【正文】 率響應(yīng)。其調(diào)用方式為： [zd,pd,kd]=bilinear(z,p,k,Fs) [numd,dend]=bilinear(num,den,Fs) 式中， z,p 分別為模擬濾波器零點(diǎn)、極點(diǎn)列向量； k 為模擬濾波器的增益； Fs 為采樣頻率，單位 Hz。 s 域和 z 域?qū)?yīng)關(guān)系也簡(jiǎn)單。 式中， b,a 為數(shù)字濾波器分子和分母多項(xiàng)式的系數(shù)， n 為復(fù)數(shù)頻率的響應(yīng)點(diǎn)數(shù)，為整數(shù) ，最好為 2 的冪，缺省時(shí)為 512； Fs 為采樣頻率，單位 Hz。調(diào)用格式為： [h,t]=impz(b,a,n,Fs) 式中， b,a 分別為濾波器分子和分母多項(xiàng)式系數(shù)向量； n 為采樣點(diǎn)數(shù)； Fs 為采樣頻率，缺省值為 1； h 為濾波器單位脈沖響應(yīng)向量； t 為和 h 對(duì)應(yīng)的時(shí)間向量。群延遲定義為信號(hào)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(fù)斜率： ? ? ? ?? ?????? ddg ? MATLAB 信號(hào)處理工具箱提供計(jì)算群延遲函數(shù) grpdelay，調(diào)用格式為： [gd,w]=grpdelay(b,a,n,[’whole’]) [gd,f]=grpdelay(b,a,n,[’whole’],Fs) gd=grpdelay(b,a,w) gd=grpdelay(b,a,f,Fs) grpdelay 其中， gd 為群延遲；其他各項(xiàng)意義同函數(shù) freqz,函數(shù)輸出項(xiàng)缺省時(shí)，繪制群延遲圖。 x 為濾波器的輸入，. . 為值向量。最后介紹了 MATLAB 的特性和一些函數(shù)。左下角選擇低通 (Lowpass)和 IIR。 MATLAB 中有很多函數(shù)，其中就有一些是用來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器系數(shù)的，例如本次任務(wù)的濾波器系數(shù)的計(jì)算程序如下： wp=2*pi*200。)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般用到的有三種，分別是直接型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。v9=0。 v5=v3+v8。如圖 311 所示： 圖 311 仿真結(jié)果 經(jīng)過 對(duì)比圖形后，發(fā)現(xiàn) 400Hz 頻率的波形 被 濾 除了 ，留下來了 100Hz 的波形，和 理論推測(cè)的 結(jié)果 一樣，證明前面設(shè)計(jì)的濾波器的效果不錯(cuò)。 (2) 程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)。 DSP 芯片的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 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(diǎn)： 成本較高 高頻時(shí)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(jìn)行分類。T 公司的 DSP16/16A， Motorola 公司的 MC56000等。 DSP 系統(tǒng)的工作過程： (1) 將輸入信號(hào) 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(hào)頻譜的混疊。 CCS 有兩種工作模式 ，即軟件仿真器模式：可以脫離 DSP 芯片，在 PC 機(jī)上模擬 DSP的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。在 TMS320 系列中，與JTAG 測(cè)試端口同時(shí)工作的還有一個(gè)分析模塊，他支持?jǐn)帱c(diǎn)的設(shè)置和程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及 DMA 的訪問，程序單布運(yùn)行和跟蹤以及程序的分支和外部中斷的計(jì)數(shù)等。 . . 設(shè)計(jì)過程中，我們可以通過 View 菜單，選擇各種工具欄，窗口和對(duì)話框是否打開，其中 view 菜單中比較重要的命令有 view/watch windou，在 watch windou 中可以觀察調(diào)試過程中的變量， C 語言表達(dá)式，地址和寄存器的值。如果刪除文件，則把鼠標(biāo)移到相應(yīng)的文件處，單吉右鍵，從彈出的快捷菜單選擇 remove from project 選項(xiàng) ??2 。 本章小結(jié) 本章首先系統(tǒng)地介紹了 CCS 軟件，之后又介紹了 CCS 軟件中的主要文件和常用的窗口。還要和 AD 轉(zhuǎn)換程序、 DA 轉(zhuǎn)換程序結(jié)合起來，完成整體算法設(shè)計(jì)，這樣才算完成算法的設(shè)計(jì)。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。為我今后的學(xué)習(xí)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。在本次設(shè)計(jì)中，主要的任務(wù)是完成數(shù)字濾波器算法的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)濾波器算法的過程中，充分利用 MATLAB 的強(qiáng)大運(yùn)算能力，分析選擇模擬濾波器原型，計(jì)算數(shù)字濾波器系數(shù)，仿真 濾波器效果，這些都是對(duì) MATLAB 的充分利用。 圖 55 100Hz輸入與 DA輸出 輸入正弦信號(hào)的峰峰值為 ，頻率為 400Hz 時(shí)，其輸入信號(hào)和 DA 輸出信號(hào)如圖 56. . 所示，圖中示波器上半面的信號(hào)為輸入信號(hào)，下半面的信號(hào)為 DA 輸出 圖 55 400Hz輸入與 DA輸出 各頻率輸入信號(hào)峰峰值和平均值對(duì)應(yīng)和對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)峰峰值和平均值如表 51 所示： 表 51 iir濾波器其不同頻率其峰值和平均值 對(duì)比以上執(zhí)行結(jié)果可以很清晰的發(fā)現(xiàn)：所設(shè)計(jì)的濾波器對(duì) 200Hz 以下的低頻率信號(hào)的衰減輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 輸入頻率 峰峰值 平均值 輸出頻率 峰峰值 平均值 20Hz 20Hz 35Hz 35Hz 45Hz 45Hz 60Hz 60Hz 70Hz 70Hz 80Hz 80Hz 100Hz 100Hz 120Hz 120Hz 140Hz 140Hz 200Hz 200Hz 250Hz 250Hz 400mv 300Hz 300Hz 240mv 400Hz 400Hz 400mv . . 很微弱，而對(duì) 200Hz 以上的高頻率信號(hào)卻能起到很好的濾除效果，到了 300Hz、 400Hz 幾乎就衰減到零了。在項(xiàng)目中包括用戶用到的頭文件，用 include 定義的引用文件和用戶建立或添加的 c 源程序 *.c，匯編源程序文件 *.asm，目標(biāo)文件 *.obj，庫文件 *.lib 和鏈接命令文件 *.cmd。 PROJECT/ADD FILE TO PROJECT 將文件加載到該項(xiàng)目中。實(shí)驗(yàn)開發(fā)板是一個(gè)比較好的選擇，其結(jié)構(gòu)框圖如圖，由于 F2407 要 求 。這樣就對(duì) DSP 芯片有了一個(gè)系統(tǒng)的了解，在設(shè)計(jì)算法時(shí)，可以根據(jù)對(duì)DSP 芯片的了解來選擇定時(shí)器，計(jì)算周期等。專用 DSP 芯片是為特定的 DSP 運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，更適合特殊的運(yùn)算，如數(shù)字濾波、卷積和 FFT，如 Motorola 公司的 DSP56200， Zoran 公司的 ZR34881， Inmos 公司的 IMSA100等就屬于專用型 DSP 芯片。 2．按數(shù)據(jù)格式分 . . 這是根據(jù) DSP 芯片工作的數(shù)據(jù)格式來分類的。 (8) 支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行 。 DSP 芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的 DSP 指令，可以用來快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。 v9=v6。 v2=v1。 ??zH1和 ??zH2 均用直接型實(shí)現(xiàn)，畫出它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 310 所示： ? ?ny1?z 1?z?nx0 . 4 7 9 7?z0 . 1 0 4 70 . 4 0 4 1 0 . 6 8 9 00 . 7 2 1 80 . 1 0 4 7v 1v 2v 4v 3 v 5v 1 1v 10v 6 v 7v 9v 8 圖 310 級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖 310 就是級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)濾波器算法 ??7 。函數(shù) bilinear 是雙線性變換法，用于求數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)系數(shù)向量 bz， az??1 。) [B,A]=ellip(N,Rp,As,wpo,39。因此選擇橢圓濾波器做為模擬濾波器原型。 fdatool ??1 工具箱可以通過給定的濾波器參數(shù)（通 帶截止頻率、通帶最大衰減、阻帶截止頻率、阻帶最小衰減以及采樣頻率）來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，在本文中，不是要用 fdatool 來設(shè)計(jì)濾波器，而是使用 fdatool 來比較各種濾波器的幅頻響應(yīng)曲線，從而選擇出最合適的模擬濾波器原型。還介紹了 數(shù)字濾波器 按照 系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度分為兩大類 ，分別是 FIR 和 IIR。 (6) filtfilt 函數(shù)實(shí)現(xiàn)零相位前向與后向結(jié)合的濾波。 (4) 群延遲 信號(hào)傳輸?shù)牟皇д鏃l 件之一為：濾波器相頻特性是一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線，即? ? dt??? ?? ， dt 為常數(shù)。為此 MATLAB 提供了一個(gè)函數(shù) unwrap 來解決這個(gè)問題，P=unwrap(angle(H))。與之對(duì)應(yīng)的函數(shù) freqz 用于求數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)，其調(diào)用格式為： [[h,w]=]freqz(b,a,n,[’whole’])。T=。 因此若已知模擬濾波器的傳遞函數(shù) ??sHa，將 (27)式的第一式代入 ??sHa即可得到數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)： ? ? ? ?11112??????zzTsa sHzH 在雙線性變換中，模擬角頻率和數(shù)字角頻率存在下面關(guān)系： 2a rc t a n2,2tan2 TT ???? ?? 可見，模擬角頻率 ? 和數(shù)字角頻率 ? 之間的關(guān)系是非線性的。脈沖響應(yīng)不變法由 sTez?這一基本關(guān)系得到數(shù)字角頻率 ? 和模擬角頻率 ? 滿足 T??? 線性變換關(guān)系， T 為采樣間隔。 bz,az 分別為數(shù)字濾波器分子和分母多項(xiàng)式系數(shù)向量。 Laplace 變換內(nèi)容請(qǐng)參考高等數(shù)學(xué)的積分變換或信號(hào)處理教材。 (4) 有限字長(zhǎng)效應(yīng)對(duì)濾波器性能的影響的分析。 數(shù)字濾波器的類型 數(shù)字濾波器通常根據(jù)系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度分為兩大類，即無限長(zhǎng)沖擊響應(yīng) (IIR, Infinite Impulse Response)濾波器和有限長(zhǎng)沖擊響應(yīng) (FIR, Finite Impulse Response)濾波器。首先系統(tǒng)介紹 CCS 軟件，并將MATLAB 上設(shè)計(jì)的算法移植到 CCS 上進(jìn)行調(diào)試和仿真，待確定無誤后加載到 DSP 芯片上. . 進(jìn)行整體輸入輸出實(shí)驗(yàn)。具體工作包括：對(duì) IIR 數(shù)字濾波器的基本理論進(jìn)行了分析和探討；采用 MATLAB 軟件來比較各濾波器的幅頻響應(yīng)曲線，從而選擇最合適的濾波器類型；計(jì)算數(shù)字濾波器的系數(shù)，研究算法的可行性，對(duì) IIR 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 TMS320LF2407A 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；將在 MATLAB 上可行的算法移植到 CCS 調(diào)試匯編程序上，結(jié)合 AD 轉(zhuǎn)換程序和 DA 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)整體算法；最后用 TMS320LF2407A 數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn) IIR 數(shù)字濾波。上世紀(jì) 70 年代科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理開始與大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)，微處理器技術(shù)、高速數(shù)字算術(shù)單元、雙極型高密度半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、電荷轉(zhuǎn)移器件等新技術(shù)、新工藝相結(jié)合，并且引進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。具體來說，凡是用數(shù)字方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、變換、調(diào)制、解調(diào)、均衡、增強(qiáng)、壓縮、估值、識(shí)別、產(chǎn)生等加工處理，都可納入數(shù)字信 號(hào)處理領(lǐng)域。濾波器的響應(yīng)越緊湊，則濾波器的速度越快。例如，利用現(xiàn)有的元件設(shè)計(jì)的有源濾波器，通?？?能達(dá)到最大阻帶衰減是 6070dB。 (2) 數(shù)字濾波器的性能不像模擬濾波器那樣隨環(huán)境的改變（例如溫度的變 化）而改變。自 60 年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為 70 年代以后的主攻方向。TMS320LF2407A . . 目錄 1 緒論 ......................................................... 1 課題意義 ................................................ 1 IIR 數(shù)字濾波器的發(fā)展及前景 ............................... 2 主要研究?jī)?nèi)容 ............................................ 3 章節(jié)安排 ................................................ 3 2 數(shù)字濾波器的基本理論 ......................................... 5 數(shù)字濾波器概念 .......................................... 5 數(shù)字濾波器的類型 ........................................ 5 濾波器的設(shè)計(jì)步驟 ........................................ 6 脈沖響應(yīng)不變法 .......................................... 6 雙線性變換法 ............................................ 7 濾波器的特性及使用函數(shù) ....