【導(dǎo)讀】數(shù)字信號(hào)處理的基本技術(shù)之一。文章主要分析了FIR數(shù)字濾波器的基本原理,同時(shí)。介紹了TI公司最新研制的TMS320F2812芯片。在MATLAB環(huán)境下利用窗函數(shù)設(shè)計(jì)。使用TMS320F2812的DSP處理器實(shí)現(xiàn)。通過(guò)硬件仿真結(jié)果觀察到，低于阻帶截止。頻率的信號(hào)被保留，高于通帶截止頻率的信號(hào)被濾除。結(jié)果表明設(shè)計(jì)FIR濾波器。準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好,可以有效的濾除干擾信號(hào),設(shè)計(jì)結(jié)果滿足性能指標(biāo)要求。CCS介紹及面向DSP的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程.............錯(cuò)誤!在數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用中，數(shù)字濾波器很重要而且得到了廣泛的應(yīng)用。與有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)等。其中，線性時(shí)不變的數(shù)字濾波器是最基本的類型；IIR

　　

【正文】 SP芯片； (2)芯片內(nèi)部有 3個(gè) 32位定時(shí)器； (3)具有 12位的 ADC和雙 通道 SCIA/SCIB； (4)有多通道緩沖串行外設(shè) McBSP； (5)采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)和八級(jí)流水線操作； (6)擴(kuò)展了存儲(chǔ)空間； (7)可以執(zhí)行 32*32位的二進(jìn)制補(bǔ)碼乘法操作； (8)它是同一系列性能最高的芯片，實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)，能應(yīng)用于很多復(fù)雜的控制算法如無(wú)速度傳感器的定向控制、運(yùn)動(dòng)輪廓的識(shí)別和功率因數(shù)的校正等，并且其代碼與以前各個(gè)型號(hào)的 DSP兼容。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 21頁(yè) 共 34 頁(yè) A/D轉(zhuǎn)換（ ADC）是 DSP中的一個(gè)非常重要的單元，它提供 DSP與現(xiàn)實(shí)世界的連接通道。諸如溫度、濕度 、壓力、電流、電壓、速度、加速度等模擬量，絕大部分 都可用正比于原始信號(hào)的電壓信號(hào)來(lái)表示。 ADC轉(zhuǎn)換的功能就是將這些模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)， DSP對(duì)它進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理或數(shù)字顯示等。如下圖 ， ADC模塊的功能框圖： 圖 ADC模塊功能框圖 ADC 模塊主要特點(diǎn) ： (1)具有內(nèi)置雙采樣保持器（ S/H）的 12位 ADC內(nèi)核。 (2)同步采樣模式或順序采樣模式。 (3)模擬輸入電壓范圍： 0— 3V。 (4)快速轉(zhuǎn)換時(shí)間， ADC時(shí)鐘可以配置為 25MHz，最高采樣寬度為 。 S/H_A 12_bit ADC 模塊 S/H_B 系 統(tǒng)控制模塊 高速預(yù) 定標(biāo)器 C28x 模擬通道 MUX 結(jié)果寄存器 結(jié)果寄存器 Reg1 結(jié)果寄存器 Reg15 結(jié)果寄存器 Reg8 結(jié)果寄存器 Reg0 . . . . 70AFh 0A8h 70A9h 70A8h 70B7h SYSCLKOUT ADCENCLK HSPCLK ADC控制寄存器 SOC 排序器 1 排序器 2 SOC ADCINA0 ADCINA0 ADCINA0 ADCINA0 GPIOXINT2_ADCSOC 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 21頁(yè) 共 34 頁(yè) (5)16通道，多路復(fù)用輸入。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 22頁(yè) 共 34 頁(yè) (6)自動(dòng)定序功能，在單一時(shí)間段內(nèi)可提供多達(dá) 16次“自動(dòng)轉(zhuǎn)換”?？蓪⒚看无D(zhuǎn)換編程為選擇 16個(gè)輸入通道中的任何一個(gè)。 (7)可將序列發(fā)生器作為 2個(gè)獨(dú)立的 8態(tài)序列發(fā)生器，或作為 1個(gè)較大的 16態(tài)序列發(fā)生器使用。 (8)用于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換值的 16個(gè)結(jié)果寄存器（可分別尋址），輸入模擬電壓數(shù)字值為： 輸入≤ 0時(shí)，數(shù)字值 =0； 0輸入 3V時(shí)，數(shù)字值 =40953 AD CL O輸入模擬值； 輸入≥ 3V時(shí)，數(shù)字值 =4095。 (9)有多個(gè)觸發(fā)源啟動(dòng)序列轉(zhuǎn)化（ SOC）。 (10)靈活的中斷控制，允許中斷請(qǐng)求出現(xiàn)在每一個(gè)序列結(jié)束，或其他每一個(gè)系列結(jié)束。 (11)序列發(fā)生器可運(yùn)行于“啟動(dòng) /停止”模式，以便多個(gè)“時(shí)序觸發(fā)器”進(jìn)行同步轉(zhuǎn)換。 (12)EVA和 EVB觸發(fā)器在雙序列發(fā)生器模式下，可以獨(dú)立運(yùn)行。 (13)采樣保持（ S/H）采集時(shí)間窗口具有獨(dú)立的預(yù)擴(kuò)展控制。 FIR 數(shù)字濾波器的 DSP實(shí)現(xiàn) 通過(guò) MATLAB工具箱設(shè)計(jì)出 FIR濾波器的系數(shù)后，應(yīng)將該系數(shù)轉(zhuǎn)化為定點(diǎn)系數(shù)的形式，然后才能在 DSP芯片上實(shí)現(xiàn) 。 數(shù)字濾波器在 DSP上的設(shè)計(jì)過(guò)程如下 ： (1)根據(jù)指標(biāo)確定濾波器的類 型，設(shè)計(jì)濾波器的參數(shù) ； (2)根據(jù) DSP的特點(diǎn) (字長(zhǎng)精度等 )對(duì)參數(shù)進(jìn)行取舍 、 量化，然后進(jìn)行仿真 ； (3)根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)濾波器的結(jié)構(gòu) 、 參數(shù)進(jìn)行再調(diào)整，直到滿足要求為止 ； (4)在 DSP上用程序?qū)崿F(xiàn)濾波器功能，用設(shè)計(jì)好的 FIR濾波器系數(shù)在 CCS軟件上編 數(shù)字信號(hào)處理的對(duì)象多為諸如語(yǔ)音信號(hào)等它們本身是模擬信號(hào)的，因此一般利用A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再利用數(shù)字濾波器處理轉(zhuǎn)換后的信號(hào)。進(jìn)一步利用 D/A轉(zhuǎn)換將數(shù)字濾波器處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)供使用。一般在需要的頻帶之外，可能還含有相當(dāng)?shù)母哳l分量，所以需要外 加一些濾波器件。經(jīng)模擬低通濾波器即抗折疊濾波器去掉輸入信號(hào)中的高頻分量。經(jīng)過(guò)平滑化的模擬信號(hào)再用于采樣。另外，平滑濾波器是為了對(duì) D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)進(jìn)行平滑處理，這項(xiàng)工作可以使用模擬低 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 23頁(yè) 共 34 頁(yè) 通濾波器來(lái)完成。因此 ,處理的不僅是原來(lái)的模擬信號(hào)，即使是數(shù)字信號(hào)，也需要對(duì)信號(hào)作進(jìn)一步處理。 程序 下載到實(shí)驗(yàn)箱 并進(jìn)行仿真調(diào)試和運(yùn)行。用流程圖表示：由 DSP所構(gòu)成的基本數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)如下圖 ： 圖 DSP構(gòu)成基本的數(shù)字 信號(hào)處理流程 輸入一定幅值的模擬信號(hào)經(jīng)初步頻率濾除、離散化后送至 DSP，處理器按一定算法進(jìn)行處理，再轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)輸出。此時(shí)的信號(hào)具有許多高頻成分，重建濾波器可對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑處理。 FIR濾波器 DSP實(shí)現(xiàn)的電路方框圖如圖 ： CCS 介紹及面向 DSP 的 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程 Texas Instruments公司的 DSP集成開發(fā)環(huán)境 CCS（ Code Composer Studio） ,是一個(gè)A/D DSP D/A OUT TOU SRAM EEPROM+RTC IN 圖 FIR濾波器 DSP實(shí)現(xiàn)的電路方框圖 模擬輸入 A/D處理器 抗混疊濾波器 DSP處理器 D/A處理器 重建濾波器 模擬輸出 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 24頁(yè) 共 34 頁(yè) 基于 Windows的 DSP開發(fā)平臺(tái)，可以加 速和提高程序員創(chuàng)建和測(cè)試實(shí)時(shí)嵌入式信號(hào)處理系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程，從而縮短將產(chǎn)品推向市場(chǎng)所需要的時(shí)間。 CCS 是一個(gè)完整的 DSP 集成開發(fā)環(huán)境，也是目前最優(yōu)秀、最流行的 DSP 開發(fā)軟件之一。 CCS 最早是由 GO DSP 公司為 TI的 C6000 系列開發(fā)的，后來(lái) TI 收購(gòu)了 GO DSP，并將 CCS 擴(kuò)展到其他系列。現(xiàn)在所有的 TI DSP 都可以使用該軟件工具進(jìn)行開發(fā)，并為 C2020（版本 以上 ） 、 C5000 和 C6000 系列 DSP 提供 DSP/BIOS 功能，而在 C3X中式?jīng)]有 DSP/BIOS 功能的。所以有時(shí)也將用于 C3X 開發(fā)的集成開 發(fā)環(huán)境稱為 CC（ Code Composer） ,以示區(qū)別 [14]。 CCS有兩種工作模式，即軟件仿真模式：可以脫離 DSP芯片運(yùn)行，在 PC上模擬 DSP指令集與工作機(jī)制，主要用于前期算法驗(yàn)證和調(diào)試。第二種是硬件仿真模式，可以實(shí)時(shí)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主要有以下功能： (1)具有集成可視化代碼編輯界面，用戶可通過(guò)其界面直接編寫 C/C++、匯編、頭文件及 CMD文件等。 (2)含有集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化 C編譯器、鏈接器等，將代碼的編輯、編譯、 鏈接器等，將代碼的 編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能集成到一個(gè)軟件環(huán)境中。 (3)高性能編輯器支持匯編文件的動(dòng)態(tài)語(yǔ)法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤。 (4)工程項(xiàng)目管理工具可對(duì)用戶程序?qū)嵭许?xiàng)目管理。在生成目標(biāo)程序和程序庫(kù)的過(guò)程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過(guò)跟蹤信息對(duì)不同的程序進(jìn)行分類管理。 (5)基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼、查看寄存器、存儲(chǔ)器、反匯編、變量窗口等功能，并支持 C源代碼級(jí)調(diào)試。 (6)斷點(diǎn)工具，能在調(diào)試程序的過(guò)程中，完成硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)和條件斷點(diǎn)的設(shè)置。 (7)探測(cè)點(diǎn)工具，可用于算法的仿真，數(shù)據(jù) 的實(shí)時(shí)監(jiān)視等。 (8)分析工具，包括模擬器和仿真器分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能、評(píng)價(jià)代碼執(zhí)行的時(shí)鐘。 (9)數(shù)據(jù)的圖形顯示工具，可以將運(yùn)算結(jié)果用圖形顯示 ,包括顯示時(shí)域 /頻域波形、眼圖、星座圖像等，并能進(jìn)行自動(dòng)刷新。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 25頁(yè) 共 34 頁(yè) (10)提供 GEL工具。利用 GEL擴(kuò)展語(yǔ)言，用戶可以編寫自己的控制面板 /菜單，設(shè)置 GEL菜單選項(xiàng)，方便直觀地修改變量，配置參數(shù)等。 (11)支持多 DSP的調(diào)試。 (12)支持 RTDX技術(shù)，可在不中斷目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn) DSP與其他應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換。 (13)提供 DSP/BIOS工具，增強(qiáng)對(duì)代碼的實(shí)時(shí)分析能力。 在本課題中基于 TMS320F2812的 FIR低通濾波器的設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用 CCS的硬件仿真模式，需要連接 DSP實(shí)驗(yàn)箱，設(shè)置好信號(hào)源，將濾波器的系數(shù)帶入主程序中運(yùn)行，觀察波形，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 先編寫 C程序，一般在 DSP的仿真軟件 CCS中編寫程序；程序編寫后，調(diào)用 C編譯器的代碼分析器 ,代碼優(yōu)化器和代碼生成器完成對(duì) C程序的編譯 [15]。 面向 DSP的 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程如下圖 : 圖 DSP的 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程一個(gè)或多個(gè) C源文件 一個(gè)或多個(gè)匯編語(yǔ)言源文件 代碼分析器 優(yōu)化器（可選擇） 代碼生成器 匯編語(yǔ)言源文件 匯編器 一個(gè)或多個(gè) OBJ 目標(biāo)文件 連接器 可執(zhí)行文件 代碼分析器 優(yōu)化器（可選 擇） 代碼生成器 連接器 可執(zhí)行文件 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 26頁(yè) 共 34 頁(yè) 4 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)有限沖激響應(yīng)（ FIR）濾波器 基于 TMS320F2812 的 FIR 低通濾波器設(shè)計(jì)步驟 打開工程文件，找到濾波子程序文件，根據(jù) FIR的算法公式，補(bǔ)充完整濾波函數(shù)。 在本實(shí)驗(yàn)中，用到的 FIR算法公式： ?? ??hnk kjxkhjr 0 ][][][ 0? j xn? （ ） 根據(jù) FIR算法公式，補(bǔ)充完整濾波函數(shù)：如下程序所示： void fir_filter(const short x[],const short h[],short y[],int n,int m,int s) { int i,j。 long y0。 long acc。 _nassert(m=16)。 _nassert(n=16)。 for(j=0。jm。j++) {acc=0。 for(i=0。in。i++) {y0=h[i]*x[ji]。 acc=y0+acc。 } //補(bǔ)充語(yǔ)句，實(shí)現(xiàn)濾波功能 *y++=(short)(accs)。 }} 在 CCS集成開發(fā)環(huán)境下新建 FIR 濾波器工程 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備完成后，打開 CCS，進(jìn)入 CCS 的環(huán)境操作；將濾波子程序文件夾復(fù)制到電腦下，并在 CCS 操作環(huán)境中裝入濾波子程序工程文件，添加系統(tǒng)初始化文件，開始進(jìn)行調(diào)試。裝載輸出文件。 通過(guò)液晶屏和鍵盤，設(shè)置信號(hào) 源，當(dāng)液晶屏上出現(xiàn)“通訊自檢不成功，請(qǐng)復(fù)位系統(tǒng)”時(shí)，按下“ Enter”鍵，進(jìn)入“信號(hào)發(fā)生器設(shè)置”。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 27頁(yè) 共 34 頁(yè) 在“信號(hào)發(fā)生器設(shè)置”這一菜單下： “通道”設(shè)置為“ 0”； “信號(hào)類型”可根據(jù)需要任意選擇； “信號(hào)頻率”建議設(shè)為 300，輸入不同信號(hào)頻率， “信號(hào)振幅”建議設(shè)為 1000 左右； “電壓偏移”設(shè)為“ 1”。在完成濾波子程序中的濾波函數(shù)并編譯無(wú)誤后；打開濾波子程序，在第 83行， 84 行設(shè)置斷點(diǎn)。 運(yùn)行程序到斷點(diǎn)時(shí)，觀察數(shù)組 ,觀察斷點(diǎn)。 利用正確完整的 FIR 程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)帶有噪聲的不同輸入 信號(hào)（方波，正弦波）進(jìn)行 FIR 濾波，對(duì)比濾波前后波形 。根據(jù)之前的濾波要求，設(shè)計(jì)求出濾波器參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)源文件的頭文件里修改求出的符合設(shè)計(jì)的濾波參數(shù)。 編程如下： define ORDER_FIR 62 define ROUND_FIR 16 //FIR inverse coeffecient h(61)~h(0),order 61 //Fp=400 Fs=800 short hfir[]={ 2,7,12,11,4,37,85, 134,161,144,65,79,267,455, 583,588,423,74,421,974,1450, 1692,1551,923,226,1837,3759,5765, 7954,8986,9738,8986,7594,5765, 3759,1837,