【正文】 ................................................................. 28 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程 ............................................................................... 28 DSP 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具 ............................................................................... 28 FIR 濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn) ................................................................................. 29 系數(shù)量化 .................................................................................................. 29 量化誤差 .................................................................................................. 30 FIR 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) .................................................................... 31 FIR 匯編程序及 CCS 調(diào)試 ...................................................................... 31 FIR 濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn) .......................................................................... 34 本章小結(jié) ......................................................................................................... 35 結(jié)論 ............................................................................................................................ 36 致謝 ............................................................................................................................ 37 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 38 附錄 A ........................................................................................................................ 40 附錄 B ........................................................................................................................ 47 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 21 世紀(jì)是數(shù)字化的時(shí)代，隨著越來(lái)越多的電子產(chǎn)品將數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)作為技術(shù)核心， DSP 已經(jīng)成為推動(dòng)數(shù)字化進(jìn)程的動(dòng)力。 studying the feasibility of the way of calculation。 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(kāi)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。同時(shí) DSP(數(shù)字信號(hào)處理器 )的出現(xiàn)和 FPGA 的迅速發(fā)展也促進(jìn)了數(shù)字濾波器的發(fā)展，并為數(shù)字濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)提供了更多的選擇。 applies DSP integrated developing surroundingsCCS to debug assembler。FIR。采用 DSP 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì) 。幾乎每一科學(xué)和工程領(lǐng)域例如聲學(xué)、物理學(xué)、通信、數(shù)據(jù)通信、控制系統(tǒng)和雷達(dá)等都涉及信號(hào)。用可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波的又一優(yōu)勢(shì)是 ： 通過(guò)修改濾波器的參數(shù)十分方便的改變?yōu)V波器的特性。 1979 年美國(guó) Intel 公司發(fā)布的商用可編程器 S2920 是 DSP芯片的一個(gè)重要里程碑。 位串行乘法器的實(shí)現(xiàn)方法主要是通過(guò)對(duì)乘法運(yùn)算進(jìn)行分解，用加法器來(lái)完成乘法的功能，也即無(wú)乘法操作的乘法器。比如用 MATLAB 就幾乎可以實(shí)現(xiàn)所 有數(shù)字濾波器的仿真。由于 FPGA 產(chǎn)品的迅速發(fā)展，人們可以利 用 Atera、 Xilinx 等產(chǎn)品，使用其相關(guān)開(kāi)發(fā)工具和 VHDL 等硬件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，通過(guò)軟件編程用硬件實(shí)現(xiàn)特定的數(shù)字濾波算法。 FIR 濾波器不斷地對(duì)輸入樣本 x(n)延時(shí)后，再作乘法累加算法，將濾波結(jié)果 y(n)輸出，因此， FIR 實(shí)際上是一種乘法累加運(yùn)算。因此這種方法的重點(diǎn)在于選擇某種合適的窗函數(shù)和一種理想濾波器。 表 21 幾種常用窗函數(shù)對(duì)比 窗函數(shù) 旁瓣峰值衰減 (db) 過(guò)渡帶 (△ω ) 阻帶最小衰減 (db) 矩形窗 13 4π /N 21 三角形 27 8π /N 25 漢寧窗 31 8π /N 44 海明窗 41 8π /N 53 布萊克曼窗 57 12π /N 74 凱塞窗 57 10π /N 80 窗函數(shù)的選擇原則是： 1．具有較低的旁瓣幅度，尤其是第一旁瓣幅度； 2． 旁瓣幅度下降速度要大，以利增加阻帶衰減； 3．主瓣的寬度要窄，以獲得較陡的過(guò)渡帶。 2．海明 (Hamming)窗 海明窗又稱改進(jìn)的升余弦窗。 綜合以上窗函數(shù)特點(diǎn)，選用最優(yōu)和適應(yīng)性較強(qiáng)的凱塞窗來(lái)設(shè)計(jì) FIR 濾波器。 數(shù)字濾波器頻域設(shè)計(jì)的最優(yōu)方法 —— 等波紋切比雪夫法，是采用最大誤差最小準(zhǔn)則得到最優(yōu)數(shù)字濾波器，而且其最優(yōu)解唯一。我們定義逼近誤差函數(shù)為 ： ( ) ( ) [ ( ) ( ) ]jjdeE W H e A e????? ? ? （ 2－ 18） 其中， ()W? 為加權(quán)函數(shù)，要求 ()E? 、 ()W? 及 ()jdHe? 只在 0 ????區(qū)間有定義。 另一種更為有效的方法是多項(xiàng)式內(nèi)插公式，可求得 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 21121()( 1)()iL jkdkkLk kb H eW????????? ??? （ 2－ 21） 其中 21,1Lki i k kib xx???? ??， 也即若 ()jeAe? 由滿足 (2－ 17)、 (2－ 19)式確定的 ka 并且 ? 由 (2－ 21)式給出，則誤差函數(shù)就會(huì)通過(guò) (L+2)個(gè)頻率 i? 上的 ?? 處。直接由差分方程可畫出對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其單位沖擊響應(yīng)有如下特性 ： ( ) ( 1 )h n h N n? ? ? （ 2－ 26） 當(dāng) N 為偶數(shù)時(shí)， 12 ( 1 )0( ) [ ][ ]N n N nnH z h n z Z? ? ? ? ????? （ 2－ 27） 其網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu) (信號(hào)流圖 )如圖 23(a)所示 當(dāng) N 為奇數(shù)， 12 1[]( 1 ) 201( ) [ ] [ ] ( )2N nn N nnNH z h n z Z h z? ??? ? ? ???? ? ?? （ 2－ 28） 其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (信號(hào)流圖 )如圖 23(b)所示 x ( n )Z 1Z 1h [ N / 2 1 ]h [ 0 ] h [ 1 ]y ( n )Z 1h [ N / 2 ]h [ 2 ]Z 1Z 1Z 1 (a) N 為偶數(shù) x ( n )Z 1Z 1h [ ( N 3 ) / 2 ]h [ 0 ] h [ 1 ]y ( n )Z 1h [ ( N 1 ) / 2 ]h [ 2 ]Z 1Z 1Z 1Z 1 (b) N 為奇數(shù) 圖 23 線性相位 FIR 濾波器的直接型結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是 ： 簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從實(shí)現(xiàn)的難易程度上來(lái)分析，兩種結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)是不一樣的。利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器把濾波所要完成的 運(yùn)算編成程序通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，軟件可由使用者自己編寫，也可以使用現(xiàn)成的。 3． 采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)來(lái)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。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 第 3章 基于 MATLAB 的 FIR 濾波 器的設(shè)計(jì) MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 語(yǔ)言是當(dāng)今國(guó)際上科學(xué)界最具影響力、也是最有活力的軟件之一。在 MATLAB 中提供的濾波函數(shù)有 1()fir ，此函數(shù)以經(jīng)典的方法實(shí)現(xiàn)加窗線性相位 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)出低通、高通、帶通和帶阻濾波器 ； 2()fir 函數(shù)設(shè)計(jì)的 FIR 濾波器，其濾波器的頻率特性由矢量 f和 m 決定， f ， m 分別為濾波器的期望幅頻響應(yīng)的頻率相量和幅值相量。該工具包是 TI 公司與 Mathmorks 公司共同開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，在MATLAB/SIMULINK 環(huán) 境中嵌入了 eXpressDSP 工具箱，支持 C24X 及 C28X系列的 DSP 處理器。 MATLAB 中的 fdatool 工具集成了數(shù)字濾波器的各種設(shè) 計(jì)方法，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程。選為低通 (Lowpass)。 性能指標(biāo) 采樣頻率 fs=lhz； 通帶截止頻率 fpass=； 阻帶截止頻率 fstop=； 通帶衰減 Apass=ldB； 阻帶衰減 Astop=40dB。 %采樣間隔 n=0:T:400。 subplot(2,1,1)。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 第 4章 數(shù)字濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn) 數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processor)是一種適合對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器，其主要用來(lái)實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。 subplot(2,1,2)。 kf=fs/2。 const real64_T B[33] = { , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , }； 所設(shè)計(jì)的 FIR 數(shù)字濾波器如下 ： h[0]=h[32]= h[1]=h[31]= h[2]=h[30]= h[3]=h[29]= h[4]=h[28]= h[5]=h[27]= h[6]=h[26]= h[7]=h[25]= h[8]=h[24]= h[9]=h[23]= h[10]=h[22]= h[11]=h[21]= h[12]=h[20]= h[13]=h[19]= h[14]=h[18]= h[15]=h[17]= h[16]= 所設(shè)計(jì)的 FIR 低通濾波器的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)如圖 33 所示。選為窗函數(shù)法 (Window)，采用凱塞 (kaiser)窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器。 設(shè)計(jì)要求 以下列輸入信號(hào)為例 ： 1 2 3( ) sin 2 sin 2 ( 2) c os 2 ( 2)x n f n f n f n? ? ?? ? ? ? ? 1 hz? ； 2 hz? ； 3 hz? ； 設(shè)計(jì)一個(gè) fir 數(shù)字低通濾波器，濾除 2f 和 3f 的信號(hào)成分。用戶可以在 MATLAB 中調(diào)