【正文】 最后，研究工作要有信心，要虛心，要不畏困難、不斷進取，這樣才可以保證課題研究工作的圓滿完成。 22 結(jié)論 本課題的主要工作是應用 MATLAB 軟件設(shè)計 FIR 數(shù)字濾波器，并對所設(shè)計 的濾波器進行仿真 ： 應用 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 —— CCS 調(diào)試匯編程序，用TMS320C5416 來實現(xiàn)了 FIR 數(shù)字濾波 。匯編、連接的當前工程如圖 44 所示。實時數(shù)據(jù)交換技術(shù)為 CCS 提供了一個實時、連續(xù)的可視環(huán)境，開發(fā)人員可以看到 18 DSP 應用程序工作的真實過程。 DSP 系統(tǒng)的開發(fā)工具 CCS，即 Code Composer Studio，是 TI 公司在 1999 年推出的一個開放、具有強大集成開發(fā)環(huán)境。 當然，數(shù)字信號處理也存在一些缺點。轉(zhuǎn)換的存儲體的大小由存儲體轉(zhuǎn)換控制寄存器 (BSCR)來確定。這可以使得從外部較低的時鐘頻率而產(chǎn)生較高的 CPU 內(nèi)部工作頻率。 片內(nèi)外設(shè) TMS320C54x 的片內(nèi)外設(shè)具有 ： 1． 通用 I/O 引腳 XF 和 BIO BIO 是一個輸入引腳，可以將外圍器件的某些引腳接到 BIO， DSP 可以對它進行實時監(jiān)視 ： XF 是軟件可控制的輸出引腳， DSP 可以用它作為外圍器件的控制信號 [24]。這些空間被分 為 3 個特定的存儲段 ： 64K*16bit 的程序存儲空間， 64K*16bit 的 數(shù)據(jù)存儲空間， 64K*16bit 的I/O 空間。定標移位器可以對輸入的數(shù)據(jù) 15 進行 0 到 31 位的左移和 0 到 16 位的右移，具體移位數(shù)由指令中的移位字段、狀態(tài)寄存器 ST1 中 的移位數(shù)字段 ASM 或暫存寄存器 T 來提供。分別為狀態(tài)寄存器 0 (ST0)、狀態(tài)寄存器 1(ST1)和處理器模式狀態(tài)寄存器 (PMST)[31]。 14 總線結(jié)構(gòu) TMS320C54x 具有 8 條 16 位的總線，其中包括 4 條程序 /數(shù)據(jù)總線和 4 條地址總線，各條總線的作用如下 ： 1． 程序總線 PB 傳輸來自程序存儲器的指令代碼和立即數(shù)。一種是馮 從上下兩圖中可以看出，經(jīng)過濾波后輸入信號的兩個高頻成分 f f3 被濾除，說明所設(shè)計的濾波器滿足要求。 %輸入信號的頻譜分析 hn=[, , ,... 12 , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ] y=filter(hn,1,x)。 f3=。 設(shè)計方法 (Design Method)： 選為窗函數(shù)法 (Window)，采用凱塞 (kaiser)窗函數(shù)設(shè)計濾波器。本文利用MATLAB 中的 fdatool 工具設(shè)計一個 fir 數(shù)字低通濾波器。目前用資源豐富的 FPGA 等硬件設(shè)計長階 數(shù) FIR濾波器時，幾乎 都采用轉(zhuǎn)置型結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)格式都是定點型的。 2．級聯(lián)型 (串聯(lián)型 ) 當需要控制濾波器的傳輸零點時，可將傳遞函數(shù)分解為二階實系數(shù)因子的形式： 2 120 1 21( ) ( )Nk k kkH z Z Z? ? ????? ? ?? （ 2－ 25） 式中， ()Hz為 ()hn 的 z 變換； 0k? ， 1k? ， 2k? 為實數(shù)。否則，需計算出新的極值頻率。最大誤差最小準則即是在所要求頻域上找出使 （ 2－ 18） 式的最大加權(quán)逼近誤差達最小的頻響 ()jeAe? 。若被逼近的頻率響應比較平滑，則各采樣點之間的逼近誤差 較小 ； 反之，則逼近誤差較大。把升余弦窗加以改進，可以得到旁瓣更小的效果，窗形式為 2( ) [ 0 . 5 4 0 . 4 6 c o s ( ) ] ( )1 Nnw n R nN ??? ? （ 2－ 7） ()wn 的頻率響應的幅度特性為 22( ) 0 .5 4 ( ) 0 .2 3 [ ( ) ( ) ]11220 .5 4 ( ) 0 .2 3 [ ( ) ( ) ]R R RR R RW W W WNNW W WNN??? ? ? ???? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? （ 2－ 8） 與漢寧窗相比，主瓣寬度相同，為 8/N? ，但旁瓣又被進一步壓低，結(jié)果可將 %的能量集中在窗譜的主瓣內(nèi)，它的最大旁瓣值比主瓣值約低41dB。對于給定的濾波器技術(shù)指標，選擇濾波器長度和具有最窄主瓣寬度和盡可能小的旁瓣衰減的某個窗函數(shù)。 在數(shù)字濾波器中， FIR 濾波器的最主要的特點是沒有反饋回路，故不存在不穩(wěn)定的問題 ； 同時，可以在幅度特性是隨意設(shè)置的同時，保證精確的線性相位。 4． 用 FPGA 等可編程器件來開發(fā)數(shù)字濾波算法。 相對于前兩種方法， DA 算法既可以全并行 實現(xiàn)，又可以全串行實現(xiàn)，還可以串并行結(jié)合實現(xiàn)，可以在硬件規(guī)模和濾波器速度之間作適當?shù)恼壑?，是?shù)字濾波器的主要研究課題。 國 內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的相關(guān)進展 在國內(nèi)外的研究中，設(shè)計 FIR 濾波器所涉及的乘法運算方式有 ： 并行乘法、位串行乘法和采用分布式算法的乘法。FIR 濾波器具有不含反饋環(huán)路、結(jié)構(gòu)簡單以及可以實現(xiàn)的嚴格線性相位等優(yōu)點，因而在對相位要求比較嚴格的條件下，采用 FIR 數(shù)字濾波器。MATLAB III 目錄 摘要 …… .................................................................................. 錯誤 !未找到引用源。 uses TMS320C5416 to realize FIR digital filter. The specific works include: analyzing and discussing basic theories of FIR digital filter。 DSP 芯片是一種特別適合數(shù)字信號處理運算的微處理器，主要用來實時、快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。用 DSP 芯片實現(xiàn) FIR 數(shù)字濾波器，不僅具有精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點，而且因 DSP 芯片的可編程性，可方便地修改濾波器參數(shù)，從而改變?yōu)V波器的特性，設(shè)計十分靈活。 using the MATLAB software to learn basic knowledge of digital filter: calculating the coefficient of digital filter。 Abstract .................................................................................... 錯誤 !未找到引用源。同時，由于在許多場合下，需要對信號進行實時處理，因而對于單片機的性能要求也 越來越高。 并行乘法運行速度快，但占用的硬件資源極大。 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法 目前數(shù)字濾波器的主要實現(xiàn)方法有 ： 1． 在通用的微型計算機上用軟件實現(xiàn)。比較以上方法可見 ： 可以采用 MATLAB 等軟件來學習數(shù)字濾波器的基本知識，計算數(shù)字濾波器的系數(shù)，研究算法的可行性，對數(shù)字濾波器進行前期的設(shè)計和仿真。穩(wěn)定和線性相位特性是 FIR 濾波器的突出優(yōu)點。 任何數(shù)字濾波器的頻率響應 ()jAe? 都是 ? 的周期函數(shù)，它的傅立葉級數(shù)展開式為 ： 10( ) ( )Nj jndnH e h n e??? ??? ? （ 2－ 1） 其中 201sin [ ( ) ]1 2( ) ( )12 ()2cj j nddLnh n H e e d Ln??????????? ??? （ 2－ 2） 其中的 c? 為濾波器的歸一化的截止頻率。 3．布萊克曼 (Blackman)窗 布萊克曼窗又稱二階升余弦窗。 6 利用切比雪夫逼近法設(shè)計 FIR 濾波器 上述兩種方法設(shè)計的 FIR 濾波器的頻率響應都不很理想，即通帶不夠平，阻帶衰減不夠大，過渡帶過寬，頻率邊緣不能精確指定。其表達式為 1( ) ( ) [ ( ) ( ) ] ( 1 )1 , 2 . . . ( 2 )jjjj ij j d eE W H e A eiL??? ? ??? ? ? ? ??? （ 2－ 19） (m ax ( ) )iFEE? ??? （ 2－ 20） ? 為最優(yōu)誤差。 FIR 濾波器的實現(xiàn)方法 本小節(jié)主要介紹 FIR 濾波器的基本結(jié)構(gòu)和常用的濾波器的硬件實現(xiàn)方法。 8 該結(jié)構(gòu)的缺點是 ： 所需要的系數(shù)比直接型的 ()Hz多 ； 需要進行因式分解，而且較直接型需要更多的乘法器，乘法運算多于直接型。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 FIR 濾波器設(shè)計的理論基礎(chǔ)，分別介紹了 FIR 濾波器的定義與分類、 FIR 濾波器的幾種設(shè)計方法和實現(xiàn)方法，為后面 FIR 濾波器的設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。 設(shè)計要求 以下列輸入信號為例 ： 1 2 3( ) sin 2 sin 2 ( 2 ) c o s 2 ( 2 )x n f n f n f n? ? ?? ? ? ? ? 1 hz? ； 2 hz? ； 3 hz? ； 設(shè)計一個 fir 數(shù)字低通濾波器，濾除 2f 和 3f 的信號成分。 濾波器階數(shù) (Filter Order) 10 包括 ： 指定階峰 (Specify Order)和最小階數(shù) (Minimum Order)。 T=1。 Yk=fft(y)。 本章小結(jié) 本章介紹了 MATLAB 軟件，及其 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計方法， 并 使用MATLAB 進行 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計 和仿真 。 諾依曼結(jié)構(gòu)，其特點是程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間。 2． 三條數(shù)據(jù)總線 CB、 DB 和 EB 分別與不同的單元互相連接，如中央處理單元、數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生邏輯 DAGEN、程序地址產(chǎn)生邏輯、片內(nèi)外設(shè)和數(shù)據(jù)存儲器。 DSP 不同條件和模式下的狀態(tài)都包含 ST0 和 ST1， PMST 包含存儲器設(shè)置狀態(tài)和控制信息。定標移位器和指數(shù)編碼器可以在單周期內(nèi)對累加器中的數(shù)進行歸一化操作。在任何一個空間內(nèi)， RAM， ROM， EPROM， EEPROM 或存儲器映像外設(shè)既可以駐留在片內(nèi)，也可以駐留在片外 [26]。 16 2． 硬件定時器 硬件定時器是一個帶 4 位預定標的 16 位定時電路。 4． 主機接口 (HPI) HPI 是一個并行接口，它提供 DSP 和外部主處理器的接口。 DSP 系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) DSP 系統(tǒng)的開發(fā)是一個復雜的過程，在系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試中不但需要數(shù)字信號處理方面的理論知識，而且還要熟悉掌握各種 DSP 芯片、外圍硬件電路以及 DSP 開發(fā)工具等。例如，對于簡單信號處理任務(wù)，若采用 DSP 則使成本增加。它最初是由 GO DSP 公司為 TI 的 C6000 系列 DSP 開發(fā)的。 RTDX 可以在 DSP/BIOS 中使用，也可以脫離DSP/BIOS 使用。 圖 44 程序的編譯和連接 圖 44 顯示 ： “ Build plete： 0 errors， 0warning， 0remarks”。 通過對本課題的研究，關(guān)于數(shù)字信號處理方面的理論知識得到了豐富和提高，熟悉了課題研究的整體思路和方法，認識到進行課題研究應具備的素質(zhì)。 數(shù)字濾波是數(shù)字信號處理中應用比較廣泛的一個領(lǐng)域，有了本課題的研究基礎(chǔ)，在以后的工作中，可以設(shè)計 FIR 高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器和 IIR 濾波器等。例如 MATLAB 軟件，它是集數(shù)值計算、符號運算及圖形處理等強大功能為一體的科學計算語言，己被算法研究人員、工程技術(shù)人員廣泛應用。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 DSP 的基本特征、結(jié)構(gòu)、及其設(shè)計與開發(fā)，并進行 FIR 數(shù)字濾波器的 DSP 實現(xiàn)。perform FIR filtering ． def begin ；_______________________________________________________________________________ ； Functional Description ； This routine initializes circular buffers both for data and coeffs. 19 ；