【正文】 .............................................. 17 基于 DSP 的 IIR 數(shù)字濾波器的硬件設(shè)計(jì) .............................................. 18 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 34 程序清單 ................................................................................................................. 34 DSP 最小系統(tǒng)所需的元件清單 ............................................................................ 38 2 摘要 : 數(shù)字濾波器 是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理以得到期望的響應(yīng)特性的離散時(shí)間系統(tǒng)。但是隨著集成電路成本的不斷降低，數(shù) 字 濾波器變得越來越常見并且已經(jīng)成為了如收音機(jī)、蜂窩電話、立體聲接收機(jī)這樣的日常用品的重要組成部分。 Digital filter is filtering to digital signal processing in order to obtain the desired response characteristics of discretetime systems. As an electronic filter, digital filter and analog signals entirely in the analog filters in different domains. Digital filter in the digital signal domain, it is processed by the sampling devices will convert analog signals received digital signal. The work of the digital filter with analog filters are pletely different: the latter depends entirely on resistors, capacitors, transistors and other electronic ponents consisting of the physical work filtering。CCS。例如，對(duì)數(shù)字 信號(hào)經(jīng)過濾波以限制他的頻帶或?yàn)V除噪音和干擾，或?qū)⑺麄兣c其他信號(hào)進(jìn)行分離；對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析或功率譜分析以了解信號(hào)的頻譜組成，進(jìn)而對(duì)信號(hào)識(shí)別；對(duì)信號(hào)進(jìn)行某種變換，使之更適合傳輸、存儲(chǔ)和應(yīng)用；對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的，等等。該領(lǐng)域主要包括 5 個(gè)方面的內(nèi)容：第一，語(yǔ)音信號(hào)分析。 例如，盲人閱讀器、啞人語(yǔ)音合成器、口授打印機(jī)、語(yǔ)音應(yīng)答機(jī)，各種會(huì)說話的儀器和玩具，以及通信和視聽產(chǎn)品大量使用的音頻編碼技術(shù)。 （ 5）雷達(dá) 雷達(dá)信號(hào)占有的頻帶非常寬，數(shù)據(jù)傳輸速率也非常高，因而壓縮數(shù)據(jù)量好降低數(shù)據(jù)傳輸速率是雷達(dá)信號(hào)數(shù)字處理面臨的首要問題。不論軟件實(shí)現(xiàn)還是硬件實(shí)現(xiàn)，在濾波器的設(shè)計(jì)過程中，由同一個(gè)系統(tǒng)函 7 數(shù)可以構(gòu)造很多不同的運(yùn)算結(jié)構(gòu)。 缺點(diǎn)： 不能直接調(diào)整零點(diǎn)，因多個(gè)二階節(jié)的零點(diǎn)并不是整個(gè)系統(tǒng)函數(shù)的零點(diǎn)，當(dāng)需要準(zhǔn)確的傳輸零點(diǎn)時(shí)，級(jí)聯(lián)型最合適。隨著 MATLAB 軟件尤其是MATLAB 的信號(hào)處理工具箱的不斷完善，不僅數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有了可能，而且還可以使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化。 10 濾波器的性能指標(biāo) 我們?cè)谶M(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，需要確定其性能指標(biāo)。 （ 3）利用頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)將得到的模擬濾波器 )(sH 轉(zhuǎn)換為 IIR 低通數(shù)字濾波器)(zHl ； （ 4） 利用域轉(zhuǎn)換函數(shù)將 IIR 低通濾波器 )(zHl 轉(zhuǎn)換為所需技術(shù)指 標(biāo)的低通、高通、帶通或帶阻數(shù)字濾波器 )(zH 。下面結(jié)合 C5402 的實(shí)際情況，介紹一下該芯片的體系結(jié)構(gòu)。 （ 2）循環(huán)尋址的使用。在計(jì)算時(shí)有前向通道和反饋通道兩部分，因此在計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮 x(n)、 y(n)和 h(n)系數(shù)的存放位置，并正確初始化這兩個(gè)存儲(chǔ)塊指針 ,這樣在計(jì)算中才能夠準(zhǔn)確的提取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算。 MATLAB 工具箱提供了幾種模擬濾波器的原型產(chǎn)生函 數(shù)， Butterworth 濾波器原型， Chebyshev（ I 型、 II 型）濾波器原型、橢圓濾波器原型等不同的模擬濾波器原型，從模擬濾波器向數(shù)字濾波器轉(zhuǎn)換的雙線性變換法和脈沖響應(yīng)不變法等方法，模擬 IIR數(shù)字濾波器階數(shù)選擇函數(shù)以及數(shù)字濾波器直接設(shè)計(jì)函數(shù)等等。數(shù)字濾波系統(tǒng)的具體方案框圖如 下 圖所示： 19 ADCDACT M S 320 VC 5402F L A S HS R A MJ T A G 時(shí)鐘 電源 圖 4 數(shù)字濾波器系統(tǒng)方案框圖 通常的設(shè)計(jì)中會(huì)采用 SV 供電并行的 ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換）和 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）芯片與 DSP 連接，傳輸數(shù)據(jù)過程中會(huì)占用總線的時(shí)間，而且需要采用多片電平轉(zhuǎn)換器件將 SV 電平轉(zhuǎn)換為 的邏輯電平。對(duì)于實(shí)際的DSP 應(yīng)用系統(tǒng)，特別是產(chǎn)品化的 DSP系統(tǒng)，其可靠性是一個(gè)不容忽視的問題。IN1E N 2OUT4PG3T P S 7 6818Q DT1IN2OUT3E N 1T P S 7 5733K T TT2M R 1V c c4R E S E T 3W D I2P S 38 23 33D B V TT3V C C1 2U 20A74F 04S1S W S P S T/ R S TXFre s e t 復(fù)位電路U?GND 圖 5 復(fù)位電路 給 DSP 芯片提供時(shí)鐘一般有兩種方法。 1MS320Vc5402 內(nèi)部具有一個(gè)可編程鎖相環(huán) (PLL)，可以配置為以下兩種工作模式： PLL 模式，輸入時(shí)鐘乘以一個(gè) 1≈ 1 之間的常數(shù)： DIV 模式，輸入時(shí)鐘除以 2或 4。 C L O C K 時(shí)鐘電路C3C A PC2C A PY1C R Y S T A LX1 圖 6 時(shí)鐘電路 為了降低芯片的功耗， DsP5402 芯片采用低電壓供電方式，并且采用內(nèi)核電壓和 I／ O電壓分開的方式。根據(jù)設(shè)計(jì)的具體電路可一計(jì)算出 3． 3V 電源所消耗的電流 60mA， 1． 8V電源所消耗的電流 30mA，因此可以得出該系統(tǒng)在全速工作的狀態(tài)下，最大功耗為250mA。 DVdd應(yīng)不超過 CVdd 電壓 2V。 GND8T D I3T R S T2V C C5T M S1NC6T D O7GND4T R E T9GND10T C K11GND12E M 013E M 114J T A G 接口I D C 1 4V C CR110kR210k+ 3. 3V 圖 8 JTAG 電路 內(nèi)部存器 TMS320C54X 內(nèi)一般包括 192K 字的可尋址存儲(chǔ)器空間： 64K 字程序空間， 64K字?jǐn)?shù)據(jù)空問和 64K 字的 I／ 0 空間。 FLASH 存儲(chǔ)器與 EPROM 相比，具有更高的性能價(jià)格比，而且體積小、功耗低、可電擦寫，使用比較方便， 3． 3V Hash 可直接與 DSP 相接。讀／寫信號(hào) R/W撐則控制數(shù)據(jù)傳送方向。的范圍內(nèi)應(yīng)保持不變，而在， s_缸。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用△表示。例如 A／ D 轉(zhuǎn)換器輸出為10 位二進(jìn)制數(shù)，輸入信號(hào)最大值為 3V，那么這個(gè)轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入信號(hào)的最小電壓為 3mV。系統(tǒng)的分辨率為 3mV，最大誤差≤177。這就是構(gòu)成 D／ A 轉(zhuǎn)換器的基本思路。②轉(zhuǎn)換誤差，轉(zhuǎn)換誤差的來源很多，轉(zhuǎn)換器中各元件 參數(shù)值的誤差，基準(zhǔn)電源不夠穩(wěn)定和運(yùn)算放大器的零漂的影響等。 DSP5402 共有三個(gè)控制和狀態(tài)寄存器，對(duì)CPU 的控制是通過 CPU 狀態(tài)和控制寄存器來完成的。對(duì)寄存器進(jìn)行初始化主要包括：狀態(tài)寄存器 ST0、狀態(tài)寄存器 STl、處理器模式控制寄存器 PMST、軟件等待狀態(tài)寄存器 SWWSR、組交換控制寄存器 BSCR 和時(shí)鐘模式寄存器 CLKMD[25]。為了是 MeBSP 接口工作在所希望的模式下，必須在初始化時(shí)多相關(guān)寄存器進(jìn)行正確的配置。 循環(huán)執(zhí)行上面步驟 。 圖 14二階直接 II 型 IIR濾波器 二階直接 II 型結(jié)構(gòu)濾波器的差分方程為： d(n)=x(n)+ald(n 一 1)+a2d(n2) y(n)=bod(n)+bld(n 一 1)+b2d(n 式中， d(n)， d(n 一 1)， d(n2)對(duì)應(yīng)于圖中具有不同延遲的中間節(jié)點(diǎn)值。 34 參考文獻(xiàn) [1]潘松，黃繼業(yè)，王國(guó)棟 . 現(xiàn)代 DSP 技術(shù) [M]. 西安電子科技大學(xué)出版社 . 2020． 5. 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