【正文】 ......................................................... 29 模擬帶通濾波器的設(shè)計 ............................................................................ 29 數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計 ............................................................................ 31 模擬帶阻濾波器和數(shù)字帶阻濾波器的設(shè)計 .......................................................... 32 模擬帶阻濾波器的設(shè)計 ............................................................................ 32 數(shù)字帶阻濾波器的設(shè)計 ............................................................................ 33 復(fù)雜數(shù)字濾波器的設(shè)計 ..................................................................................... 35 通過模擬低通原型設(shè)計數(shù)字帶通濾波器 ................................................... 35 數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計 ............................................................................ 37 直接數(shù)字濾波器的設(shè)計 ............................................................................ 38 5 DSP 芯片及硬件系統(tǒng)的設(shè)計 ......................................................................................... 41 DSP 芯片簡介 .................................................................................................... 41 DSP 芯片的介紹 ....................................................................................... 41 DSP 芯片結(jié)構(gòu) .......................................................................................... 42 DSP 系統(tǒng)的特 點 ....................................................................................... 45 TMS320C5402 簡介 .................................................................................. 45 TMS320C5402 編程 .................................................................................. 46 DSP 硬件系統(tǒng)的設(shè) 計 .......................................................................................... 46 電源電路設(shè)計 .......................................................................................... 46 時鐘電路的設(shè)計 ...................................................................................... 47 復(fù)位電路設(shè)計 .......................................................................................... 49 仿真接口電路 .......................................................................................... 50 IIR 數(shù)字濾波器的硬件電路 ....................................................................... 50 6 IIR 數(shù)字濾波器的 DSP 實現(xiàn) ......................................................................................... 52 CCS 的簡介 ....................................................................................................... 52 CCS 的介紹 .............................................................................................. 52 CCS 工作模式 .......................................................................................... 53 IIR 數(shù)字 濾波器的 C 語言代碼 ............................................................................. 54 程序仿真圖 ....................................................................................................... 62 輸入端的圖像變化 ................................................................................... 62 輸出端圖像變化 ...................................................................................... 64 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 66 1 引言 DSP 從字面上來說即為 “數(shù)字信號處理 (DSP， Digital Signal Processing)”，也就是說將現(xiàn)實世界的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再用數(shù)學(xué)的方法來處理此數(shù)字信號，得到相應(yīng)的結(jié)果。其特點如下： (1) DSP 芯片采用了數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)及改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，因此比傳統(tǒng)處理器的馮 (8) 低功耗， DSP 一般為 ～ 4 W，而采用低功耗技術(shù)的 DSP 芯片只有 W，可用電池供電。 圖 典型的 DSP 系統(tǒng) 輸入信號首先進(jìn)行帶限濾波和抽樣，然后進(jìn)行模數(shù) (A/D， Analog to Digital)變換將信號變換成數(shù)字比特流。 抗 混疊 濾波 輸入 輸出 A/D D/A DSP 芯片 平滑濾波 2 數(shù)字濾波器的概述 從廣義上講，任何對某些頻率 (相對于其他頻率來說 )進(jìn)行修正的系統(tǒng)稱為濾波器。在時域內(nèi)，它的動態(tài)特性可以用系統(tǒng)的單位沖激函數(shù)的響應(yīng) )(tha來描述，也就是該濾波系統(tǒng)在任何時刻對輸入單位沖激信號 ??txa =δ(t)的輸出響應(yīng) ?? ??thty aa ? 。 數(shù)字濾波器的工作原理 在數(shù)字濾波中，我們主要討論離散時間序列。 數(shù)字濾波器的 差分方程表示為： ? ?? ? ???? Ni Mk kk knxainybny 1 0 )()()( (27) 系統(tǒng)函數(shù)表示 : ????????? NiiiMkkkzbzazXzYzH001)()()( (28) 數(shù)字濾波器的特性通常用其頻率響應(yīng)函數(shù) )( ?jeH 來描述，包括幅度特性)( ?jeH 和相位特性 ))(arg( ?jeH 。如圖 所示 模擬濾波器的簡介 模擬濾波器的理論和設(shè)計方法已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，且有若干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)濾波器等。 (4) 按頻率變換設(shè)計模擬濾波器 (低通、高通、帶通、帶阻 )。當(dāng) Ω=0 時， ? ? 1??jHa ；當(dāng) Ω= c? 時，? ? 21??jHa ， c? 是 3dB 截止頻率。令 Ω=s/j，帶入式 (223)，得： NcNNcNcaajsa jsjjssHsHjH 22222)()()(11)()()(?????????? ?? (224) 對應(yīng)的極點： ? ? 022 ??? NcN js (225) ? ? ? ? ?????? ??????? 2122 12 21 ??kNjcNck ejs (226) 其中， ks 即為 ? ? ? ?sHsH aa ? 的極點，此極點分布有下列特點： (1) ? ? ? ?sHsH aa ? 的 2N 個極點以 π/N為間隔均勻分布在半徑為 c? 的圓周上， 這個圓稱為 巴特沃斯圓。對式 (225)所示的低通巴特沃斯特性用 Ω?表示得到： ? ? ? ? Na jH 22 1 1? ???? ? (232) 稱 ? ???jHa 為巴特沃斯低通原型濾波器幅頻特性。 N 階切比雪夫濾波器極點的縱坐標(biāo)，而橫坐標(biāo)等于 N 階巴特沃斯小圓極點的橫坐標(biāo)取左半平面的極點： ????????????? ????????? ??????nkbNkakk212c o s212s in k=1,2… ， N (237) 則切比雪夫濾波器的系統(tǒng)函數(shù)： a b ζ jΩ 圖 ? ? ???? Nk ka ssAsH1)( (238) 其中 kkk js ???? ，常數(shù) A=12 ????Njc cN? 。何以上濾波器相比，相同的性能指標(biāo)所需要的階數(shù)最小。 Bessel 濾波器可用于減少所有 IIR 濾波器固有的非線性相位失真。它和 FIR 濾波器相比優(yōu)點是在滿足相同性能指標(biāo)要求條件下， IIR 濾波器的階數(shù)要明顯低于 FIR 濾波器。第三步離散化主要任務(wù)就是把模擬濾波器變換成數(shù)字濾波器，即把模擬濾波器的系數(shù))(SH 映射成數(shù)字濾波 器的系統(tǒng)函數(shù) )(zH 。因此，轉(zhuǎn)換關(guān)系應(yīng)是 s 平面的左半平面映射 z 平面的單位圓內(nèi)部。對 ??tha 進(jìn)行等間隔采樣，采樣間隔為 T,得到： ? ? )()(1 nTueAnThnhnTsNi iai???? (35) 對上式進(jìn)行 Z 變換，得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù) H(z)： ? ? ?? ??? Ni Ts i zeAzH i1 11 (36) 對比 、 式， ??sHa 的極點 is 映射到 z 平面，其 極點變成 Tsie ，系數(shù) iA 不變化。 另外，注意到 z= sTe 是一個周期函數(shù)，可寫成 tTmjTTjtsT eeeee )/2( ??? ??? ?? (316) M 為任意整數(shù)當(dāng) ? 不變，模擬頻率 ? 變化 2? /T 的整數(shù)倍時，映射值不變。這種會使設(shè)計出 的濾波器在 T?? 附近的頻率特性，程度不同地偏離模擬濾波在 T?? 附近的頻率特性， 嚴(yán)重時使濾波器不滿足給定的技術(shù)指標(biāo)。π/T之間，再用 sTez? 轉(zhuǎn)換到 z 平面上。這樣， Ha(s)因果穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換成的 H(z)也是因果穩(wěn)定的。但當(dāng)階數(shù)稍高時，將 H(z)整理成需要的形式，也不是一件簡單的工