【文章內容簡介】 波性能指標旁瓣寬度主瓣寬度過渡帶寬阻帶最小衰減矩形窗13221巴特列特25425漢寧窗31444海明窗41453布拉克曼窗57674凱澤窗57580 用窗函數設計法來設計FIR低通濾波器 設計基于DSP的FIR低通濾波器，其要求是通帶邊緣頻率10KHz，阻帶邊緣頻率22KHz，阻帶衰減75dB,采樣頻率50KHz。根據FIR濾波器的設計方法和設計要求，其設計思路和設計步驟如下： （41） （42） （43） （44）設為理想線性相位濾波器： （45） 首先由所需低通濾波器的過渡帶求理想低通濾波器的截止（是由兩個肩峰處中點）而由之間的過渡帶寬并非兩個肩峰間的頻率差，所以 （46）其對應的數字頻率為：由此可得： （47）其中為線性相位所必需的移位，我們都知道它應該滿足。由于，通過查表1得，可以選擇布拉克曼窗函數，其阻帶衰減74dB所要求的過渡帶的數字頻域。 （48）所以 （49）代入得： 即 （50） （51） （52）布拉克曼窗函數的頻譜幅度函數為： （53）頻譜幅度函數為： （54）計算結果為： （55） FIR低通濾波器的理論設計基本完成。 數字濾波與模擬濾波相比有很多優(yōu)點,它除了可避免模擬濾波器固有的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題外, 還能滿足濾波器對幅度和相位的嚴格要求。低通有限沖激響應濾波器( F in ite ImpulseResponse Filter, FIR 濾波器) 有其獨特的優(yōu)點, 因為FIR系統只有零點, 系統總是穩(wěn)定的, 且為線性相位,允許實現多通道濾波器。 MATLAB仿真MATLAB有多種設計FIR數字濾波器的方法，本文主要介紹窗函數設計方法，它的設計思路和之前介紹的窗函數設計法相同，而前面采用是布萊克曼窗函數設計法，MATLAB中編寫程序比CCS中用C語言編寫程序要簡單，只需要把窗函數設計的公式編寫出來即可。首先跟CCS編寫程序一樣，可以編寫兩個子函數，和一個主函數，主函數通過調用子函數來完成。圖4 MATLAB仿真操作然后再將程序編寫到MATLAB中如圖5。圖5 MATLAB編譯程序步驟FIR濾波器的主程序wst=*pi。wp=*pi。deltaw=wstwp。 %過渡帶寬△w的計算 N0=ceil(11*pi/deltaw)。 %按布萊克曼窗計算所需的濾波器長度 N=N0+mod(N0+1,2)。 %為了實現第一類偶對稱濾波器，應確保其長度N為奇數 n=[0:1:N1]。 wc=(wst+wp)/2。 %截止頻率取為兩邊緣頻率的平均值 hd=ideal(wc,N)。 %求理想脈沖響應 wdbla=(blackman(N))39。 %求窗函數 h=hd.*wdbla。 %設計的脈沖響應應為理想脈沖響應與窗函數乘積 [db,mag,pha,grd,w]=myfreqz(h,[1])。 %對設計結果進行檢驗 dw=2*pi/2000。 %頻率分辨率 Rp=(min(db(1:wp/dw+1))) %檢驗通帶波動 As=round(max(db(wst/dw+1:501))) %檢驗最小阻帶衰減 子程序function hd=ideal(wc,M)。 %理想的頻率響應函數al=(M1)/2。n=[0:(M1)]。m=nal+eps。hd=sin(wc*m)./(pi*m)。function [db,mag,pha,grd,w]=myfreqz(b,a)。N=1000。[H,w]=freqz(b,a,N,39。whole39。)。H=(H(1:1:501))39。w=(w(1:1:501))39。mag=abs(H)。db=20*log10((mag+eps)/max(mag))。pha=angle(H)。grd=grpdelay(b,a,w)。編好程序后在運行程序，最終得到其波形圖如圖6。 圖6 MATLAB仿真結果3 DSP的實現平臺 DSP硬件開發(fā)環(huán)境DSP即為數字信號處理器(DigitalSignalProcessing)，是在模擬信號變換成數字信號以后進行高速實時處理的專用處理器。它的工作原理是將現實世界的模擬信號轉換成數字信號，再用數學方法處理此信號。最后再還原成模擬信號，他的基本流程圖如圖7。圖7 數字信號處理系統的簡單方框圖 圖4所表示的是模擬信號熟悉處理系統的方框圖，實際的系統并一定包括它的所有框圖，可以是數字計算機或微處理機，通過軟件編程對輸入信號進行預期處理，這是軟件實現法。本次設計就是采用的軟件實現法則。 此框圖是DSP實現的主要過程，因為DSP處理的是數字信號，所以首先應該將輸入的前置的模擬信號通過A/D變換器轉化為數字信號，并把它交給DSP處理，DSP根據設計要求經過編程處理（如FFT、卷積等變化）得到的結果為數字信號，然后把信號傳輸出去。但是最終要在示波器上顯示，還應該將得到的數字信號交給D/A數模轉換器（其轉換精度應該滿足一定的要求，以達到較高的運算速率和精度），最終再經過平滑濾波和內插就得到了連續(xù)的模擬波形模擬信號。 DSP的硬件結構示意圖 ICETEKVC5509A 評估板接口說明實物圖如圖8和ICETEKVC5509A 評估板原理框圖如圖9。 圖8 ICETEKVC5509A 實物圖 圖9 ICETEKVC5509A 原理框圖 TMS320VC5509A基本介紹 TMS320VC5509A是有TI公司制造的DSP芯片，它具有高性能、低功耗數字信號處理芯片。 CPU支持內部structure是由一個程序總線， 3的數據讀總線，兩條數據寫總線，并additional buses專用于外周和DMA活動。這些總線提供執(zhí)行多達3個讀數據和2個寫數據的能力。與此同時，DMA控制器可以執(zhí)行最多兩個數據周期獨立于CPU的活動。通過輸入和輸出功能和10位的A/ D轉換提供足夠的狀態(tài)，中斷和位I/ O的液晶顯示器，鍵盤和媒體接口。 DSP軟件開發(fā)環(huán)境 本次試驗的研究內容主要就是在DSP芯片的集成軟件開發(fā)環(huán)境CCS(Code Composer Studio)中調試從而實現數字濾波功能。（1）安裝CCS (Code Composer Studio)軟件 （，選擇安裝目錄，進入安裝程序）。安裝完畢后，在安裝“CCS 開發(fā)軟件”目錄中的壓縮文件，“”中的升級程序， 。 （2）設置CCS工作在軟件仿真環(huán)境 CCS可以工作在純軟件的環(huán)境下，就是由軟件在PC 機內存中構造一個虛擬的DSP環(huán)境，可以調試、運行程序。CCS 提供了配置、建立、調試、跟蹤和分析程序的工具，它便于實時、嵌入式信號處理程序的編制和測試，能夠加速開發(fā)進程，提高工作效率。但一般軟件無法構造DSP 中的外設，所以軟件仿真通常用于調試純軟件的算法和進行效率分析等。 在使用軟件仿真方式工作時，無需連接板卡和仿真器等硬件。CCS的軟件設置過程將安裝好的CCS。 進入設置選擇C5XX functional simulator后選擇Save and quit后點擊“NO”完成軟件的設置，設置過程如圖10。 圖10 CCS設置步驟 設置完成后，雙擊桌面上仿真器初始化圖標，若初始化完成后出現窗口圖11。圖11 初始化 按“空格”或任意鍵即完成初始化。 Code Composer Studio 主要完成系統的