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基于dspfir數(shù)字濾波器的設(shè)計-免費閱讀

2025-07-12 15:34 上一頁面

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【正文】 仿真結(jié)果表明,基于 DSP 實現(xiàn)的濾波器具有穩(wěn)定性好、精確度高、靈活性強等優(yōu)點,并能實現(xiàn)對信號的實時濾波。其中,由 FDATooI 得到的頭文件的數(shù)據(jù)類型與 dsplib 庫中函數(shù)的類型不同,C55X 的數(shù)據(jù)是 16 位,由FDATool 傳遞系數(shù)給 CCS 時,應選擇有符號的 16 位整數(shù),還有相應的修改。(1)hortfir(data*x,data*h,*r,data,*dbuffer,ushortnh,ushortnx)這是一種直接型的濾波器函數(shù),x 為輸入樣本向量,h 為系數(shù)向量,r 為輸出向量,dbuffer 為緩沖區(qū),nh 為系數(shù)個數(shù),nx 為輸入樣本數(shù)。如果在 MATLAB 中生成濾波器系數(shù)后,以某種形式建立一種連接,把系數(shù)傳到 CCS 中,供 DSP 濾波算法程序使用,當MATLAB 中設(shè)計的濾波器系數(shù)改變時,相應在 CCS 中也改變,這樣就可達到快速設(shè)計的目的。主程序系統(tǒng)初始化輸入緩沖區(qū)初始化為零根據(jù)指標生成系數(shù)開放中斷等待中斷中斷程序是否采集到256 個數(shù)據(jù)輸入信號值歸一化輸入緩沖區(qū)值下移一位,加入最新輸入信號進行乘加運算返回是否圖 程序流程圖在主程序中,在 flag=0 處設(shè)置斷點;單擊“Run”運行程序,程序?qū)⑦\行至斷點處停止;用 View/Graph/Time/Frequency 打開一個圖形觀察窗口如圖 示。m=sin((t(FLen1)/)*hpass*pi)/((t(FLen1)/)*pi)。它有 MAC指令,該指令將數(shù)據(jù)區(qū)的兩個數(shù)相乘,然后再與累加器中的值累加,運算結(jié)果仍存在累加器中為下次操作準備。圖 與 FLASH 接口電路FLASH 控制管腳的邏輯關(guān)系如下:(其中, “十”表示邏輯或), , ,DSCE?WRMTBO/?WRMSTBE/?? 外 部 存 貯 器 接 口 設(shè) 計外擴 RAM 芯片采用 IS61LV6416,該芯片是一種高速 CMOS 靜態(tài) RAM 存儲容量為64Kx16 位,數(shù)據(jù)存取時間為 10ns,能滿足高速運行需要。串行口的接收/發(fā)送過程受 AD50C 的控制。時鐘電路也需要消耗一部分電流,而且這部分電流是恒定的,與 CPU 和外設(shè)的激活度無關(guān)。 時 鐘 電 路 設(shè) 計C55X 有 X1 和 X2 兩個時鐘管腳,X1 為輸出管腳,X2 為輸入管腳也稱為 CLKIN。0 10 20 30 40 50 60 70 80 9012010080604020020Frequency (kHz)Magnitude (dB)Magnitude Response (dB)圖 2 幅頻曲線0 10 20 30 40 50 60 70 80 907006005004003002001000Frequency (kHz)Phase (degrees)Phase Response圖 3 相頻曲線由圖 2,圖 3 可得:圖 2 為本次所設(shè)計濾波器的幅頻特性曲線,圖 3 為本次所設(shè)計濾波器的相頻特性曲線。()dhn 數(shù) 字 濾 波 器 的 MATLAB 的 實 現(xiàn)MATLAB 是美國 MathWorks 公司自 20 世紀 80 年代中期推出的數(shù)學軟件,優(yōu)秀的數(shù)值計算能力和卓越的數(shù)據(jù)可視化能力使其很快在數(shù)學軟件中脫穎而出。原則是保證阻帶衰減滿足要求的情況下,盡量選擇主瓣窄的窗函數(shù)。MATLAB 信號處理工具箱提供了十四種窗函數(shù)的產(chǎn)生函數(shù),下面列出上述六種窗函數(shù)的產(chǎn)生函數(shù)及調(diào)用格式:wn=boxcar(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的矩形窗函數(shù) w(n)wn=bartlett(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的三角窗函數(shù) w(n)wn=banning(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的漢寧窗函數(shù) w(n)wn=hamming(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的哈明窗函數(shù) w(n)wn=blackman(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的布萊克曼窗函數(shù) w(n)wn=kaiser(N,beta)%列向量 wn 中返回長度為 N 的凱塞窗函數(shù) w(n) 窗函數(shù)的選擇原則第一:具有較低的旁瓣幅度,尤其是第一旁瓣幅度。但jwde)dhn通常以理想的濾波器作為 ,其幅度特性逐段恒定,在邊界頻率處有不連續(xù)點,(j因而 是無限時寬的,且是非因果序列。在設(shè)計 FIR 濾波器時,一個最重要的計算就是加窗,其中采用矩形窗是最直接也是最簡便的方法。C55X 片內(nèi)存貯器為隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM),RAM 一般映射到數(shù)據(jù)空間,但也可組成程序空間。(7)CPU 狀態(tài)和控制寄存器:C55X 有三個,狀態(tài)寄存器 STO、狀態(tài)寄存器 ST1 和處理器工作方式狀態(tài)寄存器 PMST,都是存貯器映像寄存器。(2)2 個 40bit 累加器 A,B:累加器 A 和 B 存儲來自 ALU 或乘法器/加法器單元的輸出數(shù)據(jù),也能輸出到 ALU 或者乘法器/累加器中。同時,用 DSP 匯編語言或者高級 C 語言或二者相嵌套法生成可執(zhí)行程序,用 DSP 仿真器或者軟件模擬器調(diào)試程序。本設(shè)計中用到的北京精儀達盛有限公司的 DSP 實驗箱的實驗板上有 A/D,D/A 轉(zhuǎn)換芯片,相當于模型系統(tǒng)中的中間三個部件。圖中輸入信號可以是各種形式,如麥克風輸出的語音信號或電話線出來的己調(diào)數(shù)據(jù)信號或數(shù)碼相機拍攝的圖像信號等。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。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。也可以采用 DSP 或 FPGA 來實現(xiàn)硬件電路。(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。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。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%。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。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。(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。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。FIR。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。因此基于 DSP 實現(xiàn)的數(shù)字濾波器廣泛應用于語音圖像處理、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。MATLAB。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。而普通的單片機例如 MCS51 難以滿足這一要求。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。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。1978 年 AMI 公司生產(chǎn)出世界上第一片 DSP 芯片 S2811。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。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。(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。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。(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。(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。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。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。
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