【正文】 uments 也于 1982 年推出了其第一代 DSP 芯片 TMS32020及其系列產(chǎn)品，它們都是基于 NMOS 工藝。 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究 20 世紀(jì) 60 年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并得到了迅猛的發(fā)展。 在信號處理領(lǐng)域中，對于信號處理的實(shí)時(shí)性、快速性的要求越來越高，因此在許多信息處理過程中，如對信號的過濾、檢測、預(yù)測等，都要廣泛地用到濾波器。自適應(yīng)濾波即利用前一時(shí)刻已獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動(dòng)地調(diào)節(jié)（更新）現(xiàn)時(shí)刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號和噪聲未 知的統(tǒng)計(jì)特性，或者隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。 關(guān)鍵詞 ： DSP； TMS320C5410； FIR 濾波器； FFT/IFFT；自適應(yīng)濾波器 目 錄 1 緒 論 ......................................................................................................................................3 引言 ............................................................. 3 課題背景及研究意義 ............................................... 4 課題背景 .................................................... 4 研究意義 .................................................... 4 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究 ............................................. 4 主要研究內(nèi)容 ..................................................... 5 2 DSP 及其開發(fā)環(huán)境 ....................................................... 7 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成 .............................................. 7 DSP 系統(tǒng)硬件電路圖 .......................................... 8 TI DSP 介紹 ....................................................... 9 CCS 開發(fā)環(huán)境 ..................................................... 10 CCS 集成開發(fā)環(huán)境 ........................................... 11 3 FIR 濾波器的設(shè)計(jì) ...................................................... 13 FIR 濾波器的基本理論 ............................................. 13 FIR 濾波器的特點(diǎn) ........................................... 13 FIR 濾波器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法 ......................................... 14 窗函數(shù)法 ................................................... 14 Chebyshev 逼近法 ........................................... 16 FIR 濾波器的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) .......................................... 17 帶通濾波器的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) ..................................... 17 低通濾波器的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) .................................... 19 4 FIR 濾波器的應(yīng)用及其 DSP 實(shí)現(xiàn) .......................................... 20 FFT/IFFT 算法程序及應(yīng)用 .......................................... 21 FFT 設(shè)計(jì)方法 ............................................... 21 FFT 算法的實(shí)現(xiàn) ............................................. 22 FFT 算法的仿真和測試結(jié)果 ................................... 24 FIR 濾波器的 DSP 的實(shí)現(xiàn) ........................................... 25 FIR 濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 ....................................... 25 FIR 濾波器的軟件設(shè)計(jì)及其調(diào)試 ............................... 26 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................... 31 附錄 A MATLAB 程序 ................................................... 32 附錄 B FFT 的 DSP 實(shí)現(xiàn)程序 ............................................ 34 1 緒 論 引言 隨著信息時(shí)代和數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號處理已成為如今一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。目前的 DSP 芯片以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能在通信和其他信號處理領(lǐng)域得到廣泛注意并已成為開發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)技術(shù)。 數(shù)字信號處理（ DSP）是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方法、對信號進(jìn)行采集、濾波、增強(qiáng)、壓縮、估值和識別等加工處理，借以達(dá)到提取信息和便于應(yīng)用的目的，其應(yīng)用范圍涉及幾乎所有的工程技術(shù)領(lǐng)域。 目前 FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)方法大致可分為三種：利用單片通用數(shù)字濾波器集成電路、DSP器件和可 編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。 研究意義 用可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波可通過修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性。因此數(shù)字信號處理技術(shù)多是停留在理論上，得不到廣泛的應(yīng)用，但這為 DSP 的誕生打下了基礎(chǔ)。 80 年代中期，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)尤其是 CMOS 技術(shù)的發(fā)展，基于 CMOS 工藝的 DSP 應(yīng)運(yùn)而生，體積功耗都大大減少，而存儲容量和運(yùn)算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)； 80 年代后期， DSP 運(yùn)算速 度進(jìn)一步提高，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。 DSP 器件應(yīng)用面從起初的局限于軍工，航空航天等軍事領(lǐng)域 ,擴(kuò)展到今天的諸多電子行業(yè)及消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。 圖 典型的 DSP系統(tǒng) 圖 是一個(gè)用 DSP 做信號處理的典型框圖。 (4)穩(wěn)定性好 DSP 系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)， 受周圍環(huán)境，如噪聲、溫度等的影響小、可靠性高； (5)精度高 例如 16 位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到 105 的精度； (6)可 重復(fù)性好 模擬系統(tǒng)的性能受元件參數(shù)性能變化影響大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，更便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。 一般來說 DSP 的設(shè)計(jì)過程應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)流程，如圖 示。它是一個(gè)控制器系列，主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，它除了具有一個(gè) DSP 內(nèi)核外，還有大量的片內(nèi)外設(shè)資源，如 A/D、定時(shí)器、各種同步和異步串口、看門狗、 CAN 總線接口等；加上其價(jià)格低廉，速度更高，可靠性更強(qiáng)，可以取代傳統(tǒng)單片機(jī)。在 TI 的所有系列 DSP 中運(yùn)行速度最快。這種并行性支持一套強(qiáng)大的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和位操作運(yùn)算 ，所以使得這些運(yùn)算可以在單個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。 下面將著重介紹前兩項(xiàng)。所以，一般在編程過程中，使用 rcp 文件對程序進(jìn)行內(nèi)存分 rcp 文件全稱是 recipe 文件，這是一種圖形化界面的內(nèi)存分配文件。 本來在計(jì)算量相等的情況下， IIR 數(shù)字濾波器比 FIR 濾波器的幅頻特性優(yōu)越，頻率選擇性也好，但是，它有著致命的缺點(diǎn)，相位特性不好控制。若上式中所有的 kb 均為零，則有 FIR濾波器的差分方程為： ??? ?? 10 )()( Nk k knxany () 對上式進(jìn)行 Z變換得到 FIR濾波器的傳遞函數(shù)為： ? ? ? ?? ? ??? ??? 10Ni kk zbzX zYzH () 由上式可以看出， H(z)是 1?Z 的 N1次多項(xiàng)式，它在 z平面內(nèi)有 N1個(gè)零點(diǎn)，同時(shí)在原點(diǎn)處有 N1個(gè)重極點(diǎn)。其中窗函數(shù)法可以應(yīng)用比較現(xiàn)成的窗函數(shù)，因而設(shè)計(jì)簡單，在指標(biāo)要求不高的場合使用方便靈活。結(jié)果就是截取出的信號也相應(yīng)失真，為了補(bǔ) 償這種失真，只有改變原來窗口的形狀，修正經(jīng)過時(shí)域截取后的窗口失真。此外，它的阻帶最大衰減一般，也只有 3050dB左右， 很難滿足頻域特性要求較高的場合。 fir1是采用經(jīng)典窗函數(shù)法 設(shè)計(jì)線性相位 FIR數(shù)字濾波器，且具有標(biāo)準(zhǔn)低通、帶通、高通和帶阻等類型 ]12~11[ 。 帶通濾波器的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) 使用矩形窗、 Hanning窗、 Hamming窗、布萊克曼窗四種窗對帶通原型進(jìn)行截取。 (a)幅度響應(yīng) (b)相位響應(yīng) 圖 hamming窗濾波器的幅度響應(yīng)與相位響應(yīng) 4 FIR 濾波器的應(yīng)用及其 DSP 實(shí)現(xiàn) FFT/IFFT 算法程序及應(yīng)用 FFT 設(shè)計(jì)方法 FFT是 DFT的一個(gè)快速算法，是為減少 DFT計(jì)算次數(shù)的一種快速有效的算法。 DIT FFT算法是在時(shí)域內(nèi)將每一級輸入序列依次按奇 /偶分成 2個(gè)短序列進(jìn)行 計(jì)算，而 DIF FFT算法是在頻域內(nèi)將每一級輸入序列依次按奇 /偶分成 2個(gè)短序列進(jìn)行計(jì)算。設(shè)蝶形的輸入分別為 P和 Q，輸出分別為 P? 和Q? ，則有： kNkNQWPWPP?????? () 在時(shí)間抽取 FFT算法過程中，輸入序列是碼位倒置或稱比特反轉(zhuǎn)的，也就是說，如果將序列的下標(biāo)用二進(jìn)制表示，那么這個(gè)序列是按照二進(jìn)制數(shù)的相反方向排列。 用 TMS3205410的匯編程序?qū)崿F(xiàn) FFT算法主要分為四步： (1)實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的比特反轉(zhuǎn) 輸入數(shù)據(jù)的比特反轉(zhuǎn)實(shí)際上就是將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行位碼倒置，以便在整個(gè)運(yùn)算后的輸出序列是 一個(gè)自然序列。 TMS3205410 是 16 位的定點(diǎn)處理器，所以在進(jìn)行匯編程序設(shè)計(jì)時(shí)， FIR 濾波器系數(shù)要采用 Q15 格式，即必須將上述系數(shù)轉(zhuǎn)化為 Q15 格式，這只要將濾波器各系數(shù)乘以 215即可。 Src表示累加器，可以是 A累加器或是 B累加器。如圖 示。這是因?yàn)椋词棺罴训?C編譯器，也無法在所有的情況下都能夠最佳地利用 DSP芯片所提供的各種資源。 (3) 對 c 程序進(jìn)行編譯 .生成相應(yīng)的匯編程序，然后對匯編程序進(jìn)行手工優(yōu)化和修改。函數(shù)返回時(shí) ARP必須為 to(3 )，中斷程序必須保護(hù)所有用到的寄存器。例如，在 C 程序中定義了變量 x，如果要在匯編程序使用，既標(biāo)記為“ x，如果僅在匯編中使用，則只要不加下劃杠，即使與 C 程序中定義的對象名相同，也不會造成沖突。與獨(dú)立編寫匯編程序?qū)崿F(xiàn)混合編程相比，這種方法具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 程序的入口和出口由 C 語言自動(dòng)管理，不必手 工編寫匯編程序?qū)崿F(xiàn)。如果硬件沒有問題 , 程序就可以正常下載 , 這時(shí)打開Momery窗口 , 可以看到數(shù)據(jù)存儲器已經(jīng)被劃分 coff_ fir, d_ data_ buffer, in_ buffer,out_ buffer等區(qū)。 N=0:Nwin1。 Subplot（ posplot） 。 Stext=39。 stext=39。 plot(f/pi,20*log10(mag/max(mag)))。 grid end A3:窗口函數(shù)設(shè)計(jì) FIR 帶通濾波器的 MATLAB 程序： ws1=*pi。 wc2=(ws2+wp2)/2*pi。 delta_w=2*pi/1000。 { int it,m,is,i,j,nv,l0。 i++) { j=m/2。 pr[1]=cos(p)。 pr[i]=pq。 fr[it+1]=vrfr[it+1]。 for (it=0。 poddr=pq。 i++) { fr[i]=fr[i]/(*n)