基于dsp的iir數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-17 12:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 字濾波器。這種方法比較容易一些，因?yàn)槟M濾波器的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)非常成熟，不僅有完整的設(shè)計(jì)公式，還有完善的圖表供查閱；另外一種直接在頻率或者時域內(nèi)進(jìn)行，由于需要解聯(lián)立方程，設(shè)計(jì)時需要計(jì)算機(jī)做輔助設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)步驟是：先設(shè)計(jì)過渡模擬濾波器得到系統(tǒng)函數(shù) Ha(s)，然后將 Ha(s)按某種方法轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù) H(z)。這是因?yàn)槟M濾波器的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)很成熟，不僅有完整設(shè)計(jì)公式，還有完善的圖表和曲線供查閱；另外，還有一些典型的優(yōu)良濾波器類型可供我們使用。為了保證轉(zhuǎn)換后的 H(z)穩(wěn)定且滿足技術(shù)指標(biāo)要求，對轉(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。 2. 數(shù)字濾波器的頻率相應(yīng)模仿模擬濾波器的頻響特性，s 平面的虛軸映射為 z平面的單位圓，相應(yīng)的頻率之間呈線性關(guān)系。利用模擬濾波器成熟的理論設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字濾波器的過程是： 1. 確定數(shù)字低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)：通帶邊界頻率 、通帶最大衰減 、阻p?p?帶截止頻率 、阻帶最小衰減 。s?s?2. 將數(shù)字低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)。3. 按照模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)過渡模擬低通濾波器。4. 用所選的轉(zhuǎn)換方法，將模擬濾波器 Ha(s)轉(zhuǎn)換成數(shù)字低通濾波器系統(tǒng)函數(shù) H(z)。 IIR 數(shù)字濾波器的基本原理 數(shù)字濾波器是利用離散系統(tǒng)的特性對系統(tǒng)輸入信號進(jìn)行加工和變換，改變輸入序列的頻譜或信號波形，讓有用的頻率分量通過，抑制無用的信號分量輸出，根據(jù)其頻率特性同樣可以分為低通、高通、帶通和帶阻。如果要處理的信號是模擬信號，就可以通過A/D 或者 D/A 轉(zhuǎn)換，在信號形式上進(jìn)行匹配轉(zhuǎn)換，同樣可以使用數(shù)字濾波器對模擬信號進(jìn)行濾波。數(shù)字濾波器濾波的數(shù)學(xué)表達(dá)式：y(n)=x(n)*h(n) 。 如果濾波器的輸入輸出信號都是離散信號，那么該濾波器的脈沖響應(yīng)也一定是離散信號，這樣的濾波器就成為 8了數(shù)字濾波器。其頻域特性為：其中 ， 分別是數(shù)字濾波器的輸出序列和)(jweY)(jwX輸入序列的頻域響應(yīng)， 是數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng) 的 頻譜 ， 又稱為數(shù)字濾波)(jweH器的頻域響應(yīng)。輸入序列的頻譜 經(jīng)過濾波后 ，因此只要按照輸入)(j )(jejwH信號的頻譜特點(diǎn)和處理信號的目的適當(dāng)選擇濾波器的頻域響應(yīng) ，使得濾波后的)(je輸出信號滿足設(shè)計(jì)性能要求。 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)流程框圖IIR 。所示。圖 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)流程框圖 9第 3 章 基于 DSP 的方案設(shè)計(jì) DSP 系統(tǒng)的特點(diǎn) DSP 系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)的，因此不但具有數(shù)字處理的全部優(yōu)點(diǎn)而且還具有以下特點(diǎn)：1. 接口方便：DSP 應(yīng)用系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容的，這樣的系統(tǒng)接口以實(shí)現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易得多。2. 編程方便：DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中的可編程 DSP 芯片，能靈活方便地進(jìn)行修改和升級。3. 穩(wěn)定性好：DSP 應(yīng)用系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度及噪聲的影響較小、可靠性高、無器件老化現(xiàn)象。4. 精度高：16 位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到 105 級的精度。5. 可重復(fù)性好：模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)性能變化的影響比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。6. 集成方便：DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。 當(dāng)然，數(shù)字信號處理也存在一些缺點(diǎn)。例如，對于簡單信號處理任務(wù)，若采用DSP 則使成本增加。DSP 系統(tǒng)中的高速時鐘可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題，而且 DSP 系統(tǒng)消耗的功率也較大。此外，DSP 技術(shù)更新速度快，對于數(shù)學(xué)知識要求高，開發(fā)和測試工具還有待進(jìn)一步完善。 DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程一個 DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程大概要有以下幾個步驟： 1．根據(jù)系統(tǒng)的任務(wù)要求，確定系統(tǒng)處理精度要求、速度要求、實(shí)時性要求等性能指標(biāo)。 2．根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行高級語言的算法模擬，比如使用 MATLAB 等仿真工具，驗(yàn)證算法的可行性，得出最佳的處理方法。 3．DSP 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)是指根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的 DSP 芯片，然后設(shè)計(jì)相應(yīng)的外圍電路。軟件設(shè)計(jì)主要是指根據(jù)系統(tǒng)的要求和選用的 DSP 芯片編寫相應(yīng)的程序。程序的編寫可以使用匯編語言，匯編語言編寫的 10程序效率高，但比較煩雜；也可采用 C 語言，DSP 的 C 語言基本上是標(biāo)準(zhǔn) C 語言，編寫比較簡單，但效率低。在實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)時往往是兩種語言結(jié)合編寫，在算法運(yùn)算量大的地方使用匯編語言，在運(yùn)算量小的地方使用 C 語言，這樣既能縮短軟件的開發(fā)周期，提高程序的可讀性和可移植性，又滿足了系統(tǒng)的實(shí)時性要求。 基于 DSP 的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)總框圖本文設(shè)計(jì)的 IIR 帶通濾波器是從低通變換過來的，利用的是雙線性變換以及切比雪夫 II 濾波器的原型，其具體的設(shè)計(jì)流程為下圖所示。首先根據(jù)題目要求確定帶通濾波器的技術(shù)指標(biāo)，先要進(jìn)行頻率的預(yù)畸變，并且歸一化頻率，再設(shè)計(jì)出切比雪夫 II 模擬低通濾波器，并求出其階數(shù)等相關(guān)參數(shù)。其次利用雙線性變換法設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器，再調(diào)用函數(shù)進(jìn)行雙線性變換，并求出分子、分母的系數(shù)向量。最后通過畫圖求出其幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)、幅度特性曲線與零極點(diǎn)，并畫出波形圖。最后進(jìn)行驗(yàn)證，看所設(shè)計(jì)的濾波器能否達(dá)到要求的指標(biāo)，若能達(dá)到，則說明該濾波器設(shè)計(jì)符合要求?；?DSP 的 IIR 數(shù)字濾波器的總體方案設(shè)計(jì)步驟：1. 利用 MATLAB 來確定 IIR 濾波器的參數(shù)。2. 啟動 CCS,在 CCS 中建立一個匯編源文件、建立一個 C 源文件和一個命令文件,并將這三個文件添加到工程,再編譯并裝載程序。3. 設(shè)置波形時域觀察窗口,得到其濾波前后波形變化圖。4. 設(shè)置頻域觀察窗口,得到其濾波前后頻譜變化圖。 11 圖 基于 DSP 的 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)總框圖 12第 4 章 軟件設(shè)計(jì) CCS 平臺介紹CCS 是一種針對 TMS320 系列 DSP 的集成開發(fā)環(huán)境，在 Windows 操作系統(tǒng)下，采用圖形接口界面，提供有環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等工具。CCS有兩種工作模式，即軟件仿真器模式：可以脫離 DSP 芯片，在 PC 機(jī)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；硬件在線編程模式：可以實(shí)時運(yùn)行在DSP 芯片上，與硬件開發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。CCS 的開發(fā)系統(tǒng)主要由以下組件構(gòu)成：TMS320C54x 集成代碼產(chǎn)生工具；CCS 集成開發(fā)環(huán)境；DSP/BIOS 實(shí)時內(nèi)核插件及其應(yīng)用程序接口 API；實(shí)時數(shù)據(jù)交換的 RTDX插件以及相應(yīng)的程序接口 API；由 TI 公司以外的第三方提供的各種應(yīng)用模塊插件。CCS 的功能十分強(qiáng)大，它集成了代碼的編輯、編譯、鏈
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