【導(dǎo)讀】器、加法器和延時(shí)單元組成的一種算法或裝置，可作為應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的前期處理。DSP芯片實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性好、精確度高、靈活性強(qiáng)及不受外界影響等特性。識(shí)別、自動(dòng)控制等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展空間。濾波器四種類型及七種窗函數(shù)的仿真程序，進(jìn)行了具體的仿真分析。濾波器的方法，主要是在MATLAB中調(diào)試仿真DSP程序來尋找系數(shù)的快速傳遞法。貯器FLASH電路、擴(kuò)展RAM存貯器等基本外圍電路的設(shè)計(jì)。F工R濾波器在截止頻率的邊沿陡峭性能雖然不及11R濾。所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過一定運(yùn)算關(guān)系改變輸。數(shù)字濾波器和模擬濾波器相比，因?yàn)樾盘?hào)的形式和實(shí)現(xiàn)濾。隨著信息時(shí)代的到來，數(shù)字信號(hào)處理已成為當(dāng)今一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。要求比較嚴(yán)格的條件下，采用F1R數(shù)字濾波器。而普通的單片機(jī)例如MCS-51難以滿足這一要求。數(shù)字濾波器的參數(shù)調(diào)節(jié)比起模擬濾波器來更加方便、靈活。數(shù)字濾波器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行處理，提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度。

　　

【正文】 64Kx16位，數(shù)據(jù)存取時(shí)間為 10ns，能滿足高速運(yùn)行需要。其工作電壓為 ，與 C55X 工作電壓一致，無需電平轉(zhuǎn) 換。與 C55X 連接圖如圖 。這是一種優(yōu)化的混和程序和數(shù)據(jù)區(qū)外接 RAM 的方法，省去了 C55X 的地址線 A15，這種方法可充分利用外部擴(kuò)展 RAM，不會(huì)因內(nèi)部 RAM 和外部 RAM 的地址重疊而造成外部 RAM 的浪費(fèi)。 圖 與 RAM 連接電路 5FIR 濾波器的 DSP 程序?qū)崿F(xiàn) 使在初期階段，因 DSP 的性能指標(biāo)較低，主要用匯編語言來編寫高效、專用的程序代碼，后來隨著 DSP 運(yùn)算速度的提高，采用 C 語言編程來降低開發(fā)難度、縮短開發(fā)周期，但關(guān)鍵程序段仍結(jié)合 DSP 硬件編寫 DSP 匯編程序。如今，高效的信號(hào)處理工具 MATLAB逐漸滲透到 DSP 設(shè)計(jì)中。利用 MATLAB 輔助 DSP 程序開發(fā)，提高了程序開發(fā)效率，縮短了軟件開發(fā)周期。 TMS320C55x 對(duì)數(shù)字濾波器算法的實(shí)現(xiàn)在指令集和硬件結(jié)構(gòu)上都有考慮。它有 MAC指令，該指令將數(shù)據(jù)區(qū)的兩個(gè)數(shù)相乘，然后再與累加器中的值累加，運(yùn)算結(jié)果仍存在累加器中為下次操作準(zhǔn)備 。在硬件上有間接尋址時(shí)的循環(huán)尋址功能，即將濾波器系數(shù)保存在一個(gè)可循環(huán)尋址的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，尋址指針由低地址自動(dòng)增長，當(dāng)達(dá)到緩沖區(qū)頂部時(shí)，自動(dòng)返回低地址重新尋址，這樣，配合單指令重復(fù)指令 RPT，就可以快速實(shí)現(xiàn)卷積操作。 傅氏級(jí)數(shù)法的 DSP 程序?qū)崿F(xiàn) 在第三章最后算出了濾波器四種類型的系數(shù)表達(dá)式?？梢愿鶕?jù)系數(shù)表達(dá)式采用 C語言來編程實(shí)現(xiàn)濾波算法。下面是 FIR 帶通濾波器算法程序段 : voidfirbpf(doublelpass,doublehpass) { intt。 for（ t=O。tFLen。t++) { doublem。 m=sin((t(FLen1)/)*hpass*pi)/((t(FLen1)/)*pi)。 h(t)=msin((t(FLen1)/)*lpass*pi)/((t(FLen1)/)*pi)。 } if(t==((FLen1)12)) h[t]=hpasslpass。 } 相應(yīng)的其它三種類型 FIR 濾波器算法程序都可以由對(duì)應(yīng)的系數(shù)表達(dá)式編寫出來。 利用匯編程序?qū)崿F(xiàn) FIR 濾波器 匯編程序調(diào)試首先在 CCS 中建立新的工程 ,然后將匯編語言源文件 (.asm或 .c)文件以及中斷向量文件 (.asm)、位文件 (.cmd)添加到工程中。 編譯通過后，生成可執(zhí)行文件 (*.out 文件 )，下載到 DSP 程序存儲(chǔ)器中， 這時(shí)打開 Momery 窗口 ,可以看到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器已經(jīng)被劃分 coff_fir,d_data_buffer,in_buffer,out_buffer 等區(qū)。編譯并將整個(gè) FIR 項(xiàng)目成功地下載到目標(biāo)系統(tǒng)板后 ,FIR 程序就可以在 EVM 板上運(yùn)行 進(jìn)行調(diào)試（程序見附錄 A）。下圖為程序流程圖。 圖 程序流程圖 在主程序中，在 flag=0 處設(shè)置斷點(diǎn)；單擊“ Run”運(yùn)行程序，程序?qū)⑦\(yùn)行至斷點(diǎn)處停止；用 View/Graph/Time/Frequency 打開一個(gè)圖形觀察窗口如圖 示。 圖 圖形參數(shù)設(shè)置窗口 主程序 系統(tǒng)初始化 輸入緩沖區(qū)初始化為零 根據(jù)指標(biāo)生成系數(shù) 開放中斷 等待中斷 中斷程序 是否采集到256 個(gè)數(shù)據(jù) 輸入信號(hào)值歸一化 輸入緩沖區(qū)值下移一位，加入最新輸入信號(hào) 進(jìn)行乘加運(yùn)算 返回 是 否 設(shè)置觀察圖形窗口變量及參數(shù)為：采用雙蹤觀察啟始地址分別為 x 和 y，長度為 256的單元中數(shù)值的變化，數(shù)值類型為 32 位浮點(diǎn)型變量，這兩個(gè)數(shù)組中分別存放的是經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后的輸入混疊信號(hào)（輸入信號(hào)）和對(duì)該信號(hào)進(jìn)行 FIR 濾波的結(jié)果；單擊“ Animate”運(yùn)行程序，調(diào)整觀察窗口并觀察濾波結(jié)果如下圖 圖 輸入混頻與濾波后信號(hào) 比較濾波前與濾波后的信號(hào)，可以看到， 通過測試波形可以看到， 濾波后的信號(hào)比濾波前的信號(hào)要平滑很多，確實(shí)達(dá)到了濾波效果。 在實(shí)驗(yàn)中，還可通過改變混頻信號(hào)的混疊情況，來觀察濾波器的濾波情況， 如加大或減小高頻率的幅度 (頻率 )或者改變?yōu)V波器的長度及采樣頻率來觀察 DSP 芯片的濾波效果。圖為 加大高頻率信號(hào)的幅度時(shí)濾波效果。圖 為加大濾波器階數(shù)到 80 的濾波效果。圖 為減小濾波器階數(shù)到 30 階的濾波效果，可看出濾波器的階數(shù)越高，濾波效果相對(duì)越好。 圖 加大濾波的濾波情況 圖 階濾波效果 圖 階濾波效果 小結(jié) 一般用 DSP 芯片實(shí)現(xiàn) FIR 濾波器，都是先在 MATLAB 里設(shè)計(jì)相應(yīng)的濾波器，得到濾波器系數(shù)，然后在 DSP 匯編程序中，對(duì)相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行 Q15 格式轉(zhuǎn)換處理 ，如系數(shù) ，轉(zhuǎn)換成 Q15 格式，采用偽指令寫成 .*32768 形式，再采用相關(guān)的匯編指令來實(shí)現(xiàn) FIR 濾波器算法。 得到濾波器系數(shù)的方法很多，但在調(diào)試仿真階段，每改變一次濾波器參數(shù)，相關(guān)的系數(shù)就會(huì)改變，在 DSP 程序中也要做相應(yīng)修改，這給調(diào)試仿真帶來很大麻煩，濾波器設(shè)計(jì)效率低，這樣就想尋求更快更便捷的設(shè)計(jì)方法。如果在 MATLAB 中生成濾波器系數(shù)后，以某種形式建立一種連接，把系數(shù)傳到 CCS 中，供 DSP 濾波算法程序使用，當(dāng) MATLAB中設(shè)計(jì)的濾波器系數(shù)改變時(shí)，相應(yīng)在 CCS 中也改變，這樣就可達(dá)到 快速設(shè)計(jì)的目的。在解決的過程中，發(fā)現(xiàn)可通過 FDATooI 中的 Exporttocodeposerstudio(IDE)，把濾波器的系數(shù)以頭文件形式傳到 CCS 中，頭文件中包含濾波器的階數(shù)和系數(shù)數(shù)組。在 DSP 程序中包含該頭文件，便于采用 C 語言來實(shí)現(xiàn)程序。頭文件名不變，每當(dāng) MATLAB 中的系數(shù)改變時(shí)，相應(yīng)的頭文件中系數(shù)也改變，方便了調(diào)試仿真。 本文中采用匯編語言編寫 FIR 濾波子程序，在主程序中用 C 語言調(diào)用。這樣就需要了解 DSP 匯編程序與 C語言之間的參數(shù)傳遞及有關(guān)的調(diào)用關(guān)系。通過 TI 相關(guān)英文文檔，知道在 C55X 自帶的 dsplib 庫中有相應(yīng)的用匯編語言編寫并已優(yōu)化的 FIR 濾波器源程序，這些程序都符合 TI的軟件編程規(guī)范，在 CCS 中的對(duì)選項(xiàng) buildoptions 進(jìn)行設(shè)置就可直接調(diào)用，另外還要把 C55X 的 dsplib 加到工程中，在程序中包含 頭文件。下面是庫的幾種 FIR 函數(shù)。 （ 1） hortfir(data*x,data*h,*r,data,*dbuffer,ushortnh,ushortnx) 這是一種直接型的濾波器函數(shù)， x為輸入樣本向量， h為系數(shù)向量， r為輸出向量，dbuffer 為緩沖區(qū)， nh 為系數(shù)個(gè) 數(shù)， nx 為輸入樣本數(shù)。 （ 2） firdec(data*x,data*h,data*r,data*dbuffer,ushortnh,ushortnx)采用抽取法。 （ 3） firinterp(data*x,data*h,data*r,data*dbuffer,ushortnh,ushortnx)采用插入法。 （ 4） intfirs(data*x,data*r,data*dbuffer,ushortnh2,ushortnx)對(duì)稱、均衡型。 （ 5） intfirs2(data*x,data*h,data*r,data*dbuffer,ushortnh2,ushortnx)一般型。 也可以把庫的函數(shù)復(fù)制到自己的工程名下，再進(jìn)行編譯，這跟函數(shù)調(diào)用一樣，直接使用。在 C 程序中，參數(shù)是以指針形式建立的 。在匯編程序中，通過建立局部幀的形式來從右到左接受參數(shù)的地址，即建立了匯編與 C 的調(diào)用關(guān)系。其中，由 FDATooI 得到的頭文件的數(shù)據(jù)類型與 dsplib 庫中函數(shù)的類型不同， C55X 的數(shù)據(jù)是 16 位，由 FDATool傳遞系數(shù)給 CCS 時(shí)，應(yīng)選擇有符號(hào)的 16 位整數(shù)，還有相應(yīng)的修改。 版本以上的 MATLAB 中都集成了 MATLABLinktoCodeComposerStudio(tm)功能，可以通過特殊函數(shù) run， reset， write， read,create 等在 MATLAB 中直接調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)，并能將目標(biāo)系統(tǒng)的輸出結(jié)果返送給 MATLAB。具體過程為 :先在 MATLAB 中設(shè)計(jì) FIR 濾波器，編寫模擬信號(hào)，通過濾波器濾波，得到相應(yīng)的濾波信號(hào)，以數(shù)據(jù)文件的形式保存模擬信號(hào)與濾波后的信號(hào)。然后在 CCS 中編寫 DSP 程序，編譯并修改，直到?jīng)]有錯(cuò)誤，然后 MATLAB 把模擬信號(hào)寫給 DSP 程序，經(jīng) DSP 芯片濾波后， MATLAB 把濾波信號(hào)讀回，跟MATLAB 中的濾波信號(hào) 進(jìn)行比較，即 MATLAB 直接控制運(yùn)行 CCS 中的 DSP 程序。此方法在仿真、調(diào)試中非常有用。 結(jié)論 與展望 本文首先介紹了數(shù)字濾波器的概念及分類，以及數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法。在理解FIR 濾波器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，在 MATLAB 環(huán)境下利用矩形窗設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)FIR 濾波器。然后通過 DSP 結(jié)合 軟件進(jìn)行編程，最終實(shí)現(xiàn)了基于 DSP 的 FIR 數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，基于 DSP 實(shí)現(xiàn)的濾波器具有穩(wěn)定性好、精確度高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)濾波。 經(jīng)過 20 多年的發(fā) 展， DSP 產(chǎn)品的應(yīng)用已擴(kuò)大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個(gè)方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。 目前 DSP 正處于高速發(fā)展時(shí)期，它的技術(shù)可以說是日新月異，它的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之?dāng)U展。相信 DSP 技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用將會(huì)對(duì)社會(huì)的發(fā)展以及我們的工作生活產(chǎn)生更大的影響，前景十分可觀。