【正文】 的工作時(shí)鐘。早期的 DSP 芯片一般工作頻率較低，因此其工作頻率與外部提供的頻率相等或者是外部頻率的 2分頻和 4分頻。自動(dòng)復(fù)位電路除了具有上電復(fù)位功能外，還具有監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行并在系統(tǒng)發(fā)生故障或死機(jī)時(shí)再次復(fù)位的功能。 為了確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作，復(fù)位電路是系統(tǒng)中必不可少的電路。其仿真結(jié)果結(jié)果如圖 下 所示： 16 上 圖利用 matlab 仿真圖 根據(jù)以上仿真結(jié)果及相應(yīng)的系數(shù)和 N 值，在相關(guān)技術(shù)指標(biāo)不變的情況下，我選用了 ChebyshevI 型雙線(xiàn)性變換法。 IIR 濾波器的 MATLAB 輔助設(shè)計(jì) 具體在 MATLAB 中設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟如下：按一定規(guī)則將給出的數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)；根據(jù)轉(zhuǎn)換后的技術(shù)指標(biāo)使用濾波器選擇函數(shù)，確 定最小階數(shù) N 和固有頻率 Wn；運(yùn)用最小階數(shù) N 產(chǎn)生模擬低通濾波器原型，運(yùn)用固有頻率把模擬低通濾波器原型轉(zhuǎn)換成模擬低通、高通、帶通、帶阻濾波器。輸入數(shù)據(jù)塊要初始化為全 0。運(yùn)用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)使其具有更好的實(shí)時(shí)性，此外運(yùn)用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)更有助于以后的設(shè)計(jì)拓展。 S 平面到 z 平面的變換可采用 : )21tan( T??? (25) 21212121TjTjTjTjeeeej?????????? (26) 令 sj ?? , 11 sj ?? 有： TsTsTsTsTsTseeeeees112121212111?????????? (27) 從 s1 平面到 z 平 面 的 變 換 ， 即 Tsez 1? (28) 代入上式，得到： 1111 ????? zzs 12 （ 29） 一般來(lái)說(shuō)，為使模擬濾波器的某一頻率與數(shù)字濾波器的任一頻率有對(duì)應(yīng)關(guān)系，可引入待定常數(shù) c, )21tan( Tc ??? (210) 則 1111????? zzcs （ 211） 這種 s 平面與 z 平面間額映射關(guān)系就是雙線(xiàn)性變換。如圖 26所示： 各種數(shù)字濾波器的幅度頻率響應(yīng)如 上 圖所示： 與模擬濾波器類(lèi)似，數(shù)字濾波器按頻率特性劃分為低通、高通、帶通、帶阻、全通等類(lèi)型，由于數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)是周期的，周期為 2π。因此，指標(biāo)的形式一般確定為頻域中幅度和相位的響應(yīng)。 IIR 濾波器的特征是，具有無(wú)限持續(xù)時(shí)間沖激響應(yīng)。不同的運(yùn)算處理方法決定了濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的不同。 （ 6）生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理 數(shù)字濾波器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用日益廣泛，如對(duì)腦電圖和心電圖的分析、層析 X射線(xiàn)攝影的計(jì)算機(jī)輔助分析、胎兒心音的自適應(yīng)檢測(cè)等。其中，被認(rèn)為是通信技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向的軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，更是以數(shù)字濾波器為基礎(chǔ)。即從噪音或干擾中提取被掩蓋的語(yǔ)音信號(hào)。 數(shù)字濾波器的 應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 在 信號(hào)處理過(guò)程中，所處理的信號(hào)往往混有噪聲，從接收到的信號(hào)中消除或減弱噪音是信號(hào)處理和傳輸中十分重要的問(wèn)題。模擬信號(hào)是自變量的連續(xù)函數(shù)，自變量可以是一維的，也可以是二維或多維的。 filter for 4 timevarying systems has led to the study to the representative of Kalman filtering for adaptive filter theory Key words: MATLAB。其中，線(xiàn) 性時(shí)不變的數(shù)字濾波器是最基本的類(lèi)型；而由于數(shù)字系統(tǒng)可以對(duì)延時(shí)器加以利用，因此可以引入一定程度的非因果性，獲得比傳統(tǒng)的因果濾波器更靈活強(qiáng)大的特性；相對(duì)于 IIR 濾波器， FIR 濾波器有著易于實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，因此得到廣泛的應(yīng)用；對(duì)于時(shí)變系統(tǒng)濾波器的研究則導(dǎo)致了以卡爾曼濾波為代表的自適應(yīng)濾波理論。 數(shù) 字 濾波器的工作方式與模擬濾波器也完全不同：后者完全依靠電阻、電容、晶體管等電子元件組成的物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)濾波功能；而前者是通過(guò)數(shù)字運(yùn)算器件對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的特性。 數(shù) 字 濾波器理論上可以實(shí)現(xiàn)任何可以用數(shù)學(xué)算法表示的濾波效果。 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)是數(shù)字信號(hào)處理中的重要組成部分 ,設(shè)計(jì)過(guò)程較復(fù)雜 ,牽涉到模型逼近 ,指標(biāo)選擇 ,計(jì)算機(jī)仿真 ,性能分析及可行性分析等一系列的工作 ,本文從設(shè)計(jì)原理以及數(shù)學(xué)軟件 MATLAB 出發(fā)闡述數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理與 方法。 Digital filter。大多數(shù)情況下一維模擬信號(hào)的自變量是時(shí)間，經(jīng)過(guò)時(shí)間上的離散化（采樣）和幅度上的離散化（量化），這類(lèi)模擬信號(hào)便成為一維數(shù)字信號(hào)。根據(jù)有用信號(hào)和噪音的不同特性，提取有用信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為濾波，實(shí)現(xiàn)濾波的系統(tǒng)稱(chēng)為濾波器。第五，語(yǔ)音編碼。 6 （ 4）電視 數(shù)字電視取代模擬電視已是必然趨勢(shì)。 （ 7）其他領(lǐng)域 [5] 數(shù)字濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域如此廣泛，以至于想完全列舉他們是根本不可能的，除了以上幾個(gè)領(lǐng)域外，還有很多其他的應(yīng)用領(lǐng)域。無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器的單位抽樣響應(yīng) )(nh 是無(wú)限長(zhǎng)的，其差分方程如（ 22）所示，是遞歸式的，即結(jié)構(gòu)上存在這輸出到輸入的反饋，其系統(tǒng)函數(shù)具有（ 21）的形式，因此在 z平面的有限區(qū)間（ 0|Z|∞）有 極 點(diǎn)存在。這種濾波器一般需要用遞歸 模型 來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而有時(shí)也稱(chēng)為遞歸濾波器。 （ 2）逼近 這是因?yàn)槔硐氲念l率響應(yīng)是不可能實(shí)現(xiàn)的，由于它的幅度響應(yīng)在頻帶之間是突變的，因而其單位抽樣響應(yīng)是非因果的、不可實(shí)現(xiàn)的，只能對(duì)其逼近。 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法 目前， IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)最通用的方法是借助于模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法。 三． 基于 TMS320C5402 的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 的體系結(jié)構(gòu) TMS320VC5402 處理器在本系列中處于先進(jìn)水平。 利用 TMS320C5402 實(shí)現(xiàn) IIR 的程序中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （ 1）數(shù)據(jù)存放要求。這樣在運(yùn)算中不會(huì)對(duì)輸入產(chǎn)生影響。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用產(chǎn)生低通濾波器，運(yùn)用脈沖響應(yīng)不變法或雙線(xiàn)性不變法把模擬濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器。 濾波器的幅頻和相頻曲線(xiàn) 17 在 Simulink 下進(jìn)行設(shè)計(jì) MATLAB 命令行鍵入，進(jìn)入 Simulink 界面； 選擇 Signal Processing Blockset 模塊下 DSP sources 中 Sine Wave 來(lái)產(chǎn)生信號(hào)； 選擇 Sum來(lái)疊加三個(gè)正弦信號(hào)； 選擇 DSP sinks 下的 Vector Scope 進(jìn)行示波； 選擇 Filtering 下的 DigitalFilter Design 模塊進(jìn)行濾波器的導(dǎo)入。電源剛加上電時(shí)， TMS320VC5402 芯片處于復(fù)位狀態(tài)，瓜 S 為低使芯片復(fù)位。其基本原理就是通 20 過(guò)電路提供一個(gè)高低電平發(fā)生變化的信號(hào)，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)這個(gè)信號(hào)不發(fā)生變化，自動(dòng)復(fù)位電路就認(rèn)為系統(tǒng)運(yùn)行不正常并重新對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。隨著 DSP 芯片速度的提高，如果仍然采用這種方式，則要求夕 }部頻率很高，這樣會(huì)引發(fā)高頻干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。表中是 DSP 復(fù)位時(shí)鐘模式設(shè)定，從表中可以看出，不同的CLKMDl 一 CLKMD3 值對(duì)應(yīng)相應(yīng)的時(shí)鐘模式。時(shí)鐘電路也需要消耗一小部分的電流，而且這部分電流是恒定的，與 CPU 和外設(shè)的激活度無(wú)關(guān)。由于有兩個(gè)電源，需要考慮的～個(gè)問(wèn)題是加電次序。而仿真器通過(guò)仿真接口實(shí)現(xiàn)與 DSP 之間的數(shù)據(jù)交互。V C C11V C C33A 1618A 1519A 1420A 1222A 1321A 1124A 1025A926A827A742A643A544A41A32A23A14A05NC23NC28C E 6O E 41W E 17L B 39U B 40D 1538D 1437D 1336D 1235D 1132D 1031D930D829D716D615D514D413D310D29D18D07GND12GND34I S 61L V 12 816U 10+ C 6AC 7A+ R 10360R 11360R 1210KA 13A 12A 11A 10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D 15D 14D 13D 12D 11D 10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0M E M O R Y 存儲(chǔ)器 圖 9 存儲(chǔ)器及擴(kuò)展電路 通常一個(gè) DSP 系統(tǒng)除了 DSP 芯片外，還需要外部的存儲(chǔ)器。 25 接口信號(hào)參數(shù) 表為擴(kuò)展存儲(chǔ)器引腳信號(hào)定義外部接口總線(xiàn)是一組并行接口。 A／ D 轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計(jì) 在 A／ D 轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號(hào)代碼是離散量，所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)必須在一系列選定的瞬間 (亦即時(shí)間坐標(biāo)軸上的一些規(guī)定點(diǎn)上 )對(duì)輸入的模擬信號(hào)取樣，然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。②量化和編碼：我們知道，數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且在數(shù)值上的變化也不是連續(xù)的。①分辨率：它說(shuō)明 A／ D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力， A／ D 轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制 (或十進(jìn)制 )數(shù)的位數(shù)表示。根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的特點(diǎn)，在本數(shù)字濾波器系統(tǒng)中選擇了 Tl 公司的 TLVl570 芯片，它是一款 8通道 10 位 2． 7 到 5． 5V低電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。其中每個(gè)取樣和轉(zhuǎn)換過(guò)程需要 16 個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘 。此外， D／ A轉(zhuǎn)換器也可以用能分辨的最小輸出電壓 (此時(shí)輸入的數(shù)字代碼只有最低有效位為 l，其余各位都是 0)與最大輸出電壓 (此時(shí)輸入的數(shù)字代碼各有效位全為 1)之比給出。 28 R 9910KR 20210KR210KR210KC410A O U T 1A O U T 2A O U T 3A O U T 4A O U T 5A O U T 6A O U T 7A O U T 8B O X 0B O R 0B C L K 0R S Tout 3. 3 v2020111116161818111010121213131414151566778899221919334455N T L V 5608B T ?N T L V 5608D / A 轉(zhuǎn)換 圖 12D/A 轉(zhuǎn)換 電路 DSP 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)之后，軟件設(shè)計(jì)就成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，一個(gè) DSP 系統(tǒng)在很大程度上取決于軟件設(shè)計(jì)是否合理與可靠。 DSP 芯片的初始化是設(shè)定 DSP 芯片工作狀態(tài)的重要步驟，只有正確進(jìn)行 DSP 芯片的初始化，才能保證芯片的正確運(yùn)行。 3)連接時(shí)將矢量表重定位到 IPTR 指定的地址。 將累加器的值送給變量 Y。 vectors． asm 文件為中斷矢量表初始化子程序文件，中斷矢量表是每個(gè) DSP 系統(tǒng)必須用到的，對(duì)中斷矢量表進(jìn)行初始化是 32 DSP 初始化的一個(gè)重要的部分。 （ 2）編寫(xiě)程序需要對(duì)數(shù)據(jù)段、代碼段、堆棧段進(jìn)行設(shè)置。 （ 3）在編寫(xiě)程序時(shí)一定要編寫(xiě)相應(yīng)的中斷向量表文件，這樣在匯編時(shí)才不會(huì)出錯(cuò)。 在 IIR 濾波器結(jié)構(gòu)中，直接 H 型結(jié)構(gòu)是最常用的濾波器結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的二階形式可 作為級(jí)連型和并聯(lián)型結(jié)構(gòu)中的基本節(jié)。 查詢(xún) SPCR20 寄存器的第二位， 當(dāng)為 1時(shí)說(shuō)明 write ready，將 Y值附給 DXRl0，該值為濾波器輸出值。 McBSP 通過(guò)一系列存儲(chǔ)器映射控制寄存器來(lái)進(jìn)行配置和操作。 1MS320Vc5402 芯片加電復(fù)位之后處于預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)，無(wú)論是狀態(tài)寄存器還是控制寄存器都有一個(gè)確定 的數(shù)值。在本系統(tǒng)中初始化程序主要包括： DSP 芯片的初始化、矢量表