【正文】 但是，從代碼質(zhì)量角度考慮匯編必然不是最優(yōu)的，在今后的研究中要加強(qiáng)對(duì)高級(jí)語言代碼的優(yōu)化研究。由于理論知識(shí)的欠缺，濾波器的設(shè)計(jì)所采用的方案不夠完善。 基于 MATLAB 與 CCS的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) 數(shù)字濾波器在 DSP 上的實(shí)現(xiàn) 21 圖 IIR帶通濾波器仿真結(jié)果 基于 MATLAB 與 CCS 的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) 結(jié)論 22 第四章 結(jié)論 本文就 DSP 實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器進(jìn)行了研究，總結(jié)本設(shè)計(jì)的研究成果，可歸納為以下幾點(diǎn) : ，研究了數(shù)字濾波器的基本理論、實(shí)現(xiàn)方法學(xué)習(xí)了數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)理論，掌握了各種數(shù)字濾波器的原理和特性，為數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)及今后的學(xué)習(xí)與工作奠定了理論基礎(chǔ)。因此本文不再對(duì) IIR帶通濾波器的設(shè)計(jì)作過多的說明，只給出仿真的結(jié)果。這樣一來造成兩個(gè)后果：結(jié)果溢出和誤差增大，從而導(dǎo)致算法無 法在 DSP 上實(shí)現(xiàn)。再次，可能濾波器階數(shù)有點(diǎn)低。經(jīng)過分析原因可能如下：首先數(shù)字濾波呂的性能主要取決于乘法器的各系數(shù)，而這些系數(shù)在 MATLAB 上仿真的時(shí)候，是沒有經(jīng)過處理的真實(shí)數(shù)據(jù)，因此在 MATLAB上仿真是理想的仿真，因此效果 較好。只要將此程序做一些改動(dòng)，然后在其他程序中調(diào)用就可以對(duì)實(shí)際的信號(hào)進(jìn)行濾波。 i=1。因此要合理選擇濾波器的階數(shù)。在選擇不同的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮它們所引入的誤差，并用高級(jí)語言進(jìn)行定點(diǎn)仿真，以比較不同結(jié)構(gòu)下誤差的大 小，從而作出合理選擇。 FIR 數(shù)字濾波器主要采用非遞歸結(jié)構(gòu)，因而在有限精度的運(yùn)算中都是穩(wěn)定的 。在用定點(diǎn) DSP 時(shí)，產(chǎn)生誤差是不能避免的，但是可以通過一些辦法減小誤差。只有當(dāng)純整數(shù)或純小數(shù)運(yùn)算不能滿足變量的動(dòng)態(tài)范圍 和精度要求時(shí)，才采用混合小數(shù)表示法進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算。但是， DSP 操作過程中的意外情況是無法避免的，即使采用統(tǒng)計(jì)分析法也不可能涉及到所有情況。就 DSP 運(yùn)算的處理過程來說，實(shí)際參與運(yùn)算的都是變量，有的是未知的，有的則在運(yùn)算過程中不斷改變數(shù)值，但它們?cè)趯?shí)際工程環(huán)境中作為一個(gè)物理參量而言都有一定的動(dòng)態(tài)范圍。 Q 越大，數(shù)值范圍越小，但精度越高 。在 Q0 時(shí)， 108OH=4224。然而， DSP 在執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算指令時(shí)，并不知道當(dāng)前所處理的數(shù)據(jù)是整數(shù)還是小數(shù)，更不能指出小數(shù)點(diǎn)的位置在哪里。 技術(shù)難點(diǎn) 定點(diǎn)數(shù)的定標(biāo) 在定點(diǎn) DSP 芯片中，采用定點(diǎn)數(shù)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，其操作數(shù)一般采用整型數(shù)來表示。 MATLAB 可通過 3 種方式與 CCS、目標(biāo) DSI，進(jìn)行連接、數(shù)據(jù)交換。圖 為 CCS 集成開發(fā)環(huán)境界面圖。使用 Watch窗口查看變量 。 CCS 具有強(qiáng)大的源代碼編輯器，允許編輯 C 語言源代碼和匯編源代碼，能在 C 代碼之后顯示與之對(duì)應(yīng)的匯編指令。 CCS 集成開發(fā)環(huán)境中包含 Simulator(軟件仿真器 )和 Emulat?；?MATLAB 與 CCS的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) 數(shù)字濾波器在 DSP 上的實(shí)現(xiàn) 14 第三章 數(shù)字濾波器在 DSP 上的實(shí)現(xiàn) CCS 簡(jiǎn)介 DSP 芯片的開發(fā)需要一套完整的軟、硬件開發(fā)工具。切比雪夫 I 型濾波器的幅頻特性在通帶內(nèi)有波動(dòng)，阻帶內(nèi)單調(diào) 。與 Butterworth 和 chebyshev 濾波器相比，ellip 函數(shù)可以得到下降斜度更大的濾波器，得 通帶和阻帶均為等波紋。 設(shè) 計(jì) ehebyshevII 型濾波器用函數(shù) eheby2()。 設(shè)計(jì) Butterworth 濾波器用函數(shù) butter()，可以設(shè)計(jì)低通、高通、帶通和帶阻的數(shù)字和模擬濾波器，其特性是通帶內(nèi)的幅度響應(yīng)最大限度的平滑，但損失了截止頻率處的下降斜度。 N最好選用 2 的整數(shù)次冪，這樣使用 FFT 進(jìn)行快基于 MATLAB 與 CCS 的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) IIR 濾波器的 MATLAB 輔助設(shè)計(jì) 11 速運(yùn)算。 [numZ， denZ 卜 impinvar(numl， denl， Fs) 該函數(shù)模擬濾波器傳遞函數(shù)形式 ［ numl， denl]轉(zhuǎn)換為采樣頻率為 Fs 的數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)形式 [numZ， denZ]。這個(gè)濾波器有通帶內(nèi)的最大衰減為 rP。 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5000 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 91頻率 / H z幅值 [N， Wn]==cheb1ord(wp， ws， rp， rs，’ s’ ) 該函數(shù)返回模擬濾波器的最小階數(shù) N和 Chebyshevl 型固有頻率 Wn。rp=。 典型 低通 Chebyshevl 型數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中需要限定其通帶上限臨界頻率 wp，阻帶臨界濾波頻率 ws，在通帶內(nèi)的最大衰減 rP，阻帶內(nèi)的最小衰減 rs。 (2)根據(jù)轉(zhuǎn)換后的技術(shù)指標(biāo)使用濾波器階數(shù)選擇函數(shù)，確定最小階數(shù) N和固有頻率 Wn，根據(jù)選用的模擬低通濾波器的類型可分別用函數(shù) :buttord、 eheb1ord、chebZord、 ellipord 等 。在運(yùn)算誤差方面，并0A1A1p1z?? ?xn ??yn01?11?11?21?1z?1z?0M?1M?1M?2M?1z?1z?基于 MATLAB 與 CCS 的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) IIR 濾波器的 MATLAB 輔助設(shè)計(jì) 9 聯(lián)型各基本節(jié)的誤差互不影響，所以比級(jí)聯(lián)型總的說，誤差要稍小一些。因此一般來說，采用另兩種結(jié)構(gòu)將具有更 大的優(yōu)越性。 直接 II 型：只需要 N 級(jí)延時(shí)單元，節(jié)省資源。 ? ?N ii Ni 0 i0N ii i1 iii1az AH z A 1 d z1 b z???? ??? ? ? ??? ?? 對(duì)于其中的共軛復(fù)根部分，再將它們成對(duì)地合并為二階實(shí)系數(shù)的部分分式，則 ? ? ? ?? ? ? ?1LM iii0 1 11i 1 i 1iB 1 D zAH z A1 p z 1 d z 1 d z?? ? ? ????? ? ?? ????1LMi 0 i 1 i0 i 1 2i 1 i 1i 1 i 2 iAzA 1 p z 1 z z?????? ? ????? ? ?? ? ??? 其中， N L 2M?? 。 再將每一對(duì)共軛因子合并起來構(gòu)成一個(gè)實(shí)系數(shù)的二階因子，則 ? ? ? ? ? ?? ? ? ?1212MM 1 1 2i 1 i 2 ii 1 i 1NN 1 1 2i 1 i 2 ii 1 i 11 g z 1 z zH z A1 p z 1 z z????? ? ???? ? ???? ? ??? ? ????? 如果把單實(shí)根因子也看作是二階因子的一個(gè)特例：即二次項(xiàng)系數(shù)等于零的二階因子，則整個(gè)函數(shù)可以完全分解成實(shí)系數(shù)二階因子的形式 12M 1 j 2 ji1 1 j 2 j1 z zH ( z ) A1 z z????????????? 這樣濾波器就可以用若干二階網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)起來構(gòu)成，這些二階網(wǎng)絡(luò)也成為濾波器的二階基本節(jié)。這樣延時(shí)單元可以節(jié)省一倍，即 N階濾波器只需要 N級(jí)延時(shí)單元。 從圖中我們可以看到 ，直接型結(jié)構(gòu)需要 2N級(jí)延時(shí)單元。它的單位脈沖響應(yīng) 延續(xù)到無限長(zhǎng)，而它的結(jié)構(gòu)上的特性是存在反饋環(huán)路，也即結(jié)構(gòu)上是遞歸型的。MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句 (如 for 循環(huán)， while 循環(huán)， break 語句和 if 語句 )，又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。 DSP 器件應(yīng)用面從起初的局限于軍工，航空航天等軍事領(lǐng)域，擴(kuò)展到今天的諸多電子行業(yè)及消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。 1980 年，日本 NEC公司推出的 PD7720 是第一個(gè)具有乘法器的商用 DSP 芯片。本科題的研究，將為今后設(shè)計(jì)以DSP 為核心部件的嵌入式系統(tǒng)集成提供技術(shù)準(zhǔn)備，這不僅具有重要的理論意義，同時(shí)還具有重要的實(shí)際意義。用可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波可通過修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性。DSP 技術(shù)就是基于 VLSI 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一門重要技術(shù)。 integrated development environment。數(shù)字濾波器是數(shù)字信處理中最重要的組成部分之一，幾乎出現(xiàn)在所有的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中。本課題研究的數(shù)字濾波器基本理論及其實(shí)現(xiàn)方法，為數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。 CCS。 DSP 技術(shù)已在通信、控制、信號(hào)處理、儀器儀表、醫(yī)療、家電等很多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。因此，我們有必要對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，理解其工作原理，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)開發(fā)穩(wěn)定性好的濾波器系統(tǒng)。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展 自 20 世紀(jì) 70年代末 80年代初 DSP 芯片誕生以來， DSP 芯片得到了飛速的發(fā)展。在這之后，最成功的 DSP 芯片當(dāng)數(shù)美國(guó)德州儀器公司 (Texas Instruments，簡(jiǎn)稱 TI的一系列產(chǎn)品，其 DSP 市場(chǎng)份額占全世界份額近 50%。基于 MATLAB 與 CCS 的 IIR 濾波器設(shè)計(jì) IIR 濾波器的 MATLAB 輔助設(shè)計(jì) 3 第二章 IIR 濾波器的 MATLAB 輔助設(shè)計(jì) 丁 LAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室 (MatrixLaboratory)之意。功能工具包用來擴(kuò)充MATLAB 的符號(hào)計(jì)算，可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行，等等優(yōu)點(diǎn)