【正文】 i++) { fr[i]=fr[i]/(*n)。 for (it=0。 pr[i]=pq。 i++) { j=m/2。 delta_w=2*pi/1000。 grid end A3:窗口函數(shù)設(shè)計 FIR 帶通濾波器的 MATLAB 程序： ws1=*pi。 stext=39。 Subplot（ posplot） 。如果硬件沒有問題 , 程序就可以正常下載 , 這時打開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)。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。 (3) 對 c 程序進行編譯 .生成相應(yīng)的匯編程序，然后對匯編程序進行手工優(yōu)化和修改。如圖 示。 TMS3205410 是 16 位的定點處理器，所以在進行匯編程序設(shè)計時， 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。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，如果將序列的下標用二進制表示，那么這個序列是按照二進制數(shù)的相反方向排列。 (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 實現(xiàn) FFT/IFFT 算法程序及應(yīng)用 FFT 設(shè)計方法 FFT是 DFT的一個快速算法，是為減少 DFT計算次數(shù)的一種快速有效的算法。 fir1是采用經(jīng)典窗函數(shù)法 設(shè)計線性相位 FIR數(shù)字濾波器，且具有標準低通、帶通、高通和帶阻等類型 ]12~11[ 。結(jié)果就是截取出的信號也相應(yīng)失真，為了補 償這種失真，只有改變原來窗口的形狀，修正經(jīng)過時域截取后的窗口失真。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次多項式，它在 z平面內(nèi)有 N1個零點，同時在原點處有 N1個重極點。所以，一般在編程過程中，使用 rcp 文件對程序進行內(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。這種并行性支持一套強大的算術(shù)運算、邏輯運算和位操作運算 ，所以使得這些運算可以在單個機器周期內(nèi)完成。它是一個控制器系列，主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，它除了具有一個 DSP 內(nèi)核外，還有大量的片內(nèi)外設(shè)資源，如 A/D、定時器、各種同步和異步串口、看門狗、 CAN 總線接口等；加上其價格低廉，速度更高，可靠性更強，可以取代傳統(tǒng)單片機。 (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)。 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 ,擴展到今天的諸多電子行業(yè)及消費類電子產(chǎn)品中。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)。 目前 FIR濾波器的實現(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 編程邏輯器件實現(xiàn)。目前的 DSP 芯片以其強大的數(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)用的熱點技術(shù)。自適應(yīng)濾波即利用前一時刻已獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動地調(diào)節(jié)（更新）現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號和噪聲未 知的統(tǒng)計特性，或者隨時間變化的統(tǒng)計特性，從而實現(xiàn)最優(yōu)濾波。 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究 20 世紀 60 年代以來，隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運而生，并得到了迅猛的發(fā)展。其 DSP 市場份額占全世界份額近 50%。 DSP 系統(tǒng)的特點及設(shè)計過程 由于數(shù)字信號處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理理論為基礎(chǔ)，所以具有數(shù)字信號處理的全部優(yōu)點： (1)接口 方便 DSP 系統(tǒng)與其它以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容的，比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易的多。每個系列又有多種 DSP 可供選擇。 54X 具有改進的哈佛結(jié)構(gòu)，使其處理能力達到最大。因為，即使 DSP 的存儲空間比較大，速度也十分快，但是如果內(nèi)存空間分配不當(dāng)?shù)脑?，還是會出現(xiàn)空間不夠行速度下降，甚至程序跑飛的情況，這樣會時程序調(diào)試起來十分麻煩。在這方面 FIR濾波器具有獨到的優(yōu)點，它可以在幅度特性隨意設(shè)計的同時，保證精確、嚴格的線性相位，因此這類濾波器應(yīng)用很廣泛。設(shè)有一個截止頻率為 c? 的理想線性相位低通，延時為 τ，其頻率特性是： ? ? ??? ?? ??? ??? ??ccjw ajwd eeH 0 0 () 得到： )(nhd ＝ ? ?)( )(sin ?? ?? ??n nc ????? n () 這是一個以ｎ＝τ為中心偶對稱的無限長非因果序列，要想用一個有限長的因果序列去逼近它，最簡單的方法是截取 ｎ 從 0到 N1的一段來表示它，即 h(n)= )(nhd )10( ??? Nn ；其他 N： h(n)=0。這種算法由于是在一致意義上對 ? ?jwd eH 作最佳逼近，因而獲得了較好的通帶和阻帶性能，并能準確地指定通帶和阻帶的邊緣。 要求濾波器的過渡帶為： 0. 24 0. 16 0. 08sp? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 由表 ，利用海明窗設(shè)計的濾波器的過渡帶 8/N???? ，所以低通濾波器單位脈沖響應(yīng)的長度為： 88 1000 .0 8N ????? ? ?? ，取 N=101。只是某種基的算法比另一種省幾分之幾而已。 (3)功率譜的計算 用 FFT計算 x(n)的頻譜，即計算 ? ? ? ????? 10Nn nkNWnxkX () X(k)一般是由實部和虛部組成的復(fù)數(shù)，即 ? ? ? ? ? ?kjXkXkX IR ?? () 因此，計算功率譜時只需將 FFT變換好的數(shù)據(jù)，按照實部和虛部求它們的平方和，然后對平方和進行開平方運算。但是若用 repeat指令執(zhí)行 macd，進入流水線后只要一個周期就可以執(zhí)行一次 macd指令。用 C語言和匯編語言混合編程的方法主要有以下三 種： (1) 獨立編寫 C 程序和匯編程序，分開編譯和匯編，形成各自的目標代碼模塊，然后用鏈接器將 c 模塊和匯 編模塊鏈接起來。 (8)匯編模塊不能改變由 C 程序產(chǎn)生的 .cinit 塊，如果改變其內(nèi)容則會引起不可預(yù)測的后果。 匯編程序調(diào)試首先在 CCS中建立新的工程 , 然后將匯編語言源文件 (.asm或 . c)文件以及中斷向量文件 (. asm)、位文件 (. cmd)添加到工程中。 Case 3 w=bartlett（ Nwin） 。 case 3 w=hamming(Nwin)。Magnitude dB39。 tr_width=wswp。 is=0。 i++) { p=pr[i1]*pr[1]。 l0=0。 fi[it+j]=fi[it+j]+poddi。 i=n1。 j=(nv/2)1。 it=n2。} fr[it]=pr[is]。 extern void CloseMcBSP(void)。ws2=*pi。 mag=abs(y)。 xlabel（ ‘n‘） 。 在主程序中，在 flag = 0 處設(shè)置斷點；單擊“ Run”運行程序，程序?qū)⑦\行至斷點處停止；用 View / Graph / Time/Frequency 打開一個圖形觀察窗口如圖 示。另外一種 C 語言和匯編混合編程的方法就是直接在 C 程序中嵌入?yún)R編語句。 C模塊和匯編模塊可以相 互訪問各自定義的函數(shù)或變量。 FIR 濾波器的軟件設(shè)計及其調(diào)試 本設(shè)計中采用 C語言和匯編語言混合編程的方式進行的，程序主體由 C語言編寫，而核心的 FIR濾波算法則由匯編語言編寫。 FIR濾波器的核心算法是計算輸入信號與濾波器系數(shù)的卷積。反 FFT可以表示為下式： ? ? ? ? nkNN ok WkxNnx ????? 11 n=0,1,2,?? N1 () 式中， x(k)是時域信號， x(n)的傅里葉變換，通過下面的修改可以用 FFT算法來實現(xiàn)反 FFT 運算 。 利用一定的運算結(jié)構(gòu)變換，將 N點的 DFT 轉(zhuǎn)化成多個小的點數(shù) DFT 的運算，再利用 knNW 的周期性和對稱性，就能大大減少計算量。對于帶通、帶阻濾波器， nW =[ 1W ， 2W ]，且 1W 2W 。 頻率抽樣法 窗函數(shù)法是從時域出發(fā)，用窗函數(shù)截取理想的 ??nhd 得到 h(n)，以此有限長的 h(n)近似 ??nhd ，這樣得到的頻率響應(yīng) ? ??jeH 逼近于理想的頻響 ? ?jwd eH 。另外，若對 h(n)提出一些約束條件，那么可以很容易地使 H(z)具有線性相位，這在信號處理的很多領(lǐng)域是非常重要的。還可以選擇用何種類型的存儲器空間裝載，通過觀察存儲空間以使用的狀況自行分配空間，所以十分靈活，并且不會 出現(xiàn)空間重疊的現(xiàn)象，避免了程序跑飛。也就是說，以上各個部分的通信是通過內(nèi)部總縣來完成的。 C5000 又分為 C54X 和 C55X 兩個系列。例如，對于一些簡單的信號處理任務(wù)，如與模擬交換線的電話接口，若采用 DSP 則使成本增加。本次課題的主要任務(wù)，就是掌握 DSP 芯片開發(fā)技術(shù)，完成如下工作： 用窗函數(shù)法實現(xiàn) FIR 濾波器，通過調(diào)用四種窗口函數(shù)，截取不同的帶通與低通濾波原型，滿足以下性能要求： 帶通濾波器： 下阻帶邊緣： ?? ?s ， dBAs 60? ；下通帶邊緣： ?? ?p ， dBRp 1? 上通帶邊緣： ?? ?p ， dBRp 1? ；上阻帶邊緣： ?? ?s ， dBAs 60? 低通濾波器： ?? ?p ， dBRp ? ； ?? ?s ， dBAs 50? 用時間抽取法實現(xiàn) FFT/IFFT 算法，通過此算法，對信號進行頻域分析、頻域處理； 自適應(yīng)濾波器是目前數(shù)字濾波器領(lǐng)域中最為活躍的分支，討論采用經(jīng)過改進的 LMS（最小圴方誤差）算法實現(xiàn)自 適應(yīng)濾波器。但是直到 1978，世界上第一個世界上第一枚 DSP 才誕生，它是由 1978AMI公司發(fā)布的 S2811。 課題背景及研究意義 課 題背景 數(shù)字信號處理就是用數(shù)字信號處理器 (DSP)來實現(xiàn)各種算法，由于具有精度高、靈活性強等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用在數(shù)字圖像處理、數(shù)字通信、數(shù)字音響、聲納、雷達等領(lǐng)域。主要應(yīng)用是實時快速的實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法，如卷積及各種變換等。按照數(shù)字濾波器的特性，它可以被分為線性與非線性、因 果與非因果、無限長沖擊響應(yīng)（ IIR）與有限長沖擊響應(yīng)（ FIR）等等。我們將通過 DSP 設(shè)計平臺，實現(xiàn)較為重要的FIR 和自適應(yīng)濾波器系統(tǒng)。此時， DSP 芯片不僅在通信、計算機領(lǐng)域大顯身手，而且已擴大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個方面。于是先對輸入模擬信號進行調(diào)整，輸出的模擬信號經(jīng)過 A/D 變換后變成 DSP 可以處理的數(shù)字信號， DSP 根據(jù)實際需要對其進行相應(yīng)的處理，如 FFT、卷積等；處理得到的結(jié)果仍然是數(shù)字信號，可以直接通過相應(yīng)通信接口將它傳輸出去，或者對它進行 D/A 變換將其轉(zhuǎn)換為模擬采樣值，最后再經(jīng)過內(nèi)插和平滑濾波就得到了連續(xù)的模擬波形模擬信號。可以得出 DSP數(shù)字濾波器的整體硬件電路連線圖，如圖 圖 DSP 系統(tǒng)硬件電路圖 TI DSP 介紹 TI 公司 DSP 種類多，品種齊全，適合各種需要。由于速度很高，所以功耗也很大。另外，在編輯過程中 還可以顯示諸如存儲器觀察窗口、變量監(jiān)視框、圖形顯示框等調(diào)試界面，他們?yōu)槌绦蚓帉懻{(diào)試提 供多種手段為軟件開發(fā)提供了極大的方便。如果需要線性相位，就必須用全通網(wǎng)絡(luò)進行復(fù)雜的相位校正，但是，在對程序運行周期數(shù)要求十分嚴格的 DSP 處理中加上一個全通均衡器是十分浪費資源的。 窗函數(shù)法 窗函數(shù)法也稱為傅立葉級數(shù)法。由數(shù)值逼近理論可知，對某個函數(shù) f(x)的逼近一般有以下三種方法： 插值法 (Interpolating Way) 最小平方逼近法 (Least Square Approaching Wa