【正文】 DSP 芯片的相應(yīng)位置，也就是說(shuō)， 仿真電纜的 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 插頭端子必須與 DSP 芯片的端子一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)然由于 DSP 芯片用軟件模擬器實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行速度是軟件模擬器的一個(gè)突出的缺點(diǎn)，軟件模擬器 DSP芯片的 I/O 時(shí)采用與文件關(guān)聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而調(diào)試中所需的 I/O 可從文件中讀取，輸出到 I/O 口的值也可以存儲(chǔ)在文件中。此外還有一些輔助工具程序，如文件格式轉(zhuǎn)換程序、庫(kù)生產(chǎn)程序和文檔管理程序等。 (6） 快速的指令周期。 DSP 除了具備普通微處理器所強(qiáng)調(diào)的高速運(yùn)算和 控制能力外，針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)，在處理器的結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、指令流程上做了很大的改進(jìn)，其主要特點(diǎn)如下： [10] (1） 采用哈佛結(jié)構(gòu) 。在中國(guó)， MATLAB 也已日益受到重視，短時(shí)間內(nèi)就將盛行起來(lái)，因?yàn)闊o(wú)論哪個(gè)學(xué)科或工程領(lǐng)域都可以從 MATLAB 中找到合適的功能。 功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能 ， 圖示建模仿真功能 ， 文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互的功能 。 概括地講 ， 整個(gè) MATLAB 系統(tǒng)由兩部分組成 ， 即 MATLAB 內(nèi)核及輔助工具箱 ,兩者的調(diào)用構(gòu)成了 MATLAB 的強(qiáng)大功能 。 目前數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)有許多現(xiàn)成的高級(jí)語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序，但他們都存在設(shè)計(jì)效率較低，不具有可視圖形，不便于修改參數(shù)等缺點(diǎn)，而 MATLAB 為數(shù)字濾波 的研究和應(yīng)用提供了一個(gè)直觀、高效、便捷的利器。 [7] 我國(guó)廣泛使用濾波器是 50 年代后期的事，當(dāng)時(shí)主要用于話(huà)路濾波和報(bào)路濾波。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對(duì)濾波器的研究和生產(chǎn)歷來(lái)為各國(guó)所重視。 [10] 近年來(lái) ,在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的 DSP技術(shù)得到了迅速發(fā)展 ,不僅應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域 ,還逐漸滲透到其他科學(xué)研究領(lǐng)域 。 但是，傳統(tǒng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)使用繁瑣的公式計(jì)算，改變參 數(shù)后需要重新計(jì)算，從而在設(shè)計(jì)濾波器尤其是高階濾波器時(shí)工作量很大。 [18]采用 DSP芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)更是當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。自 60 年代起由 于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多 功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為 70 年代以后的主攻方向。數(shù)字濾波器按單位脈沖響應(yīng)的性質(zhì)可分為無(wú)限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)濾波器 IIR 和有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)濾波器 (FIR)兩種。其中的信號(hào)處理工具箱、圖像處理工具箱、小波工具箱等更是為數(shù)字濾波研究的蓬勃發(fā)展提供了可能。 (2) 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句 (如 for 循環(huán) ， while 循環(huán) ， break 語(yǔ)句 ， if 語(yǔ)句和 switch語(yǔ)句 )， 又有面向?qū)ο蟮木幊烫匦?。 除內(nèi)部函數(shù)外 ， 所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件 ， 用戶(hù)可修改源文件和加入自己的文件 ， 它們可以與庫(kù)函數(shù)一樣被調(diào)用 。 數(shù)字信號(hào)處理器，也稱(chēng) DSP 芯片，是針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理需要而設(shè)計(jì)的一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，它是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技 術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 DSP 芯片都采用多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，可同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并由輔助寄存器自動(dòng)增減地址進(jìn)行尋址，使 CPU 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可多次對(duì)程序空間和數(shù)據(jù)空間進(jìn)行訪問(wèn)，大大提高了 DSP 的運(yùn)行速度。 (9） 省電管理和低功耗。 (2) 初學(xué)者工具 DSK 初學(xué)者工具 DSK 是 RTI 公司提供給初學(xué)者進(jìn)行 DSP 編程練習(xí)的一套廉價(jià)的實(shí)時(shí) 軟件調(diào)試工具。調(diào)試接口也采用上述的 C/匯編源代碼測(cè)試器。由于高速 DSP 芯片具有 高度并行的結(jié)構(gòu)，快速的指令周期，高密度的封裝等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的電路仿真方法很難實(shí)現(xiàn)可靠的仿真。 硬件在線(xiàn)編程可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在 DSP 芯片上，與硬件開(kāi)發(fā)板相結(jié)合進(jìn)行在線(xiàn)編程和調(diào)試應(yīng)用程序。 (8） 分析工具，包括模擬器分析和仿真器分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能、評(píng)價(jià)代碼執(zhí)行的時(shí)鐘。 圖 11 CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境界面 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 2 IIR 數(shù)字濾波器 設(shè)計(jì) 的方案選擇及原理分析 總體方案比較 基于 MATLAB 的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方案如下： 方案一： 程序 設(shè)計(jì)法 。 采用經(jīng)典低通濾波器作為連續(xù)域上的設(shè)計(jì)模型，通過(guò)頻域變換得到 IIR 數(shù)字濾波器，最后還要進(jìn)行離散化處理。這個(gè)函數(shù)與 butter函數(shù)很相似，但他可以指定兩個(gè)階參數(shù)，其中歸一化和非歸一化各一個(gè)。實(shí)際實(shí)現(xiàn)中 ， 采用了一種時(shí)間反折技術(shù) (time reversing technique)， 兩個(gè)濾波器的傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)成相同的 ， 但是經(jīng)過(guò)第一個(gè)濾波器得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一次反折 ， 即后入先出 ， 這樣經(jīng)過(guò)第二個(gè)濾波器后就跟原序列經(jīng)過(guò)上述 H1(z)， H2(z)的效果是相同的。 IIR 濾波器的傳遞函數(shù) 求 IIR 濾波器的傳遞函數(shù) H(z)時(shí)， 應(yīng)把差分方程 【式 （ 3） 】 的兩邊加以 Z 變換， 得出： ? ? ? ? ? ?01MNmnmnmnY Z X Z a Z Y Z b Z???????? （ 5） 式中 x(Z)、 Y(Z)分別表示輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的 Z變換。為了保證轉(zhuǎn)換后的 H(Z)穩(wěn)定且滿(mǎn)足技術(shù)要求，對(duì)轉(zhuǎn)換關(guān)系提 出兩點(diǎn)要求 ： (1) 因果穩(wěn)定的模擬濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器，仍是因果穩(wěn)定的。亦即得到 ? ? ? ? ? ?10 0 1 1 0nnNN kS k T S Tkk nnk k n n kH Z g k Z A e Z A e Z? ? ???? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ??? ??? ? ? ?? ? ? ? ? （ 11） 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 此無(wú)限等比級(jí)數(shù)可改寫(xiě)為 ? ? 11 1 nN nS k Tn AHZ eZ? ??? ?? （ 12） 在這里把式 (12)看作是由 S域向 Z域的變換，就 導(dǎo)出了 STZe? 的關(guān)系（稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn) Z變換）。這稱(chēng)為預(yù)變形。 第二 ,因 果穩(wěn)定的 Ha(s)應(yīng)能映射成因果穩(wěn)定的 H(z)。 [7] FDATool 的 界面總共分兩大部分 （ 其界面如圖 31 所示 ）， 一部分是 Design Filter。它的具體選項(xiàng)由 Filter Type 選項(xiàng)和 Design Method 選項(xiàng)決定。 本例中 ， 首先在 Filter Type 中選擇 Bandpass(帶通濾波器 )；在 Design Method 選項(xiàng)中選擇 IIR，接著在相鄰的右則選項(xiàng)中選擇 Chebyshev I(切比雪夫 I 型 )；指定 Filter Order項(xiàng)中的 Specify Order=10；由于采用的是切比雪夫設(shè)計(jì)，不必在 Options 中選擇；然后在Frequency Specifications 中選擇 Unit 為 Hz，給出采樣頻率 Fs=1000，通帶 Fpass1=100 和Fpass2=200；最后在 Magnitude Specifications 中選擇 Unit為 db， Apass=。 設(shè)計(jì) Butterworth 濾波器用函數(shù) butter()，可以設(shè)計(jì)低通、高通、帶通和帶阻的數(shù)字和模擬濾波器，其特性是通帶內(nèi)的幅度響應(yīng)最大限度的平滑，但損失了截止頻率處的下降斜度。與 Butterworth 和 chebyshev 濾波器相比， ellip 函數(shù)可以得到下降斜度更大的濾波器，得到通帶和阻帶均為等波紋。 產(chǎn)生 3 個(gè)正弦成分 (80Hz， 150Hz和 250Hz)的信號(hào)，利用 設(shè)計(jì)的帶通濾波器 來(lái)去除 80Hz 和 250Hz 的 正弦信號(hào)， 保留 150Hz 的 信號(hào)。Time(seconds)39。white39。color39。)； axis([0 1 1 1])； (4) 繪出信號(hào)濾波前、后的幅頻圖（如圖 39 所示） S=fft(s,512)； SF=fft(sf,512)； w=(0:255)/256*(Fs/2)； plot(w,abs([S(1:256)39。)； xlabel(39。濾波后的幅頻 39。white39。 axis([0 1 1 1])。)。 在一個(gè)采樣頻率是 10Hz 的數(shù)字系統(tǒng)中，一頻率為 1000Hz 的正弦波混入了 1300Hz 和 1400Hz 的同幅度正弦干擾信號(hào)，采用 設(shè)計(jì)的 IIR 濾波器對(duì)其進(jìn)行 濾波，并觀察濾波后的效果，以此來(lái)判斷所設(shè)計(jì)的濾 波器是否符合要求。,1/1800,10,1/10000)； my_signal=u1+u2+u3； 在 SPTool 窗口下，用 File→ Import 命令調(diào)入信號(hào) my_signal，采樣頻率設(shè)置為10000Hz，使用默認(rèn)名 sig3。 圖 313 濾波器幅頻特性 (5) 觀察濾波效果 在信號(hào)列表框中，選擇 sig1 信號(hào)，在濾波器列表框中，選擇 filt1[design]；單擊濾波器列表框下的 Apply 按鈕，在彈 出窗口中輸入輸出信號(hào)名 (默認(rèn)名為 sig2)，單擊 OK。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 4 IIR 濾波器在 DSP 上的實(shí)現(xiàn) IIR 數(shù)字濾波器 在 DSP 上的實(shí)現(xiàn)步驟和條件 IIR 數(shù)字濾波器在 DSP 上的設(shè)計(jì)過(guò)程如下： (1)根據(jù)指標(biāo)確定濾波器的類(lèi)型，設(shè)計(jì)出濾波器的參數(shù)； (2)根據(jù) DSP 的特點(diǎn)（字長(zhǎng)、精度等）對(duì)參數(shù)進(jìn)行取舍、量化，然后進(jìn)行仿真； (3)根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)濾波器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)再次進(jìn)行調(diào)整 ,直到滿(mǎn)足要求為止； (4)在 DSP 上用語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)濾波器功能。 下面 以一個(gè)低通 IIR 數(shù)字濾波器在 DSP 芯片 TMS320VC5416 上的實(shí)現(xiàn)為例，敘述其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 解決此問(wèn)題的有效方法是把高階 IIR 數(shù)字濾波器簡(jiǎn)化成幾個(gè) 2 階濾波器來(lái)設(shè)計(jì)，即采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。 由于這些寄存器是存儲(chǔ)器映像， 所以 像對(duì) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作那樣對(duì)它們進(jìn)行讀出和寫(xiě)入 。該寄存器的高 9 位是 IPTR，用于設(shè)置矢量 表的起始地址； (3) 連接時(shí)將矢量表重定位到 IPTR 指定的地址。數(shù)據(jù)采集時(shí)要先通過(guò) DSP的 DMA 功能將輸入數(shù)據(jù)保存在外部 SRAM 中 , 采樣結(jié)束后再將要濾波的數(shù)據(jù)通過(guò) DMA 載入內(nèi)部 RAM 中 , 從而提高處理速度。 DSP 送給 A/D 抽樣時(shí)鐘，對(duì)輸入的模擬信 號(hào)抽樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)，然后由 CPLD 提供時(shí)序，讀取每次的抽樣信號(hào)，送到 DSP 中進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，最后仍由按照 CPLD 提供的時(shí)序?qū)⑦\(yùn)算結(jié)果送到 D/A 中 ，由 D/A 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 參考文獻(xiàn) [1] 王世一 ，數(shù) 字信號(hào)處理 ,北京： 北京理工大學(xué)出版社 ， 1997 年 12 月第二版 [2] 丁玉美，高西全 ，數(shù)字信號(hào)處理，西安：西安電子科技大學(xué)出版社， [3] 汪安民，《 TMS320C54XX DSP 實(shí)用技術(shù)》， 北京： 清華大學(xué)出版社， [4] 程佩青，《數(shù)字信號(hào)處理教程》， 北京： 清華大學(xué)出版社， [5] 胡廣書(shū)，數(shù)字信號(hào)處理、理 論、算法與實(shí)現(xiàn)，北京：清華大學(xué)出版社， 1997 [6] 蔣志凱，數(shù)字濾波器與卡爾曼濾波，北京 ： 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社， 1993 [7] 樓順天，李博菡，基于 MATLAB 的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 信號(hào)處理，西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1998 [8] 李海濤，鄧櫻， MATLAB 程序設(shè)計(jì)課程，北京： 高等教育出版社， [9] 郭仕劍，王寶順，賀志國(guó)，楊可心等， 數(shù)字信號(hào)處理，北京：人民郵電出版社， [10] 鄒彥， DSP原理與應(yīng)用，北京：電子工業(yè)出版社， [11] 常華 ，袁剛，常敏嘉，仿真軟件教程 Multisim 和 MATLAB，北京：清華大學(xué)出版社， [12] 彭啟宗，管慶等 ,DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 — CCS及 DSP/BIOS 的原理與應(yīng)用 ,北京 ： 電子 工 業(yè)出版社， [13] 戴明禎，周建江， TMs320C54xDSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用 ， 北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社， [14] 劉敏等 ,MATLAB通信仿真與應(yīng)用 ， 北京 ： 北京國(guó)防 t 業(yè)出版社 ， 20xx [15] 張志涌，精通 MATLAB，北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx [16] 陳桂明，應(yīng) 用 MATLAB 語(yǔ)言處理數(shù)字信號(hào)與數(shù)字圖象，北京：科學(xué)出版社， 20xx [17] 管致中，夏恭格，信號(hào)與線(xiàn)性系統(tǒng)，北京：高等教育出版社， 1992 年 10 月第三版 [18] 李昌立，李雙田， DSP 的發(fā)展概況和應(yīng)用前景，中興新通信， [19] 劉和平 ， TMS320LF240x DSP C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用 ， 北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社 ， 20xx 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 致 謝 近四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在此期間得到了很多老師和同學(xué)的關(guān)心與支持，借此機(jī)會(huì)向所有他們表示忠心的感謝 ! 謹(jǐn)向長(zhǎng)春工程學(xué)院電子信號(hào)工程系教研室 在我攻讀大學(xué)學(xué)習(xí)期間給予我?guī)椭完P(guān)懷表示最真摯的感謝！ 在此，特向 倪虹霞老師表示衷心的感謝！在學(xué)習(xí)和生活上給予我許多的關(guān)懷和幫助，謝謝您！對(duì)我給予了無(wú)微不至的關(guān)