【正文】 z1? z1? x(n) h(0) h(1) h(2) h(N1) + y(n) 基于 DSP 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 6 將轉(zhuǎn)置理論應(yīng)用于上圖 可以得到圖 21 所示的轉(zhuǎn)置直接型結(jié)構(gòu)，可得到圖 22 所示轉(zhuǎn)置型結(jié)構(gòu) [4]。這是因?yàn)檫@時(shí)有奇數(shù)個(gè)根，其中復(fù)數(shù)根成共軛對(duì)，必為偶數(shù)，必然有奇數(shù)個(gè)實(shí)根。 本小節(jié)主要介紹幾種常用的窗函數(shù)和頻率抽樣設(shè)計(jì)法。任何數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng))(ejwA 都是 ? 的周期函數(shù)，它的傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為： ehe jNn dj nH ?? ????? )()( 10 其中 ： )2 1()]2 1(s i n [)(21)( 20 ?????? ? LnLndn jjdd eeHh??????? 其中的 ?c 為濾波器的歸一化的截止頻率。 即有： （ ） （ ） 基于 DSP 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 8 )()()( nnnh h d ?? )(n? 是有限長(zhǎng)序列，當(dāng) nN1 及 n0 時(shí)， )(n? =0。 ②旁瓣幅度下降速度要大，以利增加阻帶衰減 。因此，實(shí)際選用的窗函數(shù)往往是它們的折衷。反之，則逼近誤差較大。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)，工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來(lái)解算問(wèn)題要比用 C， FORTRAN 等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包，信號(hào)處理工具包，通信工具包等都屬于此類。因此在各個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 程序： Clear all。 %采樣頻率 Dt=(1： N)/fs。 plot(z) lp=500。 %濾波器的傳遞函數(shù)表示 bl=bl/(8*)。 %將原始信號(hào)做 FFT 變換 Pyy=y.*conj(y)。 end。 Pyy=y.*conj(y)。 end figure(2)。該 DSP 具有較快的運(yùn)算速度：運(yùn)算速度最快可達(dá) 532MPIS；采用了低功耗設(shè)計(jì)方式 :內(nèi)核電壓為 ， I/O 電壓為 。 TMS320VC5402內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu) TMS320VC5402 ADC SRAM FLASH 電源 JTAG 時(shí)鐘 McBSP1 McBSP2 圖 41 數(shù)字濾波器系統(tǒng)方案框圖 13 TMS320VC5402 是定點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)處理器。② 17X17 位并行乘法器，與 40 位專用加法器相連，用于非流水線式單周期乘法 /累加 (做 C)運(yùn)算 。器片內(nèi)存儲(chǔ)器的種類 只 要 有 以 下 幾 種 : 雙訪問(wèn)RAM(DARAM)，單訪問(wèn) RAM(SRAM)和 ROM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間還有一塊特殊的區(qū)域， 00H~08H。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 為了確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作，復(fù)位電路是系統(tǒng)中必不可少的電路。 對(duì)于實(shí)際的 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)，特別是產(chǎn)品化的 DSP 系統(tǒng)，其可靠性是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。自動(dòng)復(fù)位電路 除了具有上電復(fù)位功能外，還具有監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行并在系統(tǒng)發(fā)生故障或死機(jī)時(shí)再次復(fù)位的功能。 基于 DSP 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 14 圖 42 數(shù)字濾波器系統(tǒng)復(fù)位電路原理圖 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 給 DSP芯片提供時(shí)鐘一般有兩種方法。 15 圖 43 DSP 時(shí)鐘電路原理圖 電源設(shè)計(jì) 為了降低芯片的功耗， DSP5402 芯片采用低電壓供電方式，并且采用內(nèi)核電壓和I/0 電壓分開(kāi)的方式。時(shí)鐘電路也需要消耗一小部分的電流，而且這部分電流是恒定的，與 CPU和外設(shè)的激活度無(wú)關(guān)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了兩片 AMS1117 來(lái)提供 DSP 芯片的 I/O 電源和內(nèi)核電源。 由于有兩個(gè)電源 ，需要考慮的一個(gè)問(wèn)題是加電次序。 JTAG接口設(shè)計(jì) JTAG(Joint Test Action Group)是 1985 年制定的檢測(cè) PCB 和 IC 芯片的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，1990 年被修改后成為 IEEE 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即 一 1990。TDO 為測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過(guò) TDO 引腳從 JTAG 接口輸出 。而仿真器通過(guò)仿真接口實(shí)現(xiàn)與 DSP 之間的數(shù)據(jù)交互。因此，一般的A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程是通過(guò)取樣 、保持、量化和編碼這四個(gè)步驟完成的?？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 iv 值。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用△表示。 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。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。由于 DSP 的 10 電壓為 ，因此選擇 TLV1570 器件可以省略電平轉(zhuǎn)換器件。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。 McBSP 是在標(biāo)準(zhǔn)串行接口的基礎(chǔ)上對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展的，除了具有標(biāo)準(zhǔn)串口的功能特點(diǎn)外，其靈活性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 :①雙緩沖區(qū)發(fā)送，三緩沖區(qū)接收，允許連續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸 。 DPS5402 的 McBSP 串口工作于時(shí)鐘停止模式時(shí)與 SPI 協(xié)議兼容。 硬件平臺(tái)的調(diào)試與結(jié)果 DSP 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試中不但需要數(shù)字信號(hào)處理方面的理論知識(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)。通過(guò)實(shí)際測(cè)量該系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)短路想象。③檢測(cè)系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)是否工作正常，系統(tǒng)在復(fù)位后部分器件會(huì)檢測(cè)自身的工作狀態(tài)，如果復(fù)位信號(hào)工作不正常很大程度上會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。⑤測(cè)量所準(zhǔn)備的測(cè)試信號(hào)源的工作電壓和工作頻率是否在系統(tǒng)的允許范圍內(nèi)。通過(guò)學(xué)習(xí) FIR 濾波器的結(jié)構(gòu)、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)理論，掌握了 FIR 數(shù)字濾波器的原理和特性。 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，用通用的可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)本次基于 DSP 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。④研究了如何在定點(diǎn) DSP 中實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的算法，主要是有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的算法。本文設(shè)計(jì)的基于 DSP 的數(shù)字濾波器必定會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)有更好的應(yīng)用。在婁老師的指導(dǎo)下，使我最終順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 作者： 年 月 日 21 參考文獻(xiàn) [1]程佩青 .數(shù)字信號(hào)處理教程 [M].北京：清華大學(xué)出版社， 2021. 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Digital Signal Processing 一一， A ComputerBased Approach Second Edition 基于 DSP 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 22 附錄 A：英語(yǔ)引文及翻譯 Digital Filters Walt Kester. Abstract:FIR filter FIR (Finite Impulse moisturiser Response) filter: Finite length unit Impulse Response filter， is the most basic element in a digital signal processing system， it can ensure that any amplitude frequency characteristics of strict linear phase frequency characteristics at the same time， at the same time the unit sample Response is limited long， thus filter is stable system. Therefore， FIR filter in munication， image processing， pattern recognition and other fields have a wide range of applications. Keywords: FIR Filter Digital filter is one of the most important part of digital signal processing， almost appeared in all digital signal processing filter is to point to plete the function of the signal filtering processing， with limited accuracy algorithm of discrete time linear timeinvariant system， its input is a set of (by the analog signal sampling and quantization) digital quantity， its output is a transformation of another set of with analog filters， digital filter without drift， able to handle low frequency signal， the frequency response can be made very close to the ideal characteristics， and can reach high precision， easy integration and so on， these advantages determine the application of digital filter is more and more widely. working principle: Before entering the FIR filter， the first to transform signal by A/D device module， the analog signals into digital signals