【正文】 整圖形界面的 ， 低層次的繪圖命令 。采用 DSP 芯片來實(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)。通常， DSP 芯片的開發(fā)工具可以分成代碼生成工具和代碼調(diào)試工具。 (5) 軟件開發(fā)系統(tǒng) SWDS 軟件開發(fā)系統(tǒng) SWDS 是一塊 PC 插卡，可提供低成本的評(píng)價(jià)和實(shí)時(shí)軟件開發(fā)。 (3） 高性能的編輯器支持匯編文件的動(dòng)態(tài)語法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤。 方案二： FDATool 界面設(shè)計(jì)。 方案六 ： 參數(shù)建模法 。 式（ 6） 為有理函數(shù)（由分母多項(xiàng)式與分子多項(xiàng)式構(gòu)成的函數(shù)）， FIR 濾波器的場(chǎng)合是只有分子多項(xiàng)式 A(Z)， 而 IIR 濾波器則還具有分母多項(xiàng)式 B(Z)， 固而會(huì)產(chǎn)生種種問題。 今把由下述 S— Z 變換式 11211 ZS TZ???? ? (13) 所示的 S 值代入模擬濾波器的傳遞函數(shù) G(S)中去，就得到傳遞函數(shù)為 ? ? ? ? 1121 1| ZST ZH Z G S ???? ?? （ 14） 的數(shù)字濾波器。 “模擬原型”濾波器有多種設(shè)計(jì)方法 ,例如 : 巴特沃思型濾波 器 ,切貝雪夫型濾波器 ,橢圓函數(shù)型 (考爾型 )濾波器等。采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，由于過渡帶是由窗函數(shù)的類型和階數(shù)所決定，所以只需定義通帶截 止頻率，而不必定義阻帶參數(shù)?？梢栽O(shè)計(jì)低通、高通、帶通和帶阻的數(shù)字和模擬 ChebyshevI 型濾披 器，其通帶內(nèi)為等波紋，阻帶內(nèi)為單調(diào)。含有 3 個(gè)正弦分量的信號(hào) 39。Frequency(Hz)39。]))； title(39。 title(39。 plot(t,sf)。 [u1,t0]=gensig(39。經(jīng)展寬后的信號(hào)如圖 314 所示，同圖 311 比較，可以看出濾波后的效果。其 CPU 由于運(yùn)算速度快、內(nèi)部資源充足、接口靈活、功耗低，非常適合做復(fù)雜算法運(yùn)算。 DSP芯片的初始化是設(shè)定 DSP芯片工作狀態(tài)的重要步驟，只 有正確 進(jìn)行 DSP芯片 的初始化，才能保證芯片的正確運(yùn)行。 除此之處，還要注意以下問題： (1) IIR數(shù)字濾波器是針對(duì)采樣率固定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，更改系統(tǒng)或系統(tǒng)采樣率改變時(shí)應(yīng)重新設(shè)計(jì)。 研究了 TI 公司 TMS320VC5416 數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及片上資源， 以及 TI 公司DSP 系統(tǒng)開發(fā)工具的應(yīng)用，結(jié)合平時(shí)積累的 系統(tǒng)程序 調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有資源對(duì) 一個(gè)IIR 低通濾波器 的設(shè)計(jì)實(shí)例 進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試 ，使得軟件程序能在硬件平臺(tái)上得以穩(wěn)定的運(yùn)行。需注意的是要對(duì)乘法運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行溢出保護(hù)。分別為狀態(tài)寄存器 0（ ST0）、狀態(tài)寄 存器 1(ST1)和處理器模式狀態(tài)寄存器（ PMST）。 IIR 數(shù)字濾波器在 TMS320VC5416 DSP 上的實(shí)現(xiàn)過程 借助于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的仿真功能，在 MATLAB環(huán)境下設(shè)計(jì)一個(gè) IIR數(shù)字濾波器變得十分容易。單擊濾波器列表框下的 Edit 按鈕，按 設(shè)計(jì)的濾波器的指標(biāo)對(duì) filt1[design]濾波器進(jìn)行編輯。由此可知，所設(shè)計(jì)的 10 階 IIR 帶通濾波器基本滿足要求。Time waveform39。濾波前的幅頻 39。ylabel(39。color39。設(shè)計(jì)結(jié)果滿足指標(biāo)要求。圖 34 得到了 Chebyshev I 濾波器的時(shí)域沖激響應(yīng)，在 5ms100ms有沖激響應(yīng)，超過這一范圍的沖 激響應(yīng)近似為零，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了 Chebyshev I 帶通濾波器的設(shè)計(jì) 。如果選擇 Minimum Order，則 MATLAB 根據(jù)所選擇的濾波器類型自動(dòng)使用最小階數(shù)。 步驟 (1)中的變換規(guī)則就是從模擬濾波器數(shù)字化成為數(shù)字濾波器的方法 ,也就是要把 s 平面映射到 z平面 ,使模擬系統(tǒng)函數(shù) Ha(s)變換成所需的數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù) H(z)。 S— Z變換有標(biāo)準(zhǔn) z變換與雙一階 Z變換 等， 是根據(jù)所要設(shè)計(jì)的濾波器的型式 (按低通濾波器、帶通濾波器等加以區(qū)別 )分別利用的。 IIR 濾波器的 差分表示 數(shù)字濾波器一般都具有差分方程形式 ? ? ? ? ? ?01MNmnmny n a x k m b y k n??? ? ? ??? （ 3） 其中 ， x( n)為輸入序列 ， y( n)為輸出序列 ， ma 和 nb 為濾波系數(shù) , N 是濾波器的階數(shù)。 方案五 ： 通用 Butterworth 設(shè)計(jì)方法 。 (13）提供 DSP/BIOS 工具，增強(qiáng)對(duì)代碼的實(shí)時(shí)分析能力，如分析代碼執(zhí)行的速度、調(diào)度程序執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)、方便管理或使用系統(tǒng)資源，從而減少開發(fā)人員對(duì)硬件資源熟悉程度的依賴性。 [12] CCS 有兩種工作模式，即軟件仿真器和硬件在線編程。軟件模擬器的主要特征有：在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行用戶 DSP 程序；可修改和查看寄存器；可修改和顯示數(shù)據(jù)和程序寄存器，任何時(shí)候可進(jìn)行存儲(chǔ)器的修改，也可在程序輸入前進(jìn)行存儲(chǔ)器的初始化；可模擬外設(shè)，高速緩存及流水線、定時(shí)等功能；可計(jì)算指令周期數(shù)；可編程的斷點(diǎn)設(shè)置；可在取指令讀寫存儲(chǔ)器及錯(cuò)誤條件滿足時(shí)設(shè)置斷 點(diǎn)；可進(jìn)行累加器程序計(jì)算器，輔助寄存器的跟蹤，指令的單步執(zhí)行，用戶可設(shè)定中斷產(chǎn)生間隔，在遇到非法操作碼和無效數(shù)據(jù)訪問時(shí)提示錯(cuò)誤信息；從文件中執(zhí)行命令。 (7） 硬件配置強(qiáng)。 數(shù)字信號(hào)處理（ DSP） 器 簡(jiǎn)介 21 世紀(jì)是數(shù)字化的時(shí)代，隨著越來越多的電子產(chǎn)品將數(shù)字信號(hào)處理作為技術(shù)核心， DSP已經(jīng)成為推動(dòng)數(shù)字化進(jìn)程的動(dòng)力。 MATLAB 語言以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位 ， 包括控制流語句 ， 函數(shù) ， 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ， 輸入輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c(diǎn)的高級(jí)語言 ， 它具有以下主要特點(diǎn) ： [8] (1) 運(yùn)算符和庫函數(shù)極其豐富 ， 語言簡(jiǎn)潔 ， 編程效率高 ， MATLAB 除了提供和 C 語言一樣的運(yùn)算符號(hào)外 ， 還提供廣泛的矩陣和向量運(yùn)算符 。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展， 我國濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展 步伐，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際發(fā)展有一段距離。 DSP應(yīng)用得到普遍重視 。 數(shù)字信號(hào)處理器由于運(yùn)算速度快，具有可編程特性 和接口靈活的特點(diǎn)，使得它在許多電子產(chǎn)品的研制、開發(fā)與應(yīng)用中，發(fā)揮著越來越重要的作用。 數(shù)字濾波器和模擬濾波器有著相同的濾波概念 ,根據(jù)其頻率響應(yīng)特性可分為低通、高通、帶通 、 帶阻等類型 ,與模擬濾波器相比 ,數(shù)字濾波器除了具有數(shù)字信號(hào)處理的固有優(yōu)點(diǎn)外 ,還有濾波精度高 (與系統(tǒng)字長(zhǎng)有關(guān) )、穩(wěn)定性好 (僅運(yùn)行 0 與 1 兩個(gè)電平狀態(tài) )、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 利用其運(yùn)算符號(hào)和庫函數(shù)可使其程序相當(dāng)簡(jiǎn)短 ， 兩三行語句就可實(shí)現(xiàn)幾十行甚至幾百行 C 或 FORTRAN 的程序功能 。 作為數(shù)字化重重要的技術(shù)之一， DSP 無論在其應(yīng)用的深度還 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 是 廣度，正在以前所未有的速度向前發(fā)展。 (8） 支持多處理器結(jié)構(gòu)。 (4) 評(píng)價(jià)模塊 EVM 評(píng)價(jià)模塊 EVM 是一種低成本的開發(fā)板，在 EVM 板上配置了數(shù)量的硬件資源，可用來進(jìn)行DSP 芯片評(píng)價(jià)、性能評(píng)估和有限的系統(tǒng)調(diào)試。軟件仿真器工作模式可以脫離 DSP芯片，在 PC 上模擬 DSP 的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。 CCS 集成開發(fā)環(huán)境打開界面如圖 11 所示，該環(huán)境中有 12 項(xiàng) 菜單， 這些菜單 中能完成所有功能。 使用這種方法設(shè)計(jì)的 Butterworth 數(shù)字濾波器可以有不同數(shù)目的零點(diǎn)和極點(diǎn)， MATLAB提供的 maxflat函數(shù)實(shí)現(xiàn)了這一功能。當(dāng) kb 為零 ,則有 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ? ? ? ?0M mmy n a x k m???? （ 4） 其中 ， 式 （ 3） 為 IIR濾波器 ， 式 (4)為 FIR濾波器。 標(biāo)準(zhǔn) Z 變換 這種變換也稱為沖激不變法， 是使模擬濾波器的沖激響應(yīng) g(t)的采樣值等于所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng) h(k)，亦即使 ? ? ? ? ? ?| 0 ,1 , 2 , . . .t k Th k g t k??? （ 7） 今設(shè)模擬濾波器的傳遞函數(shù) G(S)由下式表達(dá)： ? ? 1N nn nAGS SS?? ?? （ 8） 通過對(duì)式 (8)進(jìn)行拉普拉斯變換反演計(jì)算，可得此濾波器的沖激響應(yīng)為 ? ? 1 nK stnng t A e ??? ? （ 9） 代入 (7)式后成為 ? ? ? ? 1| nN S k Tt k T nng k g t A e ?? ??? ? (10) 至此，如果再計(jì)算模擬濾波器的沖激響應(yīng)序列 g(k)的 Z變換，就顯然與數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù) H(Z)相一致。 這種由復(fù)變量 s到復(fù)變量 z之間的映射 (變換 )關(guān)系 ,必須滿足以下兩條基本要求 : 第一 ,H(z)的頻率響應(yīng)必須有可能模仿 Ha(s)的頻率響應(yīng) ,即 s平面的虛軸必須映射到 z平面的單位圓上 ,也就是頻率軸要對(duì)應(yīng)。 Frequency Specifications 選項(xiàng)，可以詳細(xì)定義頻帶的各參數(shù)，包括采樣頻率和頻帶的截止頻率。 程序設(shè)計(jì) 程序法介紹 MATLAB 信號(hào)處理工具箱提供了幾個(gè)直接設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字濾波器的函數(shù)，直接調(diào)用就可以設(shè)計(jì)濾波器 。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 35 用 Butterworth低通濾波器設(shè)計(jì)的數(shù)字低通濾波器 幅頻和相頻特性圖 IIR 數(shù)字濾波器的 仿真 IIR 帶通濾波器的仿真 對(duì) 設(shè)計(jì)的帶通濾波器進(jìn)行仿真。,39。Time waveform39。,39。)。 IIR 低通濾波器的仿真 對(duì) 設(shè)計(jì)的 低通濾波器 通過 SPTool 進(jìn)行仿真 。編輯完成后，單擊 Apple 按鈕即可觀察到濾波器的幅頻特性 ，如圖 313 所示。但是要在 DSP 上實(shí)現(xiàn) 此濾波器 功能， 則需要對(duì)濾波器的結(jié)構(gòu) 、系數(shù) 等 參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。 DSP不同條件 和模式下的 狀態(tài) 都包含 ST0 和 ST1； PMST 包含存儲(chǔ)器設(shè)置狀態(tài)和控制信息。另外 , 因?yàn)橹鞒绦蚩蚣懿捎?C 結(jié)構(gòu) , 所以要注意不同環(huán)境下尋址方式的區(qū)別 , 當(dāng)從 C 環(huán)境進(jìn)入直接尋址時(shí) , 要先確定 DP 值 ,以免帶來不確定的計(jì)算結(jié)果。 由于本人的時(shí)間和能力有限，文中難免有不足之處，誠懇希望各位老師 批評(píng)指正?？紤]到 IIR 數(shù)字濾 波器的運(yùn)算特點(diǎn) ,某一時(shí)刻的輸入數(shù)據(jù)參加一次運(yùn)算后不再參與下次運(yùn)算 , 只有各級(jí)濾波器輸出結(jié)果需要參與多次運(yùn)算 , 因此濾波結(jié)果和輸入數(shù)據(jù)可以共用同一存儲(chǔ)地址 , 從而節(jié)省存儲(chǔ)空間。在調(diào)用子程序或中斷 服務(wù)子程序時(shí) ， 可以將它們保存下來，返回時(shí)再恢復(fù)。 TMS320VC5416 是 DSP 芯片的主要供應(yīng)商 TI 公司最近推出的 5000 系列中的高性能 DSP，該處理器為 16 位定點(diǎn) DSP，最高運(yùn)算速度可達(dá) 160MIPS，內(nèi)帶 256KB的 RAM，有 128KB 的數(shù)據(jù)空間，最大程序容量高達(dá) 16MB，有 3 個(gè) McBSP 和 6 個(gè) DMA 通道并且支持外部 DMA， 內(nèi)核電壓低至 。 在信號(hào)列表框中，選擇 sig2[vector],單擊信號(hào)列表框下的 View 按鈕。 (1) 生成干擾信號(hào) 使用 gesig()函數(shù)生成被干擾信號(hào)。 hold on subplot(212)。})； 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 (5) 繪制濾波前的 150Hz 信號(hào)波形和濾波器好保留下的 150Hz 信號(hào)波形進(jìn)行比較 （如圖310 所示） subplot(211) plot(t,s2)。,SF(1:256)39。)； xlabel(39。 在 的代碼編輯窗口進(jìn)行如下操作： (1) 產(chǎn)生 3 個(gè)正弦分量信號(hào) (如圖 36 所示 ) Fs=1000； t=(1:1000)/Fs； s1=sin(2*pi*t*80)； s2=sin(2*pi*t*150)； s3=sin(2*pi*t*250)； s=s1+s2+s3； plot(t,s)； title(39。 設(shè)計(jì) Chebyshev I 型濾波器用函數(shù) chebyl()。例如 Bandpass(帶通 )濾波器需要定義 Fstop1(下阻帶截止頻率 )、 Fpass1(通帶下限截止頻率 )、 Fpass2(通帶上限截止頻率 )、 Fstop2(上阻帶截止頻率 )，而 Lowpass(低通 )濾波器只需要定義 Fstop Fpass1。也就是 s平面的左半平面 Re[ s ] 0 必須映射到 z平面單位圓的內(nèi)部 |z| 1。 雙一階 Z 變換 （即雙線性變化） 這種變換也稱梯形積分法，目的在于克服標(biāo)準(zhǔn) Z 變換不適應(yīng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生 混疊誤差、頻帶未受限制的濾波器這一缺點(diǎn)。由此，按下述求出傳遞函數(shù)： ? ? ?