【正文】 在以后應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究。設(shè)一計(jì) IIR型的 8 階切比雪夫 I 型帶通濾波器的采樣頻率 (Fs)為 8KHz，截止頻率分別為 (Fpass)為 500Hz和 I000Hz。從理論上說，可以用高階 IIR 數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)良好的濾波效果。 CCS 仿真結(jié)果及分析 在 CCS 上調(diào)試仿真得到的結(jié)果 : 基于 MATLAB 與 CCS的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) 數(shù)字濾波器在 DSP 上的實(shí)現(xiàn) 19 從圖仿真結(jié)果 ,可以看出輸入信號經(jīng)過 截止頻率為 500Hz 的低通濾波器以后500Hz 以上的頻率分量大大減弱。一 下為歸一化程序。除了有限字長效應(yīng)以外，不同結(jié)構(gòu)引入的誤差也有所不同。 誤差問題 因?yàn)樵谟枚c(diǎn) DSP 實(shí)現(xiàn)時(shí)，所有的數(shù)據(jù)都是定長的，運(yùn)算也都是定點(diǎn)運(yùn)算，因而會產(chǎn)生有限字長效應(yīng)。因此，在程序設(shè)計(jì)前，首先要通過細(xì)致和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯页鰠⑴c運(yùn)算的所有變量的變化范圍，充分估計(jì)運(yùn)算中可能出現(xiàn)的 各種情況，然后確定采用何種定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)才能保證運(yùn)算結(jié)果正確可靠。但對于 DSP 芯片來說，處理的方法是相同的。顯然，字長越長，所能表示的數(shù)的范圍越大，精度也越高。 以往一般是由開發(fā)工具M(jìn)ATLAB 把仿真結(jié)果先保存，再調(diào)入 CCS 中，在 CCS 中的仿真中間結(jié)果與 MATLAB 的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，以此發(fā)現(xiàn) DSP 程序的不足，這需要反復(fù)操作，比較麻煩。在使用 CCS調(diào)試工具時(shí)能設(shè)置一個(gè)或多個(gè)斷點(diǎn) 。 CCS(CodeComPoserStudi的是 TI推出的用于開發(fā)其 DSP 芯片的集成開發(fā)環(huán)境，它采用 Windows 風(fēng)格界面，集編輯、編譯、鏈接軟件仿真、硬件調(diào)試及實(shí)時(shí)跟蹤等功能于一體，極大的方便了 DSP 程序的設(shè)計(jì)與開發(fā)。 幾種類型 的 低通濾波器設(shè)計(jì) : 設(shè) Wp=30Hz， Ws=35Hz， Fs=100， Rp=， Rs=40dB分別用巴特沃斯 (Butterworth)濾波器、切比雪夫 (ehebyshev)濾波器、橢圓 (Cauer)濾波器，程序設(shè)計(jì)如下 : 巴特沃斯低通濾波器 : [nl， Wnl]=buttord(wP/(Fs/2)， ws/(Fs/2)， rP， rs，’ z’ )； [numl， denl]=butter(nl， Wnl)； 圖 Butterworth 低通 濾波器 1z? 2M? 1M? 0M 21 11 01??yn xn 1p A0 基于 MATLAB 與 CCS 的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) IIR 濾波器的 MATLAB 輔助設(shè)計(jì) 12 ehebyshevl 低通濾波器 : [nZ， WnZ]=eheblord(wP/(Fs/2)， ws/(Fs/2)， rP， rs，’ z’ ): [numZ， denZ]=chebyl(nZ， rP， WnZ，’ high’ ): 圖 ehebyshevl低通濾波器 ehebyshevII 低通濾波器 : [n3， Wn3]=ehebZord(wP/(Fs/2)， ws/(Fs/2)， rP， rs，’ z’ ): [num3， den3]=ehebyZ(n3， rP， Wn3，’ high’ ): 圖 ehebyshevII 低通濾波器 : 橢圓低通濾波器 : [n4， Wn4]=elliPord(wP/(Fs/2)， ws/(Fs/2)， rP， rs，’ z’ )?？梢栽O(shè)計(jì)低通、高通、帶通和帶阻的數(shù)字和模擬 ChebyshevI 型濾波器，其通帶內(nèi)為等波紋，阻帶內(nèi)為單調(diào)。 [H， W]=freqz(numZ， denZ， N) 該函數(shù)返回?cái)?shù)字濾波器的頻率響應(yīng)。如果 rp=3dB，則固有頻率 wn 等于通帶截止頻率 wp。 (例如設(shè)定各參數(shù) wp=30*2*pi。 典 型的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 模擬濾 波器的理論和設(shè)計(jì)方法已發(fā)展得相當(dāng)成熟，且有一些典型的模擬濾波器供我們選擇，如巴特沃斯 (Butterworth)濾波器、切比雪夫 (Chebyshev)濾波器、橢圓 (Cauer)濾波器、貝塞爾 (Bessel)濾波器等，這些典型的濾波器各有特點(diǎn)。共同的缺點(diǎn)是，系數(shù) ai 、 bi 對濾波器性能的控制關(guān)系不直接，調(diào)整不方便。 ? ? ? ?M ii1H z A H z?? ? 整個(gè)結(jié)構(gòu)如圖 28所示。即? ? ? ? ? ?21H z H z H z? 其結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。因此在各個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。在 20 多年時(shí)間里， DSP 芯片已經(jīng)在信號處理，通信，雷達(dá)等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 研究意義 在數(shù)字信號 處理中，濾波占有極其重要的地位。為數(shù)字濾波的相關(guān)領(lǐng)域提供了理論及技術(shù)準(zhǔn)備，縮短了理論與實(shí)踐的距離，為今后從事數(shù)字濾波和 DSP 技術(shù)研究開發(fā)工作奠定了基 礎(chǔ)，積累了經(jīng)驗(yàn)。 關(guān)鍵詞 : DSP；集成開發(fā)環(huán)境； CCS；數(shù)字濾波器； IIR Based on MATLAB and CCS, IIR filter design Abstract At present, digital signal processing technology has been widespread concern, its theory and algorithm with the total machine technology and the development of microelectronics technology has been rapidly evolving, and is widely used in voice and image science, digital munications, spectral analysis , pattern recognition and automation fields. Digital filter is a digital channel processing, one of the most important ponent of almost appear in all of the digital signal processing systems. Of this research project the basic theory of digital filters and its realization method for the realization of digital filters has laid a theoretical basis. Relevant fields for the digital filter provides a theoretical and technical preparation, shortening the distance between theory and practice for the future in digital filtering and DSP technology research and development basis for the work and accumulated experience. Keywords: DSP。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(gè)基本的處理技術(shù)。世界上第一個(gè)單片 DSP 芯片是 1978 年 AMI 公司發(fā)布的 S2811， 1979 年美國 Intel公司發(fā)布的商用可編程器 2920 是 DSP 芯片的一個(gè)主要里程碑。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 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語言完相同的事情簡捷得多，當(dāng)前流行的 包 (Toolbox)。 IIR 濾波器的結(jié)構(gòu) IIR 濾波器的傳遞函數(shù) ??Hz在有限 z 平面上有極點(diǎn)存在。 1z???xn? ?xn 1?? ?x n 2?? ?x n N???yn? ?yn 1?? ?y n 2?? ?y n N?0a1a2aN1a?Na1b2bN1b?Nb1z?1z?1z?1z?1z?基于 MATLAB 與 CCS 的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) IIR 濾波器的 MATLAB 輔助設(shè)計(jì) 5 即信號先經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò) ??2Hz ，其輸出為中間變量 ??2yn 2 N iii11H1 b z??? ?? ? ? ? ? ? ?N2 i 2i1y n b y n i x n?? ? ?? 再將 ??2yn 通過直饋網(wǎng)絡(luò) ??1Hz，就得到系統(tǒng)的最后輸出 ??yn 改變級聯(lián)次序后，將中間的兩條完全相同的延時(shí)鏈合并。 基于 MATLAB 與 CCS 的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) IIR 濾波器的 MATLAB 輔助設(shè)計(jì) 7 圖 28 結(jié)構(gòu)圖 并聯(lián)型 將傳遞函數(shù)展開成部分分式 就可以用并聯(lián)的方式構(gòu)成濾波器。更嚴(yán)重的是當(dāng)階數(shù) N 較高時(shí)，直接型結(jié)構(gòu)的極點(diǎn)位置靈敏度太大，對字長效應(yīng)太明顯，因而容易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象并產(chǎn)生較大誤差。用 MATLAB進(jìn)行典型的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，一般步驟如下 : (1)按一定規(guī)則將給出的數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo) 。ws=40*2*pi:Fs=100。 [z， P， k]=eheb1aP(N， rP) 該函數(shù)返回一個(gè) N階 Chebyshevl 型濾波器的零點(diǎn)、極點(diǎn)和增益。當(dāng) N 是一個(gè)整數(shù)時(shí)，函數(shù)返回 N 點(diǎn)的頻率向量 H 和 N 個(gè)點(diǎn)的復(fù)頻響應(yīng)向量 W。 ChebyshevI型濾波器的下降斜度比 II 型大，但其代價(jià)目是通帶內(nèi)波紋較大。 [num4， den