【導(dǎo)讀】泛，IIR濾波器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、運算量小的特點，因而得到了廣泛的應(yīng)用。第二章是系統(tǒng)總體方案的論證與選擇，通用型單片機(jī)數(shù)字濾波器的設(shè)。計，DSP芯片的濾波器的設(shè)計，CPLD的數(shù)字濾波器的設(shè)計。最后確定了用DSP來。第三章節(jié)主要介紹了TMS320C54XDSP的基本結(jié)構(gòu)，包括CPU，存儲。元CPU基本組成和尋址方式。IIR數(shù)字濾波器的來源以及特點。

　　

【正文】 圖 33階濾波器的直接實現(xiàn) I結(jié)構(gòu) 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 25 觀察圖 34的結(jié)構(gòu)，可以將其中的一半延時部分去掉，不影響輸出 y（ n），于是得到了圖 35所示的直接 II 型 IIR 濾波器的二階子單元。通過這樣的簡化，可以減少系統(tǒng)中參數(shù)個數(shù)和相關(guān)硬件。這種濾波器結(jié)構(gòu)也稱正準(zhǔn)型結(jié)構(gòu)。由上面 的 討 論，去掉其中一部分延遲硬件是容易理解的。數(shù)字 IIR 濾波器可以由定 DSP 芯片（用TMS320C5402）來實現(xiàn)。但由于這種 DSP 芯片本身的 32位結(jié)構(gòu)局限，使得輸出數(shù)據(jù)溢出有可能成為設(shè)計中的問題。 IIR 濾波器的反饋通路和極點是導(dǎo)致數(shù)據(jù)溢出的因。 圖 34 IIR 濾波器的零 /極點的互換 圖 35二階 IIR 濾波器的正準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 26 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 系統(tǒng)硬件采用 TI公司的 TMS320VC5402定點 DSP芯片，它采用先進(jìn)的改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu)，擁有一條程序總線和三條數(shù)據(jù)總線，指令周期為 10ns，兩個多通道緩沖串行口。硬件設(shè)計方框圖如圖 41。 DSP 中延時的實現(xiàn)方法 在 DSP中實現(xiàn)周期采樣的算法比較簡單，其實現(xiàn)方法有兩種：線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法。 線性緩沖區(qū)法： 線性緩沖區(qū)法又稱延遲線法。實現(xiàn) N階 IIR濾波器，需要在數(shù)據(jù)存儲器中開辟一個 N單元的緩沖區(qū)，用來存放最新的 N個輸入樣本。 DSP每計算一個輸出值，都需要讀取 N個樣本進(jìn)行 N次乘法累加，每當(dāng)讀取一個樣本后，將次樣本向后移動，讀完最后一個樣本后，最老的樣本被推出緩沖區(qū)，輸入最新樣本到緩沖區(qū)的頂部。 下面介紹線性緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)尋址過 程。 TMS320VC5402 ADC DAC FLASH SRAM 時鐘 JTAG 電源 McBSP1 McBSP0 圖 41 硬件設(shè)計方框圖 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 27 如圖 42所示，頂部為低地址單元，存放最新輸入的采樣數(shù)據(jù)，底部為高地址單元，存放最老的采樣數(shù)據(jù)。 AR1被用作間接尋址的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的輔助寄存器，指向存放最老的數(shù)據(jù)單元。濾波器系數(shù)存放在數(shù)據(jù)存儲器中如圖 42(c)所示， AR2被用作間接尋址的系數(shù)區(qū)的輔助寄存器。 求 10( ) ( )Niiy n b x n i?????的過程如圖 42所示。 ? 以 AR1為指針，按 x(nN+1),?， x(n)的順序取數(shù)，每取一個數(shù)之后，數(shù)據(jù)向下移一位，并完成一次乘法累加 運算。 ? 當(dāng)經(jīng)過 N次取數(shù)，移位和運算后，得到 y(n)。 ? 求的 y(n)后，輸入新樣本 x(n+1)，存入緩沖區(qū)頂部的單元。 ? AR1指針指向緩沖區(qū)底部，為下次計算做準(zhǔn)備。 求 10( 1 ) ( 1 )Niiy n b x n i??? ? ? ??的過程如圖 42所示 實現(xiàn)采樣延時可通過延時指令 DELAY來實現(xiàn)，即將數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)向較高地址單元移位來進(jìn)行延時。其指令為： x [n] x [n1] x [n2] x [n3] ..... x [nN+3] x [nN+2] x [nN+1] （ a） x [n+1] x [n] x [n1] x [n2] ..... x [nN+4] x [nN+3] x [nN+2] x [nN+1] （ b） 0b 1b 2b 3b 3Nb? 2Nb? 1Nb? 2Nb? …. (c) 數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu) AR1 AR1 AR2 PORTR 數(shù)據(jù)緩沖 區(qū)頂部 圖 42 N 階線性緩沖區(qū)的存儲結(jié)構(gòu) 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 28 DELAY Smem。 (Smem)→ Smem+1 將延時指令與其它指令結(jié)合使用，可在同樣的機(jī)器周期內(nèi)完成這些操作。例如： LD+DELAY→LTD E 指令 MAC+DELAY→MACD 指令 注意：線性緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)需要不停的移動，因此，緩沖區(qū)只能定位在 DARAM中。 循環(huán)緩沖區(qū)法： 循環(huán)緩沖區(qū)方法實現(xiàn) N階 IIR濾波器時，需要在數(shù)據(jù)存儲器中開辟一個稱為滑窗為 N個單元的緩沖區(qū)，用來存放最新的 N 個輸入樣本。每當(dāng)輸入新的樣本時，以新樣本改寫滑窗中最老的數(shù)據(jù)，而滑窗的其它數(shù)據(jù)不需要移動，這就是線性緩沖區(qū)與循環(huán)緩沖區(qū)的區(qū)別。因此，在循環(huán)緩沖區(qū)新老數(shù)據(jù)不是很明顯，但它不用移動數(shù)據(jù)，不需要在一個機(jī)器周期中要求進(jìn)行了一次讀寫操作，因此，可將循環(huán)緩沖區(qū)定位在數(shù)據(jù)存儲 器的任何位置，而不像線性緩沖區(qū)要求定位在 DARAM 中那樣。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 1. DSP 的設(shè)計工具 本系統(tǒng)使用集成 DSP開發(fā)環(huán)境為 TI公司提供的 CCS50000（ Code Composer Studio）。 2. 編程語言的比較與選擇 本次的 IIR濾波器設(shè)計采用 C語言來完成。 3. 程序的流程設(shè)計 （ 1）、初始化系統(tǒng)。 （ 2）、對輸入信號進(jìn)行采集。 （ 3）、對采樣和量化的數(shù)據(jù)進(jìn)行 IIR數(shù)字濾波。 （ 4）、將濾波后的信號經(jīng) D/A放大輸出。 4. 應(yīng)用程序的編寫 下面我們就設(shè)計一個原始 IIR低通濾波 器 濾波器類型為橢圓濾波器，濾波器階次為四階（極聯(lián)：二階與二階之和），通帶頻率范圍為 200HZ，阻帶頻率范圍在 500Hz以上。 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 29 .mmregs .def begin,N ；二階 IIR 級聯(lián)的數(shù)目 N .set 2 ；在二階 IIR 中的延遲緩沖器 .bss d,3*2 ；輸入緩沖器 .bss X,1 ；輸出緩沖器 .bss Y,1 .data Table 第一級二階 IIR濾波器 .word 26778 ； A2 .word 29529 ； A1/2 .word 19381 ； B2 .word 23184 ； B1 .word 19381 ； B0 .word 3049 ； A2 .word 31131 ； A1/2 .word 11363 ； B2 .word 20735 ； B1 .word 11363 ； B0 .sect “ vectors” ；定義復(fù)位矢量 B begin Bigin .text ；程序開始 STM 11111111110100000b,PMST ；初始化 PMST STM 0010001100000000b,ST1 ；初始化 ST1 STM 0,SWWSR ；零等待狀態(tài) SSBX OVM ； OVM=1 SSBX FRCT ； FRCT=1 SSBX SXM ； SXM=1 STM X,AR1 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 30 STM Y,AR2 STM d,AR3 ； AR3： d(n),d(n1),d(n2) RPT A,5 ；初始化 d(n),d(n1),d(n2) STL A,AR3+ STM 2,ARO ；初始化 Arn尋址器的偏移常數(shù) INLOOP: STM d+5,AR3 ； AR3： d(n),d(n1),d(n2) STM table,AR4 ； AR4：濾波系數(shù) A2， A1， B1， B2， B0 FORTR 100H,*AR1 ；從口讀數(shù)據(jù)或存數(shù)據(jù)到口 LD *AR1,7,A ；定標(biāo)輸入 STM N1,BRC ；計算第二級二階 IIR 濾波器 RPT ELOOP1 LOOP: 反饋通路 MAC *AR4+,*AR3,A ；輸入 +d(n2)*A2 MAC *AR4+,*AR3,A ；輸入 +d(n2)*A2+d(n1)*A1 MAC *AR4+,*AR3,A ； d(n)=輸入 +d(n2)*A2+d(n1)*A1 STH A,*AR3+0 正相通路 MPY *AR4+,*AR3,A ； d(n2)*B2 MAC *AR4+,*AR3,A ； d(n2)*B2+d(n1)*B1 DELAY *AR3 ； d(n2)=d(n1) MAC *AR4+,*AR3,A ； d(n2)*B2+d(n1)*B1+d(n)*B0 DELAY *AR3 ； d(n1)=d(n) ELOOP: STH A,*AR2 ；輸出 = d(n2)*B2+d(n1)*B1+d(n)*B0 PORTH *AR2,200H ；寫到結(jié)果到文件 B INLOOP ；計算下一個結(jié)果 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 31 第五章 總結(jié) 通過這一次畢業(yè)論文的寫作，我深深的體會到了自己原先的不足。在經(jīng)歷了 2個多月的寫作，從開始的毫無頭緒到論文的完成，我一直都兢兢業(yè)業(yè)，如履薄冰，生怕自己有任何疏忽的地方。正是這種精神使我在濾波器這塊知識領(lǐng)域上認(rèn)識更加的深刻。在這 2 個多月里，我無疑在經(jīng)歷一場戰(zhàn)爭，其激烈程度絲毫不亞于第二次世界大戰(zhàn)。在這場沒有硝煙的“戰(zhàn)爭”里，我學(xué)會了細(xì)心，學(xué)會了理性，學(xué)會了邏輯的表達(dá)，學(xué)會了沉穩(wěn)和執(zhí)著。在這里我要感謝學(xué)校給我這次機(jī)會，使我在即將畢業(yè)的時候還在慢慢的成長。 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 32 參考文獻(xiàn) [1] 劉和平等編著 ,DSP 原理及電機(jī)控制應(yīng)用 ， 基于 TMS320LF240x 系列 ， 北京 ,北京 航空航天大學(xué)出版社 ,2020. [2] 萬永革編著 ， 數(shù)字信號處理的 MATLAB 實現(xiàn) ， 北京 ， 科學(xué)出版社 ， 2020. [3] 趙知勁 ， 劉順蘭等編著 ， 數(shù)字信號處理實驗 ， 杭州 ， 浙江大學(xué)出版社 ， 2020. [4] 戴明楨 ， 周建江編 著 ， TMS320C54x DSP 結(jié)構(gòu) ， 原理及應(yīng)用 ， 北京 ， 北京航空航天大學(xué)出版