【正文】 了器件的運算速度。任何處理器執(zhí)行一條指令，總是要經(jīng)過取指令、譯碼、讀操作數(shù)和執(zhí)行指令四個階段，需要若干個機器周期才能完成。所有這些優(yōu)點使得DSP非常適合來做數(shù)字濾波器的硬件電路。C55X根據(jù)功能的不同將CPU分為4個單元，指令緩沖單元（I）、程序流程單元（P）、地址流程單元（A）、和數(shù)據(jù)計算單元（D）。 程序流程單元（P）程序流程單元有程序地址產(chǎn)生電路和寄存器組湊成。 在P單元中使用的寄存器分為5種類型： ：包括程序計數(shù)器、返回地址寄存器和控制流程關(guān)系寄存器。 ：包括狀態(tài)寄存器0，1，2和3。 A單元包括一個16位的算術(shù)邏輯單元，它既可以接收來自I單元的立即數(shù)也可以與存儲器、I/O空間、A單元寄存器、D單元寄存器和P單元寄存器進行雙向通信。D單元包含了CPU的主要運算部件。：DSP應用系統(tǒng)中的可編程DSP芯片，能靈活方便地進行修改和升級。:DSP應用系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。此外，DSP技術(shù)更新速度快，對于數(shù)學知識要求高，開發(fā)和測試工具還有待進一步完善。硬件設(shè)計是指根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的DSP芯片然后設(shè)計相應的外圍電路。第二章 FIR數(shù)字濾波器的簡介及基本原理 數(shù)字濾波器的簡介隨著信息時代和數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號處理已成為一門極其重要的學科和技術(shù)領(lǐng)域。在數(shù)字信號處理的應用中，數(shù)字濾波器很重要而且得到了廣泛的應用。自適應濾波即利用前一時刻已獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動地調(diào)節(jié)（更新）現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)，以適應信號和噪聲未知的統(tǒng)計特性，或者隨時間變化的統(tǒng)計特性，從而實現(xiàn)最優(yōu)濾波。不同的運算處理方法決定了濾波器實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的不同。為了不失一般性，用下式來表示FIR的濾波器差分方程： (3)將(2)式進行Z變換，整理后可得FIR濾波器的傳遞函數(shù)： (4)FIR濾波器實質(zhì)上就是一個分節(jié)的延遲線，把每一節(jié)的輸出用濾波器系數(shù)進行加權(quán)累加，便得到濾波器的輸出結(jié)果，它總是穩(wěn)定并且可實現(xiàn)的。橫截型FIR濾波器的結(jié)構(gòu)如下圖所示：(FIR濾波器的結(jié)構(gòu)圖) FIR數(shù)字濾波器的特性 FIR數(shù)字濾波器的相位特性IIR數(shù)字濾波器能夠保留一些模擬濾波器的優(yōu)良特性，比如具有良好的幅頻特性，但是其相位是非線性的。由式（1）可以得到FIR數(shù)字濾波器的頻率響應： （2）其中，是幅頻特性，是相頻特性。 FIR數(shù)字濾波器的沖激響應是實數(shù)，當h(n)是偶對稱的，即 （5）其對稱中心為： （6）根據(jù)式（2），得到 （7）其中，幅頻特性為： （8）相頻特性為： （9）滿足式（3）的條件。1）I型濾波器，系數(shù)h(n)為偶對稱，N為奇數(shù)當系數(shù)h(n)為偶對稱，N為奇數(shù)時，根據(jù)式（8），該類型濾波器的幅度特性函數(shù)為： （14） 其中， （15）濾波器的幅度響應對呈偶對稱。但是，由于在時等于零，不能用這種方式實現(xiàn)低通濾波器、高通濾波器和帶阻濾波器，只能用做帶通濾波器。由于線性相位FIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應具有對稱性，即，可得 （22）由上式可以看出，如果是該濾波器的一個零點，則也是它的零點。2）II型線性相位FIR數(shù)字濾波器在z=1處有偶數(shù)個零點或者沒有零點，在z=1處有奇數(shù)個零點。h1=[4,1,1,2,5,6,5,2,1,1,4]。clear all。h2=[4,1,1,2,5,6,6,5,2,1,1,4]。zplane(h1,1)。zplane(h2,1)。zplane(h3,1)。zplane(h4,1)。窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器的基本思想是：根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標選擇濾波器長度N和窗函數(shù)，使其具有最窄寬度的主瓣和最小的旁瓣，其核心是從給定的頻率特性，通過加窗確定有限長單位脈沖響應序列h(n)。由于它具有豐富的硬件資源、改進的哈佛結(jié)構(gòu)、高速數(shù)據(jù)處理能力和強大的指令系統(tǒng)，因此在通信、航空、航天、雷達、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)及家用電器等各個領(lǐng)域得到廣泛應用。窗長為奇數(shù)時： （25）窗長為偶數(shù)時： （26）它的頻域表達式為： （27）三角窗的主瓣寬度為,第一旁瓣比主瓣低26dB，阻帶最小衰減為25dB。漢寧窗的主瓣寬度為,第一旁瓣比主瓣低31dB，阻帶最小衰減為44dB。在MATLAB中，哈明窗函數(shù)為hamming,調(diào)用格式為： w=hamming(N)其中，N是窗函數(shù)的長度；返回值w是一個長度為N的哈明窗序列。上述各種窗函數(shù)的性能比較如表所示:clc。w3=hanning(N)。wvtool(w2)。結(jié)果如下圖所示：矩形窗三角窗漢寧窗哈明窗布萊克曼窗 MATLAB信號處理工具箱提供了基于窗函數(shù)法的FIR濾波器的設(shè)計函數(shù)fir1和fir2,它們能使濾波器的設(shè)計更加簡單。2）fir2功能：基于窗函數(shù)的FIR濾波器設(shè)計——任意頻率響應形狀。與其他設(shè)計法相比，其優(yōu)點是，設(shè)計指標相同時，使濾波器階數(shù)最低，或者階數(shù)相同時，使通帶最平坦，阻帶最小，衰減最大；通帶和阻帶均為等波紋形式，最適合設(shè)計片段常數(shù)特性的濾波器。w(k)為對m中第k個常數(shù)片段的逼近精度加權(quán)值，w值越大逼近精度越高。設(shè)計的濾波器可以滿足由參數(shù)f,m,dev和Fs指定的指標。remez函數(shù)可直接調(diào)用remezord返回的參數(shù)，使用格式如下：b=remez(n,fo,mo,w)。為保證所設(shè)計的FIR數(shù)字濾波器具有第一類線性相位，一般選取N為奇數(shù)。2）例題： 分別用矩形窗、漢寧窗、哈明窗和布萊克曼窗設(shè)計FIR數(shù)字低通濾波器，要求：通帶截止頻率，窗長N=21。wd=*pi。n=nn+eps。 w2=hanning(N)39。 w4=blackman(N)39。H3=20*log10(abs(fft(h3,1024)))。HH3=[H3(513:1024) H3(1:512)]。:39。39。矩形窗39。哈明窗39。xlabel(39。color39。 4種窗函數(shù)設(shè)計的低通濾波器分貝幅度特性從圖中可以看出，用矩形窗設(shè)計時得到的過渡帶最窄，但阻帶衰減最小；布萊克曼窗設(shè)計時得到的過渡帶最寬，但換來的是阻帶衰減最大。程序代碼如下： f=[0 1]。plot(f,m,w/pi,abs(h))。,’設(shè)計濾波器39。繪出設(shè)計的FIR數(shù)字濾波幅頻特性曲線。fs=5/16。 f=[fc,fs]。%調(diào)用remez函數(shù)進行設(shè)計hw=fft(hn,512)。grid。)。title(39。 line([5/16,5/16],[90,5])。）程序代碼如下：%用remez函數(shù)設(shè)計數(shù)字低通濾波器Fs=1000。s2=sin(2*pi*t*150)。plot(t,s)。time/s39。)。[N,fpts,mag,wt]=remezord(fedge,mval,dev,Fs)。figure(2)。\omega/pi39。)。axis([0,3,3])。)。%顯示頻譜結(jié)果figure(4)。plot(f,P(1:num/2))。Frequency/Hz39。)。 FDATool界面總共分兩大部分，一部分是design filter，在界面的下半部，用來設(shè)置濾波器的設(shè)計參數(shù)，另一部分則是特性區(qū)，在界面的上半部分，用來顯示濾波器的各種特性。在specify order中填入所要設(shè)計的濾波器的階數(shù)（n階濾波器，specify order＝n1），假如選擇minimum order則matlab根據(jù)所選擇的濾波器類型自動使用最小階數(shù)。 magnitude specifications選項，可以定義幅值衰減的情況。設(shè)置好參數(shù)后點擊下方的（design Filter）濾波器設(shè)計即可得到所設(shè)計的濾波器。它最初是由GO DSP公司為TI的C6000系列DSP開發(fā)的。而CCS的出現(xiàn)是DSP開發(fā)軟件的一次革命性的變化。，可以載入執(zhí)行文件(.out)，查看寄存器窗口、存儲器窗口和變量窗口、反匯編窗口等，支持在C源代碼級進行調(diào)試。，用于評估代碼執(zhí)行的時間。圖中是一個典型的軟件開發(fā)流程圖，圖中中間部分表示采用C語言進行開發(fā)的途徑，其他部分是為了優(yōu)化開發(fā)過程而設(shè)置的附加功能。運行“Setup CCStudio ”圖標，運行CCS設(shè)置程序?qū)⒊霈F(xiàn)“Code Composer Studio Setup”系統(tǒng)配置對話框如圖所示：用戶從“Available Configurations”列表中選取應用平臺類型，例如需要使用C54xx系列 軟件仿真器，則選擇“C54xx Device Simulator”，然后單擊“Import”按鈕。頭文件名不變,當MATLAB中設(shè)計的濾波器系數(shù)改變時,相應頭文件中系數(shù)也改變,方便了程序調(diào)試、仿真。已濾波的信號的時域和頻域波形，如圖所示。 利用 CCS 集成開發(fā)環(huán)境，用戶可以在一個開發(fā)環(huán)境下完成工程定義、程序編輯、編譯鏈接、調(diào)試和數(shù)據(jù)分析等工作環(huán)節(jié)。l 對工程項目進行編譯。 下面分別進行介紹建立工程文件，單擊Project→New命令，系統(tǒng)將彈出如圖所示的對話框，在該對話框中輸入項目文件名，如fir單擊“完成”：2） 創(chuàng)立新文件選擇File→New可打開一個新的編輯窗口。 4） 編譯鏈接裝載對程序進行編譯：執(zhí)行Project→。如果有錯誤信息，則會在“編譯鏈接”信息框中顯示。 第五章 參 考 文 獻[1] 張衛(wèi)寧等. DSP原理與應用教程. 北京：科學出版社，2008[2] 王 彬等. MATLAB數(shù)字信號處理. 北京：機械工業(yè)出版社，2010[3] 張雄偉，陳 亮，曹鐵勇，楊吉斌等. DSP芯片的原理與開發(fā)應用（第4版）. 北京：電子工業(yè)出版社，2009[4] 郭仕劍，王寶順，賀志國等. . 北京：人民郵電出版社，2006[5] 張家田，嚴正國，劉 峰. DSP綜合應用技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，2007[6] 飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心. MATLAB7輔助信號處理技術(shù)與應用. 北京：電子工業(yè)出版社，2005[7] 喬瑞萍，崔 濤，張芳娟. TMS320C54xDSP原理及應用. 西安：西安電子科技大學出版社，2005[8] 姜沫岐，許 涵，俞 鵬. DSP原理與應用從入門到提高. 北京：機械工業(yè)出版社，2006[9] 王金龍，任國春，沈 良等. DSP設(shè)計與實驗教程. 北京：機械工業(yè)出版社，2007