【導(dǎo)讀】制、儀表技術(shù)、信息家電等高科技領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)DSP的出現(xiàn)和FPGA的迅速發(fā)?？焖俚貙?shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。用DSP芯片實(shí)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(shè)計(jì)十分靈活。來實(shí)現(xiàn)了FIR數(shù)字濾波。

　　

【正文】 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(jí)。 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。 17 4．精度高 ： 16 位數(shù) 字系統(tǒng)可以達(dá)到 105級(jí)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(cè)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(hào)處理也存在一些缺點(diǎn)。例如，對(duì)于簡(jiǎn)單信號(hào)處理任務(wù)，若采用 DSP 則使成本增加。 DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程 一個(gè) DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程大概要有以下幾個(gè)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(shí)性要求等性能指標(biāo)。 2． 根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行高級(jí)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。 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(gè)開放、具有強(qiáng)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(kuò)展到了 其他系列?，F(xiàn)在所有 TI 的DSP 都可以使用 CCS 進(jìn)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(diǎn)： 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(diào)試工具，可以載入執(zhí)行文件 (.out)，查看寄存器窗口、存儲(chǔ)器窗口和變量窗口、反匯編窗口等，支持在 C 源代碼級(jí)進(jìn)行調(diào)試 ； 支持多片 DSP 聯(lián)合調(diào)試 ； 斷點(diǎn)工具，支持硬件斷點(diǎn)、數(shù)據(jù)空間讀 /寫斷點(diǎn)、條件斷點(diǎn)等 ； 探針工具，用 于進(jìn)行算法仿真，數(shù)據(jù)監(jiān)視等 ； 剖析工具，用于評(píng)估代碼執(zhí)行的時(shí)間 ；數(shù)據(jù)圖形顯示工具，用戶可以根據(jù)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(gè)準(zhǔn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，支持TI DSP 芯片的各種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都是以 DSP/BIOS 作為底層軟件，為嵌入式應(yīng)用提供 基本的運(yùn)行服務(wù)。 RTDX(Real Time Data Exchange)插件是 CCS 中另一個(gè)十分重要的插件。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)為 CCS 提供了一個(gè)實(shí)時(shí)、連續(xù)的可視環(huán)境，開發(fā)人員可以看到 18 DSP 應(yīng)用程序工作的真實(shí)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(shí)現(xiàn) FIR 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 在 FIR 數(shù)字濾波器的幾種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中，直接型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀，乘法運(yùn)算量較少，本文也采用這種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) FIR 匯編程序及 CCS 調(diào)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(diào)試 在 CCS 環(huán)境下對(duì)所編制的匯編程序進(jìn)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(dāng)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(biāo)文件和 .out 可執(zhí)行文件。 FIR 濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn) 將編譯產(chǎn)生的可執(zhí)行文件下載到 DSP 芯片中，經(jīng)過運(yùn)行得到如圖 45(b)所示的輸出信號(hào)頻 譜圖，圖 45(a)為輸入信號(hào)的頻譜圖。圖 45(a)包括： f ff3 三個(gè)信號(hào)頻率成分，圖 45(b)的輸出信號(hào)的頻譜圖中僅剩余了 f1 信號(hào)，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(hào)的頻譜圖 21 圖 46(a) 圖 46(b) 圖 46 輸入 /輸出信號(hào)的時(shí)域圖 圖 46(a)為輸入信號(hào)的時(shí)域圖，顯示了三個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)疊加 ，圖46(b)為輸出信號(hào)的時(shí)域圖，僅剩余了頻率為 f1的正弦信號(hào)。 將圖 45 的輸入 /輸出信號(hào)的頻譜圖與前面 34 圖的 FIR 濾波器的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，可以看到，該 DSPC5416 實(shí)際濾波可以基本達(dá)到和算法仿真同樣的效果 。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 DSP 的基本特征、結(jié)構(gòu)、及其設(shè)計(jì)與開發(fā)，并進(jìn)行 FIR 數(shù)字濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn)。 22 結(jié)論 本課題的主要工作是應(yīng)用 MATLAB 軟件設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器，并對(duì)所設(shè)計(jì) 的濾波器進(jìn)行仿真 ： 應(yīng)用 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 —— CCS 調(diào)試匯編程序，用TMS320C5416 來實(shí)現(xiàn)了 FIR 數(shù)字濾波 。 通過對(duì)本課題的研究，關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理方面的理論知識(shí)得到了豐富和提高，熟悉了課題研究的整體思路和方法，認(rèn)識(shí)到進(jìn)行課題研究應(yīng)具備的素質(zhì)。第一，對(duì)一個(gè)課題的研究必須要閱讀大量的文獻(xiàn)和 書 籍來獲得一定的感性認(rèn)識(shí)，然后才會(huì)有一定的思路和設(shè)計(jì)方法。第二，理論基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。論文涉及許多算法，會(huì)用到很多理論知識(shí)，需要日積月累、不斷的學(xué)習(xí)。第三，掌握各種設(shè)計(jì)軟件的必要性。應(yīng)用功能強(qiáng)大的軟件來進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)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(jì)算、符號(hào)運(yùn)算及圖形處理等強(qiáng)大功能為一體的科學(xué)計(jì)算語言，己被算法研究人員、工程技術(shù)人員廣泛應(yīng)用。最后，研究工作要有信心，要虛心，要不畏困難、不斷進(jìn)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(hào)處理中應(yīng)用比較廣泛的一個(gè)領(lǐng)域，有了本課題的研究基礎(chǔ)，在以后的工作中，可以設(shè)計(jì) 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(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法上，除了應(yīng)用 DSP 來實(shí)現(xiàn)外，可采用 CPLD、 FPGA 等來實(shí)現(xiàn)。 23 參考文獻(xiàn) 1 陳后金 .數(shù)字信號(hào)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(hào)處理基礎(chǔ) .北京郵電大學(xué)出版社