬件方面的設(shè)計。數(shù)字 處理是該 DSP 系統(tǒng)的關(guān)鍵，這與其他系統(tǒng)有很大的不同。 圖 21 典型的 DSP 系統(tǒng)框圖 其中，輸入信號應(yīng)先經(jīng)帶限濾波和抽樣處理，再進行 A/D 變換，將輸入信號變換成數(shù)字比特流。 （ 6）快速的指令周期 采用哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊指令及集成電路優(yōu)化設(shè)計，使指令周期可在 20ns 以下。 （ 4）專用的硬件乘法器 DSP 芯片都配有專用的硬件乘法一累加器，即用專門的硬件來實現(xiàn)單周期乘法，并用累加器寄存器來處理多個乘積的累加，可在一個周期內(nèi)完成一次數(shù)據(jù)乘加操作，如矩陣運算、 FIR 和 IIR 濾波、 FFT 變換等專用信號處理。 （ 2）多總線結(jié)構(gòu) DSP 芯片都采用多總線結(jié)構(gòu)，可同時進行取指令和多個數(shù)據(jù)存取操作，并由輔助寄存器自動增減地址進行尋址，使 CPU 在一個機器周期內(nèi)可多次對程序空間和數(shù)據(jù)空間進行訪問，大大提高了 DSP 運行速度。 芯片基本結(jié)構(gòu) TMS320 系列 DSP 芯片的基本結(jié)構(gòu)主要包括 :哈佛結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的 DSP 指令、快速的指令周期。 自 20 世紀 70 年代末 80 年代初 DSP 芯片誕生以來， DSP 芯片得到飛速發(fā)展。本文重點研究在利用 DSP 來實現(xiàn)數(shù)字濾波的設(shè)計。 （ 3）用 FPGA 可編程器件來實現(xiàn) 使用相關(guān)開發(fā)工具和 VHDL 等硬件開發(fā)語言，通過軟件編程用硬件實現(xiàn)特定的數(shù)字濾波算法。它的主要數(shù)字運算單元是一個乘累加器 (MAC)，能夠在一個機器周期內(nèi)完成一次成累加運算，配有適合于信號處理的指令，具備獨特的循環(huán)尋址和倒序?qū)ぶ纺芰?。利用計算機的存儲器、運算器和控制器把濾波所要完成的運算編程程序通過計算機來執(zhí)行，軟件可由使用者自己編寫，也可使用現(xiàn)成的。分布式算法在完成乘累加功能時是通過將各輸入數(shù)據(jù)每一對應(yīng)位產(chǎn)生的部分積預(yù)先進行相加形成相應(yīng)的部分積，然后再對各個部分積累加形成最終結(jié)果，而傳統(tǒng)算法是等到所有乘積已經(jīng)產(chǎn)生之后再來相加來完成乘累加運算的。如果濾波器的階數(shù)增加，乘法器位數(shù)也將變大，硬件規(guī)模將變得十分龐大。目前 DSP 芯片的價格越來越低，性能價格比日益提高，具有巨大的應(yīng)用潛力。 1978 年 AMI 公司生產(chǎn)出世界上第一片 DSP 芯片 S2811。 在許多應(yīng)用中都希望根據(jù)期望的指標把一個信號的頻譜加以修改 、 整形或運算。數(shù)字濾波器容易實現(xiàn)不同的幅度和相位頻率特性指標，克服了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。 近年來，ＤＳＰ技術(shù)在我國也得到了迅速的發(fā)展，不論是在科學技術(shù)研究，還是在產(chǎn)品的開發(fā)等方面，其應(yīng)用越來越廣泛，并取得了豐碩的成果。數(shù)字信號處理器，也稱ＤＳＰ芯片，是針對數(shù)字信號處理需要而設(shè)計的一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，它是現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)字信號處 理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 (3)數(shù)字濾波 器的參數(shù)調(diào)節(jié)比起模擬濾波器來更加方便、靈活。而普通的單片機例如 MCS51 難以滿足這一要求。 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)。數(shù)字濾波器和模擬濾波器相比，因為信號的形式和實現(xiàn)濾波的方法不同，數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)點。MATLAB 引 言 在許多數(shù)字信號處理系統(tǒng)中， FIR 濾波器 是最常用的組件之一，它完成信號預(yù)調(diào)、頻帶選擇和濾波等功能。MATLAB。最后，以 TMS320C55x 為主芯片設(shè)計了一個高性能的 FIR 數(shù)字濾波器系統(tǒng)，主要是時鐘 信號產(chǎn)生電路、芯片電源供電電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片與 C55X 連接電路、外掛程序存貯器 FLASH 電路、擴展 RAM 存貯器等基本外圍電路的設(shè)計。因此基于 DSP 實現(xiàn)的數(shù)字濾波器廣泛應(yīng)用于語音圖像處理、數(shù)字通信、頻譜分析、模式識別、自動控制等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展空間。用DSP 芯片實現(xiàn)的數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性好、精確度高、靈活性強及不受外界影響等特性。探討了利用 DSP 快速設(shè)計 FIR 數(shù)字濾波器的方法，主要是在 MATLAB 中調(diào)試仿真 DSP 程序來尋找系數(shù)的快速傳遞法。FIR。FIR。所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)字信號，通過一定運算關(guān)系改變輸入信號所含頻率成分的器件。在數(shù)字信號處理中數(shù)字濾波占有極其重要的地位，與模擬濾波相比，數(shù)字濾波 具有很多突出優(yōu)點，比如精確度高、穩(wěn)定、靈活、不要求阻抗匹配、容易實現(xiàn)線性相位、還可以避免模擬濾波器無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲偏移等問題 。由于 DSP 控制器具有許多獨特的結(jié)構(gòu)，例如采用多組總線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)并行處理，獨立的累 加器和乘法器以及豐富的尋址方式，采用 DSP 控制器就可以提高數(shù)字信號處理運算的能力，可以對數(shù)字信號做到實時處理。 (2)對干擾信號的抑制能力有了明顯提高，這對系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性的提高起到了促進作用。作為數(shù)字化最重要的技術(shù)之一，ＤＳＰ無論在其應(yīng)用的深度還是廣度 ， 正在以前所未有的速度向前發(fā)展。采用ＤＳＰ芯片來實現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)是當前發(fā)展的趨勢。在許多信號處理應(yīng)用中用數(shù)字濾波器替代模擬濾波器具有許多優(yōu)勢。 幾乎每一科學和工程領(lǐng)域例如聲學、物理學、信、數(shù)據(jù)通信、控制系統(tǒng)和雷達等都涉及信 號 。在20 多年時間里 DSP 芯片已經(jīng)在信號處理、通信、自動控制、儀表技術(shù)、信息家電等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在這之后，最成功的 DSP 芯片當數(shù)美國德州儀器公司（ TexasInstruments，簡稱 TI)的一系列產(chǎn)品，其 DSP市場份額占全世界份額近的 50%。 并行乘法運行速度快，但占用的硬件資源極大。 分布式算法 ((distributedarithmetic,DA)的主要特點是巧妙 的利用 ROM 查找表將固定系數(shù)的乘累加 (Multiplyaccumulator,MAC)運算轉(zhuǎn)化為查表操作，它與傳統(tǒng)算法實現(xiàn)乘累加運算的不同在于執(zhí)行部分積運算的先后順序不同。 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法有以下三種： （ 1）用計算機軟件實現(xiàn) 軟件實現(xiàn)方法就是在通用的微型計算機上用軟件來實現(xiàn)。 （ 2）采用 DSP（ DigitalSignalProcessing）處理器來實現(xiàn) DSP 處理器是專為數(shù)字信號處理而設(shè)計的，如 TI 公司的 TMS320CX 系列， AD 公司的 ADSP21X,ADSP210X 系列等。用可編程 DSP 芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波可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。也可以采用 DSP 或 FPGA 來實現(xiàn)硬件電路。它在結(jié)構(gòu)上針對數(shù)字信號處理的特點進行了改進和優(yōu)化，并增加了特殊指令專門用于數(shù)字處理，因而處理速度更快，效率更高。經(jīng)過十幾年的發(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 )的運算，目前，市場占有率最大的是 TI公司的 TMS320 系列 DSP 芯片。由于程序和數(shù)據(jù)存儲器在分開的兩個空間里，取指令和執(zhí)行能完全重疊運行，提高了指令執(zhí)行速度。流水線結(jié)構(gòu)使得取指令、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行幾個操作可以獨立進行，不同指令的不同階段在時 間上的執(zhí)行能完全重疊。 為實現(xiàn) FFT、卷積等運算，當前的 DSP 大多在指令系統(tǒng)中設(shè)置了循環(huán)尋址(Circularaddressing)、位碼倒置