【正文】 用這些圖形化的功能模塊及 SIMLTLINK 環(huán)境中的其他模塊建立數字信號處理的模型，并可以對模塊進行仿真驗證，然后生成 DSP 的 C 語言代碼及 CCS 的工程項目文件，在 CCS 中修改、編譯后就可以下載到 DSP 目標板中運行 [12]。 cos()firr 用于設 計具有光滑，正弦過渡帶的低通線性相位濾波器。它提供了強大的科學運算、靈活的程序設計流程、高質量的圖形可視化與界面設計、便捷的與其他程序和語言接口的功能。 4． 用 FPGA 等可編程器件實現(xiàn) 使用相關開發(fā)工具和 VHDL 等硬件開發(fā)語言，通過軟件編程用硬件實現(xiàn)特定的數字濾波算法。但是這種方法速度慢，難以對信號進行實時處理，雖然可以用快速傅立葉變換算法來加快計算速度，但要達到實時處理要付出很高的代價，因而該方法多用于教學與科研。事實上，線性相位 FIR 濾波器是用得最多的 FIR 濾波器，過去用資源有限的 ASIC、 FPGA 設計階數不多的對稱系數 FIR 濾波器時就采用直接型結構。一個有限長序列可以由相同長度頻域采樣值唯一 確定。 1100( ) ( ) ( ) ( )NNrniy n b x n r h i x n i????? ? ? ??? （ 2－ 24） 式中， rb 為實數 ； ()xn 為輸入序列， ()yn 為輸出序列， ()hi 單位采樣響應。 通過 (2－ 22)式可計算通帶和阻帶中多處頻域的 ()jeAe? 和 ()E? 值。即最佳逼近就是在 min(max ( ) )E ? 意義上所求得的逼近。 對于 I 型 FIR 數字濾波器，其頻響可表示為 ： 1( ) (0 ) 2 ( ) c o s ( )Lje e enA e h h n n? ???? ? （ 2－ 16） 其中， ()ehn為濾波器系數， 2ML? ， M 為濾波器階數。若被逼近的頻率響應比較平滑，則各采樣點之間的逼近誤差較小 ； 反之，則逼近誤差較大。 3．布萊克曼 (Blackman)窗 布萊克曼窗又稱二階升余弦窗。當選用主瓣寬度較窄時，雖然得到較陡的過渡帶，但通帶和阻帶的波動明顯增加 ： 當選用最小的旁瓣幅度時，雖能得到勻滑的幅度響 應和較小的阻帶波動，但過渡帶加寬。 任何數字濾波器的頻率響應 ()jAe? 都是 ? 的周期函數，它的傅立葉級數展開式為 ： 10( ) ( )Nj jndnH e h n e??? ??? ? （ 2－ 1） 其中 201s in [ ( ) ]1 2( ) ( )12 ()2cj j nddLnh n H e e d Ln??????????? ??? （ 2－ 2） 其中的 c? 為濾波器的歸一化的截止頻率。穩(wěn)定和線性相位 特性是 FIR 濾波器的突出優(yōu)點。 比較以上方法可見 ： 可以采用 MATLAB 等軟件來學習數字濾波器的基本知識，計算數字濾波器的系數，研究算法的可行性，對數字濾波器進行前期的設計和仿真。 2． 用 DSP(Digital Signal Processing)處理器實現(xiàn) DSP 處理器是專為數字信號處理而設計的，如 TI 公司的 TMS320C54x 系列， AD 公司的 ADSP2IX， ADSP210X 系列等。 分布式算法 (distributed arithmetic， DA)的主要特點是巧妙的利用 ROM 查找表將固定系數的乘累加 (Multiplyaccumulator， MAC)運算轉化為查表操作，它與傳統(tǒng)算法實現(xiàn)乘累加運算的不同在于執(zhí)行部分積運算的先后順序不同。在這之后，最成功的 DSP 芯片當數美國德州儀器公司(Texas Instruments，簡稱 TI)的一系列產品，其 DSP 市場份額占全世界份額近的50%。 2． 對干擾信號的抑制能力有了明顯提高，這對系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性的提高起到了促進作用。這些過程都可能包含衰減一個頻率范圍，阻止或隔離一些頻率成分，用數字濾波器來實現(xiàn)這些功能是方便、有效、可行的 [3]。 在數字信號處理中，數字濾波占有極其重要的地位。 Abstract .................................................................................... 錯誤 !未找到引用源。 using the MATLAB software to learn basic knowledge of digital filter: calculating the coefficient of digital filter。用 DSP 芯片實現(xiàn) FIR 數字濾波器，不僅具有精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點，而且因 DSP 芯片的可編程性，可方便地修改濾波器參數，從而改變?yōu)V波器的特性，設計十分靈活。 DSP 芯片是一種特別適合數字信號處理運算的微處理器，主要用來實時、快速地實現(xiàn)各種數字信號處理算法。 uses TMS320C5416 to realize FIR digital filter. The specific works include: analyzing and discussing basic theories of FIR digital filter。MATLAB xx 大學學士學位論文 III 目錄 摘要 …… .................................................................................. 錯誤 !未找到引用源。 近年來， DSP 技術在我國也得到了迅速的發(fā)展，不論是在科學技術研究，還是在產品的開發(fā)等方面，其應用越來越廣泛，并取得了豐碩的成果。在許多應用中都希望根據期望的指標把一個信號的頻譜加以修改、整形或運算。有限長單位沖激響 xx 大學學士學位論文 2 應 (FIR)數字濾波器，與傳統(tǒng)的通過硬件電 路實現(xiàn)的模擬濾波器相比有以下優(yōu)點[21]： 1． 簡化了硬件電路的設計，提高了硬件電路的集成度和可靠性。 1980 年日本 NEC 公司推出的 ? PD7720 是第一個具有乘法器的商用 DSP 芯片。位串行乘法器使得乘法器的硬 件 規(guī)模達到了最省，但是由于是串行運算，使得它的運算周期過長，運算速度與硬件規(guī)模綜合考慮時不是最優(yōu)的。而且在 MATLAB 下的部分仿真程序還可以通過轉化為 C 語言，再通過DSP 的 C 編譯器直接在 DSP 硬件上運行。這一方法由于具有通用性的特點并可以實現(xiàn)算法的并行運算，無論是作為獨立的數字信號處理器，還是作為 DSP 芯片的協(xié)處理器，目前都是比較活躍的研究領域。 在數字濾波器中， FIR 濾波器的最主要的特點是沒有反饋回路，故不存在不穩(wěn)定的問題 ； 同時，可以在幅度特性是隨意設置的同時，保證精確的線性相位。對于給定的濾波器技術指標，選擇濾波器長度和具有最窄主瓣寬度和盡可能小的旁瓣衰減的某個窗函數。 通常上述三點很難同時滿足。把升余弦窗加以改進，可以得到旁瓣更小的效果，窗形式為 2( ) [ 0 . 5 4 0 . 4 6 c o s( ) ] ( )1 Nnw n R nN ??? ? （ 2－ 7） ()wn的頻率響應的幅度特性為 22( ) 0 . 5 4 ( ) 0 . 2 3 [ ( ) ( ) ]11220 . 5 4 ( ) 0 . 2 3 [ ( ) ( ) ]R R RR R RW W W WNNW W WNN??? ? ? ???? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? （ 2－ 8） 與漢寧窗相比，主瓣寬度相同，為 8/N? ，但旁瓣又被進一步壓低，結果可將 %的能量集中在窗譜的主瓣內，它的最大旁瓣值比主瓣值約低41dB。 用頻率抽樣法設計 FIR 濾波器 所謂頻率抽樣法就是從頻域出發(fā)，根據頻域的采樣定理，對給定的理想濾波器的頻域響應進行等間隔采樣 [4][5] ( 2 )( ) ( )jddk NH e H k? ??? ? 0,1... 1kN?? （ 2－ 12） 把 ()dHk當作待設計 的濾波器頻率響應的采樣值 ()Hk ，通過下式可求出濾波器的系統(tǒng)函數 ()Hz和頻率響應 ()jHe? ： 110 ()1( ) ( ) (1 ) 1NNkk NHkH Z ZN WZ??????? ?? （ 2－ 13） 102( ) ( ) ( )NjkH e H k kN? ???????? （ 2－ 14） 其中， ()??是一個內插函數 ： ( 1 ) 2s in ( )1 2()s in ( )2jNNeN ???? ? ??? 2j NNWe?? （ 2－ 15） 由于頻譜的有限個采樣值恢復出來的頻率響應實際上是對理想頻率響應的逼近，因此，這種方法必然有一定的逼近誤差。最優(yōu)設計實際上是調節(jié) xx 大學學士學位論文 8 FIR 濾波器 Z 域零點的分布， 使得實際濾波器的頻域響應 ()jeAe? 和理想濾波器的頻域響應 ()jeHe? 之間的最大絕對誤差最小 。最大誤差最小準則即是在所要求頻域上找出使 （ 2－ 18） 式的最大加權逼近誤差達最小的頻響 ()jeAe? 。而為避免求解復雜方程組 (2－ 17)、 (2－ 19)來得出系數， ParksMcClellan 采用 Lagrange多項式內插公式，有 2121[]()()[]()Lk kkj ke Lkkkd cxxAedxx?????????? （ 2－ 22） 其中， 1( 1 )()()kkjkd kc A e W? ??????， 121, 1 ()Lk k k Li i k kid b x xxx????? ? ???， 這里令cosx ?? ， cosiix ?? 。其結構圖如圖 2－ 1 所示。 4．頻率采樣型 頻率采樣型結構是一種用系數將濾波器參數化的一種實現(xiàn)結構。直接型結構的優(yōu)點有兩個，一是移位寄存器存儲的是位寬較小的輸入數據 ； 二是當 FIR 濾波器為線性相位時，可以利用其系數對稱的特點，將乘法器個數減半，加法器個數不變。國內外的研究機構、公司已經推出了不同語言的信號濾波處理軟件包。它們體積小、保密性好，具有極高的性能，然而靈活性差。它起源于矩陣運算，并己經發(fā)展成一種高度集成的計算機語言。1()firs 和 ()remez 的基本格式用于設計 I 型和 Ⅱ 型線性相立 FIR 濾波器，是偶對稱濾波器， I 型和 Ⅱ 型的區(qū)別在于濾波器的階數是偶數還是奇數。在 C24X 系列 DSP 工具箱中包含了 DSP 處理器中的模 /數轉換 ADC， CAN 發(fā)送及接收、 PWM 控制等模塊。本文利用 MATLAB 中的 fdatool工具設計一個 fir 數字低通濾波器。 設計方法 (Design Method) xx 大學學士學位論文 17 FIR 濾波器包括 ： 等紋波法 (Equiripple)、最小乘方法 (LeastSquares)和窗函數法 (Window)等。 設計界面如圖 32 所示： 圖 31 fdatool 界面 xx 大學學士學位論文 18 圖 32 Design filter 界面 設計結果 由 Targets 菜單下的 Generate c header 導出的內容，可得到 ()hn 的系數，并將系數保存在 文件下，以下是導出的內容： /* * DiscreteTime FIR Filter (real) * * Filter Structure : DirectForm FIR * Filter Length : 33 * Stable : Yes * Linear Phase : Yes (Type 1) */ /* General type conversion for MATLAB generated Ccode */ include /* * Expected path to * D:\matlab\extern\include\ */ xx 大學學士學位論文 19 const int BL = 33。 %采樣間隔 T=1； 采樣頻率 fs=1/T=1 fs=1/T。 plot(n,abs(Xk))。在