【正文】 ”理論與實踐相結(jié)合才能真正學(xué)會知識、掌握技能。設(shè)計過程，好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會遇到各種各樣的問題。培養(yǎng)了我運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。一方面，讓我更加深入的體會了所學(xué)的專業(yè)知識，把曾經(jīng)的學(xué)習(xí)過的各科專業(yè)知識統(tǒng)一連貫起來形成體系；另一方面，極大地提高 了我的動手實踐能力， 通過 直觀的感受到真實的仿真過程， 體會數(shù)據(jù)的動態(tài)變化趨勢，直接提高了我的學(xué)習(xí)興趣和操作水平。 grid。white39。 subplot(2,3,5)。)。 plot(w,abs(S(1:256)39。 ylabel(39。 set(gcf,39。 frequency response39。color39。,a)。 fclose(fid)。 fid=fopen(39。39。,39。Time(seconds)39。含有 2 個正弦分量的信號 39。wt39。 通過第一步的得出，我們選擇橢圓濾波器，在根據(jù)第二步產(chǎn)生的 2 個正弦信號的疊加信號，我們可以驗證這個設(shè)計的濾波器的好壞，在 MATLAB中輸入以下程序 Fs=16000。white39。 fclose(fid)。 s=round(s*2^10) fid=fopen(39。并且觀察可以看到通帶內(nèi)的衰減符合要求，比前面設(shè)計的切比雪夫和巴特沃斯效果要好?？梢赃x用巴特沃斯法、切比雪夫I、切比雪夫 II、橢圓法設(shè)計數(shù)字濾波器。通用型 DSP 芯片適合普通的 DSP 應(yīng)用，如 TI 公司的一系列 DSP 芯片屬于通用型 DSP 芯片。例如，美國 TI 公司的TMS320C54X 就屬于 這一類。 （ 7） 可以并行執(zhí)行多個操作。 第 13 頁 3 DSP芯片概述 芯片定義 DSP 芯片，也稱說數(shù)字信號處理器，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處 理器。 y為與 x具有相同大小的向量。極點用 ’’表示，零點用 ’o’表示。 為了獲得一個濾波器真正的相頻特性圖，要對相位角進行解纏繞。 freqz 對于模擬濾波器，可以用 freqs 求解濾波器的頻率響應(yīng)。a=[2 3 1]。因此 s 平面到 z平面的映射是非線性的，其單值雙線性映射關(guān)系為： sTsTzzzTs2121,11211?????? ?? 式中， T 為采樣周期。 %模擬濾波器分子和分母多項式系數(shù)及采樣間隔 [bz1,az1]=impinvar(b,a,1/T) 程序輸出為： bz1 = az1 = 在應(yīng)用沖激響應(yīng)不變法設(shè)計數(shù)字濾波器時要注意它的特點 。一般設(shè)計中可以不考慮。 求模擬濾波器單位沖激響應(yīng) ??tha的采樣值，即數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)序列 h(n)。 （ 5）用軟件和 /或者硬件來實現(xiàn)濾波器。 實際上有些濾波器很難歸于哪一類，例如開關(guān)電容濾波器即可以屬于取樣模擬濾波器，又可以屬于混合濾波器，還可以屬于有源濾波器。在基本形式上，每一種濾波器都可以用它的沖擊響應(yīng)序列h(k)(k=0,1,……) 來表示。 第 5 頁 2 數(shù)字濾波器基本理論 數(shù)字濾波器 概念： 數(shù)字濾波器是具有一定傳輸選擇特性的 數(shù)字信號處理裝置 ,其輸入、輸出均為數(shù)字信號 ,實質(zhì)上是一個由有限精度算法實現(xiàn)的線性時不變離散系統(tǒng)。早期的數(shù)字濾波器盡管在語音、聲納、地震和醫(yī)學(xué)的信號處理中曾經(jīng)發(fā)揮過作用，但由于當(dāng)時計算機主機的價格 第 4 頁 很昂貴，嚴重阻礙了專用數(shù)字濾波器的發(fā)展，使數(shù)字濾波器的設(shè)計僅僅是對相應(yīng)模擬濾波器的逼近。數(shù)字信號處理主要是研究用數(shù)字或符號的序列來表示 信號波形，并用數(shù)字的方式去處理這些序列， 以 便估計信號的特征參量，或削弱信號中的多余分量或增強信號中的有用分量。此外，數(shù)字濾波器的運行速度，依賴于所用到的數(shù)字處理器的速度，以及濾波算法必須 第 3 頁 執(zhí)行的算術(shù)操作的數(shù)目。 (7) 在實踐中，模擬濾波器能達到的精度是受限制的。 (1) 數(shù)字濾波器可以具有模擬濾波器不可能具有的某些特征，例如真正的線性相位響應(yīng)。 我國廣泛使用濾波器是 50 年代后期的事，當(dāng)時主要用于話路濾波和報路濾波。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。 文中闡述了 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計思想，介紹了用 MATLAB 實現(xiàn)的過程，對數(shù)字濾波器的推廣應(yīng)用有一定的促進作用。 數(shù)字濾波是語音和圖象處理、模式識別、譜分析等應(yīng)用中的一個基本處理算法，在數(shù)字信號處理中，占有極其重要的地位。在數(shù)字信號處理中起著重要的作用并已獲得廣泛應(yīng)用的是數(shù)字濾波器（ DF， Digital Filter）。 80 年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴大應(yīng)用范圍。其中的信號處理 第 2 頁 工具箱、圖像處理工具箱、小波工具箱等更是為數(shù)字濾波研究的蓬勃發(fā)展提供了可能。 (4) 幾個輸入信號或通道可以用一個數(shù)字濾波器來濾波，而不需要重復(fù)硬件。 和模擬 濾波器相比，數(shù)字濾波器主要有以下缺點： (1) 速度限制：數(shù)字濾波器能實時處理的最大信號帶寬，比模擬濾波器低得多。不過，一旦硬件和 /或軟件開發(fā)出來，不需要或者稍加變動就可以將其用在別的濾波任務(wù)或者 DSP 任務(wù)中。 數(shù)字濾波器領(lǐng)域的一個重要發(fā)展是對有限沖激響應(yīng) (FIR)和無限沖激響應(yīng)(IIR)關(guān)系的認識的轉(zhuǎn)化。數(shù)字信號處理理論與技術(shù)的發(fā)展，主要是由于電子計算機與大規(guī)模集成電路的大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用，替代了原來的模擬信號處理中的線性濾波與頻譜分析所應(yīng)用的模擬計算機和分立元件 RLC線性網(wǎng)絡(luò)，高度發(fā)揮了計算技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的特色和優(yōu)越性。 數(shù)字濾波器根據(jù)其沖激響應(yīng)函數(shù)的時域特性，可分為兩種，即無限長沖激響應(yīng) (IIR)數(shù)字濾波器和有限長沖激響應(yīng) (FIR)數(shù)字濾波器。 (1) 按處理信號類型分類 根據(jù)被處理信號的類型，可分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩大類。 （ 2）合適的濾波器系數(shù)的計算。 如果已經(jīng)獲得了滿足性能指標的模擬濾波器的傳遞函數(shù) ??sHa，求與之對應(yīng)的數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù) H(z)的方法是： 求模擬濾波器的單位脈沖響應(yīng) ??tha。 將模擬極點 pk 變換為數(shù)字極點 Tpke 即得到數(shù)字系統(tǒng)的傳遞函數(shù) ?? ???Nk Tpk zeRzHk1 11)( 其中 T 為采樣間隔。 %Samp6_1 b=[3 2]。對于高通、帶阻等濾波器，由于它們高頻成分不衰減，勢必產(chǎn)生嚴重的混迭失真 。 num,den分別為模擬濾波器傳遞函數(shù)分子和分母多項式系數(shù)向量，模擬濾波器傳 遞函數(shù)具有下面的形式： )1()()1( )1()()1()( )()( ???? ?????? ndde nsndde nsde n nnnumsnnnumsnumsde n snumsH ndnn?? numd 和 dend 分別為數(shù)字濾波器傳遞函數(shù)分子和分母多項式系數(shù)向量。但一般濾波器的幅頻響應(yīng)具有分段常數(shù)的特點，即濾波器允許某一頻段信號通過，而不允許另外頻段的信號通過的特點，故變換后這一特點仍保留，影響不大。 h 為復(fù)頻率響應(yīng)； w 為 n 點頻率向量（單位 rad）； f 為 n 點頻率向量 (Hz)。 (3)零極點圖 濾 波器的零極點位置決定了濾波器穩(wěn)定性和性能，因此考察濾波器的零極點的位置是分析濾波器特性的重要方面之一。 （ 5） filter 函數(shù)用來實現(xiàn)數(shù)字濾波器對數(shù)據(jù)的濾波，函數(shù)的調(diào)用格式為： y=filter(b,a,x) 其中， b,a 分別為濾波器傳遞函數(shù) H(z)的分子和分母多項式系數(shù)。該函數(shù)對序列 x進行正常的正向濾波后，將濾波后的輸出翻轉(zhuǎn)重新用該濾波器進行濾波，第二次濾波后的輸出序列的翻轉(zhuǎn)即得到零相位的濾波輸出。 （ 4） 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。如果在某時鐘頻率范圍內(nèi)的任何時鐘頻率上， DSP 芯片都能正常工作，除計算速度有變化外，沒有性能的下降，這類 DSP 芯片一般稱為靜態(tài) DSP 芯片。T公司的 DSP32/32C， Motolora 公司 的 MC96002 等。 ③ 數(shù)字信號處理器對 x(n)進行處理，得數(shù)字信號 y(n)。 第 18 頁 圖 在輸入疊加信號到巴特沃斯濾波器中，可以得到疊加信號經(jīng)過巴特沃斯濾波器的幅頻特性，如圖 所示，觀察圖形可以發(fā)現(xiàn)濾波器的特性不好，頻率范圍不是合預(yù)想的一樣，有偏差。 s1=sin(2*pi*t*2500)。 fprintf(fid,39。 set(gcf,39。 ylabel(39。 s=round(s*2^10) 第 23 頁 fid=fopen(39。 fclose(fid)。white39。 [b,a]=ellip(7,40,[1000,5000]*2/Fs)。,b)。%g\n39。 fprintf(fid,39。)。IIR 帶通濾波器幅頻響應(yīng) 39。Frequency(Hz)39。plot(t,sf) title(39。 xlabel(39。 %畫出信號濾波前后幅頻圖 SF=fft(sf,512)。color39。 frequency response39。 set(gcf,39。 ylabel(39。 圖 CCS 濾波后的圖形 第 27 頁 圖 CCS 濾波前的波形 在編程時候，我們要時刻注意著各個 BUFF 的數(shù)值變化，從 BUFF 的變化的過程中可以知道我們寫入的數(shù)據(jù)是否存入內(nèi)存中了，通過 CCS 中的MEMORY 可以看見當(dāng)前各個 BUFF 里 面的數(shù)值，從而驗證 a， b 的系數(shù)是怎么放置的，在運行時候會出現(xiàn)波形不好，有時候甚至失真，這個時候我們還要檢查代碼是否出錯，這就用到 CCS 中的 DEBUG 功能，調(diào)出來 CPU窗口，一步一步的執(zhí)行，觀察各個寄存器的數(shù)字變化，找出失真的原因，進而去改正。 第 28 頁 5 結(jié)論 在這一次的基于 DSP 實現(xiàn) IIR 數(shù)字濾波器過程中，我真是受益匪淺，通過對所學(xué)知識的回顧，充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和書面表達能力，最終完成了此次實訓(xùn)的課題。在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進是程序設(shè)計的必經(jīng)之路。 第 29 頁 致 謝 通過這次學(xué)習(xí)，讓我獲得了雙豐收，一是加深我和老師同學(xué)的友誼，即是做人方面的；二是使我獲得了更多的知識，即學(xué)習(xí)方面的。 最后感謝 老師和同學(xué)們的支持與幫助，感謝他們的意見和建議，使這次的設(shè)計與制作少走了彎路，我感謝他們。另外，要非常感謝我的指導(dǎo)老師，是她指引我克服一個由一個的困難，讓我學(xué)會對困難無所畏懼，以及對問題的一些很重要的 思考方法。另外，要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：首先，在設(shè)計程序之前，對 DSP、 IIR 數(shù)字濾波器及 MATLAB 有一個系統(tǒng)的了解，知道它們是什么，有哪些性質(zhì)，哪些功能，工作原理等等，都要做充分的了解。 以上就是我編程后的一些心得體會。在前面的 MATLAB 仿真中我們知道我們設(shè)計的是 15階的橢圓濾波器，并且在執(zhí)行中生成了相應(yīng)的 a,b 的系數(shù)。Frequency(Hz)39。濾波后的幅頻圖 39。)。)。 axis([ 2 2])。white39。 第 24 頁 sf=filter(b,a,s)。)。 subplot(2,3,2)。,39。wt39。)。 fprintf(fid,39。Time waveform39。color39。%g\n39。s2=sin(2*pi*t*7000)。Time(seconds)39。含有 2 個正弦分量的信號 39。wt39。 Fs=16000。切比雪夫濾波器的阻帶衰減特性則有所改善。 DSP 系統(tǒng)的工作過程： ① 將輸入信號 x(t)經(jīng)過抗混疊濾波，濾掉高于折疊頻率的分量，以防止信號頻譜的混疊。T 公司的DSP16/16A， Motolora 公司的 MC56000 等。 芯片的優(yōu)缺點 優(yōu)點： 大規(guī)模集成性 穩(wěn)定性好，精度高 可編程性 高速性能 可嵌入性 接口和集成方便 缺點： 第 14 頁 成本較高 高頻時鐘的高頻干擾 功率消耗較大等 DSP 芯片的分類 DSP 芯片可以按照下列三種方式進行分類。 （ 2） 程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)。 x為濾波器的輸入，為值向量。群延遲定義為信號通過濾波器的延遲隨頻率變化的函數(shù)，即濾波器相頻特性圖上切線的負斜率： ? ? ? ???