【導讀】制、儀表技術、信息家電等高科技領域得到了越來越廣泛的應用。同時DSP的出現(xiàn)和FPGA的迅速發(fā)?？焖俚貙崿F(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。用DSP芯片實現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器，不僅。修改濾波器參數(shù)，從而改變?yōu)V波器的特性，設計十分靈活。來實現(xiàn)了FIR數(shù)字濾波。

　　

【正文】 方便 ： DSP 應用系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代 數(shù) 字技術為基礎的系統(tǒng)或設備都是相互兼容的，這樣的系統(tǒng)接口以實現(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 應用系統(tǒng)中的可編程 DSP 芯片，能靈活方便地進行修改和升級。 3．穩(wěn)定性好 ： DSP 應用系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎，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。 17 4．精度高 ： 16 位數(shù) 字系統(tǒng)可以達到 105級的精度。 5．可重復性好 ： 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、調試和大規(guī)模生產。 6．集成方便 ： DSP 應用系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。 當然，數(shù)字信號處理也存在一些缺點。例如，對于簡單信號處理任務，若采用 DSP 則使成本增加。 DSP 系統(tǒng)的設計流程 一個 DSP 系統(tǒng)的設計過程大概要有以下幾個步驟。 1． 根據系統(tǒng)的任務要求，確定系統(tǒng)處理精度要求、速度要求、實時性要求等性能指標。 2． 根據系統(tǒng)的要求進行高級語言的算 法模擬，比如使用 MATLAB 等仿真工具，驗證算法的可行性，得出最佳的處理方法。 3． DSP 的系統(tǒng)設計，主要分為硬件設計和軟件設計。硬件設計是指根據系統(tǒng)要求選擇合適的 DSP 芯片，然后設計相應的外圍電路。軟件設計主要是指根據系統(tǒng)的要求和選用的 DSP 芯片編寫相應的程序。 DSP 系統(tǒng)的開發(fā)工具 CCS，即 Code Composer Studio，是 TI 公司在 1999 年推出的一個開放、具有強大集成開發(fā)環(huán)境。它最初是由 GO DSP 公司為 TI 的 C6000 系列 DSP 開發(fā)的。在 TI 收購了 GO DSP 后，將 CCS 擴展到了 其他系列。現(xiàn)在所有 TI 的DSP 都可以使用 CCS 進行開發(fā)，但是其中的 DSP/BIOS 功能只有 C5000 和C6000 的 CCS 中才提供。 1． CCS 主要特點： 集成可視化代碼編輯界面，可以方便地直接編寫 C、匯編、 .h 文件、 .cmd文件等 ； 集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化的 C 編譯器和連接器等 ； 具有完整的基本調試工具，可以載入執(zhí)行文件 (.out)，查看寄存器窗口、存儲器窗口和變量窗口、反匯編窗口等，支持在 C 源代碼級進行調試 ； 支持多片 DSP 聯(lián)合調試 ； 斷點工具，支持硬件斷點、數(shù)據空間讀 /寫斷點、條件斷點等 ； 探針工具，用 于進行算法仿真，數(shù)據監(jiān)視等 ； 剖析工具，用于評估代碼執(zhí)行的時間 ；數(shù)據圖形顯示工具，用戶可以根據需要編寫自己的控制面板 /菜單，從而方便直觀地修改變量，配置參數(shù)。 2． DSP/BIOS 和 API 函數(shù)以及 RTDX 插件 DSP/BIOS(Basic Input Output System)和 API(Application Program Interface)函數(shù)為 CCS 的主要插件之一。 DSP/BIOS 可以看作是一個準實時操作系統(tǒng)，支持TI DSP 芯片的各種實時操作系統(tǒng)都是以 DSP/BIOS 作為底層軟件，為嵌入式應用提供 基本的運行服務。 RTDX(Real Time Data Exchange)插件是 CCS 中另一個十分重要的插件。實時數(shù)據交換技術為 CCS 提供了一個實時、連續(xù)的可視環(huán)境，開發(fā)人員可以看到 18 DSP 應用程序工作的真實過程。 RTDX 可以在 DSP/BIOS 中使用，也可以脫離DSP/BIOS 使用。 FIR 濾波器的 DSP 實現(xiàn) FIR 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結構 在 FIR 數(shù)字濾波器的幾種實現(xiàn)結構中，直接型結構簡單直觀，乘法運算量較少，本文也采用這種實現(xiàn)結構，其結構框圖如圖 43 所示。 x ( n )h ( 0 )Z 1Z 1h ( N 1 )Z 1h ( 1 ) h ( 2 )h ( N 2 )y ( n ) 圖 43 FIR 數(shù)字濾波器的直 接 型結構 FIR 匯編程序及 CCS 調試 1． 編制的 FIR 低通濾波器的匯編程序 [36][37][38](文件名 :)如下 ： ； TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED ． mmregs ． def begin,N N ． set 32 ； THE length OF fir filtering coff K_FIR_BFFR ． set N 。the N tap FIR coefficients ． set fir_coff。filter coefficients COFF_TABLE ． include lowpass\\ FIR_DP ． usect fir_vars.0 d_filin ． usectfir_vars.1 d_filout ． usect fir_vars.1 d_data_buffer ． usect fir_bfr.N。buffer size for the filter ． def fir_task。perform FIR filtering ． def begin ；_______________________________________________________________________________ ； Functional Description ； This routine initializes circular buffers both for data and coeffs. 19 ； ？ ． asg ． asg ． asg begin ． sectfir_prog SSBX OVM SSBX FRCT SSBX SXM RPTZ A.K_FIR_BFFR STL A.*FIR_DATA_P+ ； reset the buffer ； ； Functional Description ； ； This subroutine performs FIR filtering using MAC instruction. ； accumulator A(filter output)=h(n)*x(n1) for l=0， 1， 2.....32 ； ． asg ． asg ． sect fir_prog fir_task： STM STM INLOOP： NOP STM STM LD * ； load the input value fir_filter： STL A.*FIR_DATA_P ； replace oldest sample with newest sampleNOP RPTZ A.(K_FIR_BFFR1) MAC *FIR_DATA_P+.*FIR_COFF_P+.A； filtering STH A.*OUTBUF_P ； output the result of the filtering STM d_data_buffer+ RPTZ A.(K_FIR_BFFR2) DELAY *FIR_DATA_P ； x(n16)=x(n15)， x(n15)=x(n14)， … fir_filter_loop B INLOOP 20 2． 程序的編譯、連接和調試 在 CCS 環(huán)境下對所編制的匯編程序進行匯編、連接，生成 DSP 芯片的可執(zhí)行文件代碼 [27]。匯編、連接的當前工程如圖 44 所示。 圖 44 程序的編譯和連接 圖 44 顯示 ： “ Build plete： 0 errors， 0warning， 0remarks”。即程序的編譯和連接成功，生成了 .obj 目標文件和 .out 可執(zhí)行文件。 FIR 濾波器的 DSP 實現(xiàn) 將編譯產生的可執(zhí)行文件下載到 DSP 芯片中，經過運行得到如圖 45(b)所示的輸出信號頻 譜圖，圖 45(a)為輸入信號的頻譜圖。圖 45(a)包括： f ff3 三個信號頻率成分，圖 45(b)的輸出信號的頻譜圖中僅剩余了 f1 信號，濾除了 f f3高頻成分，顯現(xiàn)了低通濾波的目的。 圖 45(a) 圖 45(b) 圖 45 輸入 /輸出信號的頻譜圖 21 圖 46(a) 圖 46(b) 圖 46 輸入 /輸出信號的時域圖 圖 46(a)為輸入信號的時域圖，顯示了三個不同頻率的正弦信號疊加 ，圖46(b)為輸出信號的時域圖，僅剩余了頻率為 f1的正弦信號。 將圖 45 的輸入 /輸出信號的頻譜圖與前面 34 圖的 FIR 濾波器的仿真結果進行比較，可以看到，該 DSPC5416 實際濾波可以基本達到和算法仿真同樣的效果 。 本章小結 本章主要介紹了 DSP 的基本特征、結構、及其設計與開發(fā)，并進行 FIR 數(shù)字濾波器的 DSP 實現(xiàn)。 22 結論 本課題的主要工作是應用 MATLAB 軟件設計 FIR 數(shù)字濾波器，并對所設計 的濾波器進行仿真 ： 應用 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 —— CCS 調試匯編程序，用TMS320C5416 來實現(xiàn)了 FIR 數(shù)字濾波 。 通過對本課題的研究，關于數(shù)字信號處理方面的理論知識得到了豐富和提高，熟悉了課題研究的整體思路和方法，認識到進行課題研究應具備的素質。第一，對一個課題的研究必須要閱讀大量的文獻和 書 籍來獲得一定的感性認識，然后才會有一定的思路和設計方法。第二，理論基礎知識的重要性。論文涉及許多算法，會用到很多理論知識，需要日積月累、不斷的學習。第三，掌握各種設計軟件的必要性。應用功能強大的軟件來進行計算、設計和仿真，可使研究工作得到 事半功倍的效果。例如 MATLAB 軟件，它是集數(shù)值計算、符號運算及圖形處理等強大功能為一體的科學計算語言，己被算法研究人員、工程技術人員廣泛應用。最后，研究工作要有信心，要虛心，要不畏困難、不斷進取，這樣才可以保證課題研究工作的圓滿完成。 數(shù)字濾波是數(shù)字信號處理中應用比較廣泛的一個領域，有了本課題的研究基礎，在以后的工作中，可以設計 FIR 高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器和 IIR 濾波器等。在數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法上，除了應用 DSP 來實現(xiàn)外，可采用 CPLD、 FPGA 等來實現(xiàn)。 23 參考文獻 1 陳后金 .數(shù)字信號處 理 .北京高等教育出版社， 2021： 34~56 2 Sanjit Digital Signal Processing： A ComputerBased Hill Companies， ~426 3 周利清，蘇菲 .數(shù)字信號處理基礎 .北京郵電大學出版社