【正文】 0 50 100 150 200 250 300 350 4000501001502000 50 100 150 200 250 300 350 400050100150200 圖 34 FIR 濾波器的仿真結(jié)果 圖 34 的上圖為輸入信號(hào)的頻譜圖，包括 fl、 f f3 三個(gè)頻率成分，下圖是輸出信號(hào)的頻譜圖，只剩下了 f1 的頻率成分。 %產(chǎn)生輸入信號(hào) Xk=fft(x)。 f2=。例如設(shè)計(jì)一個(gè) 66 階濾波器，這里應(yīng)該填入 65。所設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器的邊界頻率應(yīng)滿足 ：12pass stopf f f f? ? ?， 取通帶截止頻率 ? ，阻帶截止頻率 ? 。MATLAB 是用顏色區(qū)分并標(biāo)注各條曲線的，在黑白印刷時(shí)無(wú)法表示。 ()freqz用于求數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)。 20xx 年 9 月正式推出 Release 14()的ServicePack 1?？梢圆捎?DSP 或 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件電路。這些特點(diǎn)都非常適合數(shù)字信號(hào)處理中的濾波器設(shè)計(jì)的有效實(shí)現(xiàn)，并且它速度快，成本低，在過(guò)去的 20 多年的時(shí)間里，軟件可編程的 DSP 器件幾乎統(tǒng)治了商用數(shù)字信號(hào)處理硬件的市場(chǎng)。缺點(diǎn)是要存儲(chǔ)各級(jí)乘加器的輸出，這些輸出的位寬較大，也無(wú)法利用線性相位 FIR 濾波器系數(shù)對(duì)稱的特點(diǎn)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (信 號(hào)流圖 )如圖 24 所示 x ( n )Z Ny ( n )H ( 1 )H ( N 1 )H ( 0 )WN0WN 1WN N 1Z 1Z 1Z 1…... 圖 24 FIR 濾波器的頻率采樣型結(jié)構(gòu) 頻率采樣型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有： 優(yōu)點(diǎn) ： 1．選頻性好，適于窄帶濾波，這時(shí)大部分 ()Hk為零，只有較少的二階子網(wǎng)絡(luò) ； 2． 不同的 FIR 濾波器，若長(zhǎng)度相同，可通過(guò)改變系數(shù)用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) ； 3． 復(fù)用性好。級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)如圖 22所示。 FIR 濾波器的實(shí)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(shí)現(xiàn)方法。其表達(dá)式為 [8] 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。該算法將濾波器階數(shù) L、帶沿頻率 P? 和 S? ，以及通帶阻帶最大誤差比1 2?? 固定，令 1? 或 2? 為變量，有效而系統(tǒng)的改變 (L+l)個(gè)非限制 的脈沖響應(yīng)值( )(0 )eh n n L??，從而達(dá)到滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的目的。 Chebyshev 方法是最佳一致逼近法。它是在給定阻帶衰減下給出一種大的主瓣寬度意義上的最優(yōu)結(jié)果，這本身就內(nèi)含著最陡峭的過(guò)渡帶。 1．漢寧 (Hanning)窗 漢寧窗又稱升余弦窗。 窗函數(shù)法就是用被稱為窗函數(shù)的有限加權(quán)系列 (){}n? 來(lái)修正式（ 2－ 2）的傅立葉級(jí)數(shù)，以求得要求的有限沖激響應(yīng)序列 ()hn ，即有： ( ) ( ) ( )dh n h n n?? （ 2－ 3） ()n? 是有限長(zhǎng)序列，當(dāng) 1nN??及 0n? 時(shí)， ( ) 0n? ? 。在設(shè)計(jì) FIR 濾波器中，一個(gè)最重要的計(jì)算就是加窗，采用矩形窗是最直接和簡(jiǎn)便的方法，但采用矩形窗存在較大的 Gibbis效應(yīng)，且矩形窗的第一旁瓣與主瓣相比僅衰減 13dB，因此實(shí)際設(shè)計(jì)中一般采用其他 窗函數(shù)。 主要研究?jī)?nèi)容 本課題主要應(yīng)用 MATLAB 軟件設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器，并對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真 ： 應(yīng)用 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 —— CCS 調(diào)試匯編程序，用 TMS320C5416來(lái)實(shí)現(xiàn)了 FIR 數(shù)字濾波。 3． 用固定功能的專用信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn) 專用信號(hào)處理器采用專用集成電路 ASIC(Application Specific Integrated Circuits)實(shí)現(xiàn)，適用于過(guò)程固定而又追求高速的信號(hào)處理任務(wù)，是以指定的算法來(lái)確定它的結(jié)構(gòu)，使用各種隨機(jī)邏輯器件組成的信號(hào)處理器。 相對(duì)于前兩種方法， DA 算法既可以全并行實(shí)現(xiàn)，又可以全串行實(shí)現(xiàn)，還可以串并行結(jié)合實(shí)現(xiàn)，可以在硬件規(guī)模和濾波器速度之間作適當(dāng)?shù)恼壑?，是?shù)字濾波器的主要研究課題。 在國(guó)內(nèi)外的研究中，設(shè)計(jì) FIR 濾波器所涉及的乘法運(yùn)算方式有 ： 并行乘法、位串行乘法和采用分布式算法的乘法。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的相關(guān)進(jìn)展 自 20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初 DSP 芯片誕生以來(lái) DSP 芯片得到了飛速的發(fā)展。同時(shí)，由于在許多場(chǎng)合下，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，因而對(duì)于單片機(jī)的性能要求也越來(lái)越高。數(shù)字濾波器容易實(shí)現(xiàn)不同的幅度和相位頻率特性指標(biāo)，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(wèn)題。 數(shù)字信號(hào)處理器，也稱 DSP 芯片，是針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理需要而設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 introducing in a systematic way the hardware structure and characteristics of TI Company39。 關(guān)鍵詞 數(shù)字濾波器； DSP； FIR(有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng) )； MATLAB xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Design of The Digital Filter Based on DSP Abstract 21century is the era of digitalization. With the rapid development of information processing technology, digital signal processing technology has developed as a kind of main technology gradually. It has been widely applied in the hightech fields of electronic information, munication, software radio, automatic control, instrument technology and information electrical household appliances, Relative to analogue filter, digital filter can process low frequency signal without excursion. Frequency response property can be made very close to ideal property。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 基于 DSP 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 摘要 21世紀(jì)是數(shù)字化的時(shí)代，隨著信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)逐漸發(fā)展成為一門主流技術(shù)，它在電子信息、通信、軟件無(wú)線電、自動(dòng)控制、儀表技術(shù)、信息家電等高科技領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 its precision can reach very high, easy to be integrated and so on. These advantages determine the application of digital filter more and more widely. Meanwhile, the appearance of digital signal processor(DSP) and the rapid development of FPGA also stimulate the development of digital filter, and provide more choices for the hardware realization of digital filter. DSP chips is a particularly suitable for digital signal processing puting microprocessors, mainly used for realtime, the rapid realization of a variety of digital signal processing algorithms. DSP chips used to achieve FIR digital filter, not only has high accuracy, without the advantages of environmental impact, but also because of the programmable DSP chips, can be easily modified filter parameters, thus changing the filter characteristics of the design is very flexible. This project mainly applies the MATLAB software to design FIR digital filter。s TMS320C54x series of digital signal processor, and the integrated developing surroundings CCS of DSP: applying DSP integrated developing surroundingsCCS to debug assembler and using TMS32OC54l6 to rea1ize FIR digital filter. Keywords Digital Filter。隨著信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)逐漸發(fā)展成為一門主流技術(shù)，它在電子信息、通信、軟件無(wú)線電、自動(dòng)控制、儀表技術(shù)、信息家電等高科技領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。用 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響外，還具有靈活性好的特點(diǎn)。由于 DSP 控制器具有許多獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，例如采用多組總線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行處理，獨(dú)立的累加器和乘法器以及豐富的尋址方式，采用 DSP 控制器就可以提高數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的能力，可以對(duì)數(shù)字信號(hào)做到實(shí)時(shí)處理。在 20 多年時(shí)間里 DSP 芯片已經(jīng)在信號(hào)處理、通信、自動(dòng)控制、儀表技術(shù)、信息家電等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用 。 并行乘法運(yùn)行速度快，但占用的硬件資源極大。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 目前數(shù)字濾波器的主要實(shí)現(xiàn)方法有 ： 1． 在通用的微型計(jì)算機(jī)上用軟件實(shí)現(xiàn)。它們體積小、保密性好，具有極高的性能，但靈活性差。具體工作包括 ： 對(duì) FIR 數(shù)字濾波器的基本理論進(jìn)行了分析和探討 ； 采用 MATLAB 軟件來(lái)學(xué)習(xí)數(shù)字濾波器的基本知識(shí)，對(duì) FIR 低通數(shù)字濾波器進(jìn)行前期的設(shè)計(jì)和仿真 ； 系統(tǒng)介紹了 TI 公司 TMS320C54x 系列數(shù)字信號(hào)處理器的硬件結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和 DSP 的集成開發(fā)環(huán)境 CCS； 應(yīng)用 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 —— CCS 調(diào)試匯編程序，用 TMS320C5416 來(lái)實(shí)現(xiàn)了 FIR 數(shù)字濾波。本小節(jié)主要介紹幾種常用的窗函數(shù)和頻率抽樣設(shè)計(jì)法等。 2．幾種常用的窗函數(shù) 工程中比較常用的窗函數(shù)有 [l][3]：矩形窗函數(shù)、三角形 (Bartlett)窗函數(shù)、漢寧 (Hanning)窗函數(shù)、海明 (Hamming)窗函數(shù)、布萊克曼 (Blackman)窗函數(shù)和凱塞(Kaiser)窗函數(shù)。 2 12( ) s in ( ) ( ) [ 1 c o s ( ) ] ( )1 2 1NNnnw n R n R nNN??? ? ??? （ 2－ 4） 利用傅里葉變換特性，可得 1()21()222( ) { 0 .5 ( ) 0 .2 5 [ ( ) ( ) ] }11()NjjR R RNjW e W W W eNNWe?????? ? ??????? ? ? ? ???? （ 2－ 5） xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 當(dāng) 1N 時(shí)， 1NN?? ，所以窗函數(shù)的幅 頻函數(shù)為 22( ) 0 . 5 ( ) 0 . 2 5 [ ( ) ( ) ]R R RW W W WNN??? ? ? ?? ? ? ? ? （ 2－ 6） 這三部分之和，使旁瓣互相抵消，能量更集中在主瓣，它的最大旁瓣值比主瓣值約低 31dB。其公式為 ： 200( 1 [1 2 / ( 1 ) ] )() ()I n Nwn I? ?? ? ?? 01nN? ? ? （ 2－ 11） 式中， 0()Ix是第一類變形零階貝塞爾函數(shù)， ? 是一個(gè)可自由選擇的參數(shù)。該方法在數(shù)字信號(hào)處理中占有重要的定位，是