【正文】 在這次設(shè)計(jì)中，運(yùn)用到了很多以前的專業(yè)知識(shí)，雖然過(guò)去從未獨(dú)立應(yīng)用過(guò)它們，但在學(xué)習(xí)的過(guò)程中帶著問(wèn)題去學(xué)我發(fā)。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為我今后的學(xué)習(xí)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。 算法移植和 CCS 調(diào)試與仿真 . . 致謝 在這一次的基于 DSP 實(shí)現(xiàn) IIR 數(shù)字濾波器中， 我主要設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的算法。 在 MATLAB 上的設(shè)計(jì) IIR 濾波器的算法并仿真。還要和 AD 轉(zhuǎn)換程序、 DA 轉(zhuǎn)換程序結(jié)合起來(lái)，完成整體算法設(shè)計(jì)，這樣才算完成算法的設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中，主要的任務(wù)是完成數(shù)字濾波器算法的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)濾波器算法的過(guò)程中，充分利用 MATLAB 的強(qiáng)大運(yùn)算能力，分析選擇模擬濾波器原型，計(jì)算數(shù)字濾波器系數(shù)，仿真 濾波器效果，這些都是對(duì) MATLAB 的充分利用。 . . 總結(jié) 數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的重點(diǎn)內(nèi)容，應(yīng)用非常廣泛，幾乎任何信號(hào)處理系統(tǒng)都涉及到各種各樣的濾波。發(fā)現(xiàn) CCS 上的結(jié)果去MATLAB 上的結(jié)果相近。 本章小結(jié) 本章首先系統(tǒng)地介紹了 CCS 軟件，之后又介紹了 CCS 軟件中的主要文件和常用的窗口。 圖 55 100Hz輸入與 DA輸出 輸入正弦信號(hào)的峰峰值為 ，頻率為 400Hz 時(shí)，其輸入信號(hào)和 DA 輸出信號(hào)如圖 56. . 所示，圖中示波器上半面的信號(hào)為輸入信號(hào)，下半面的信號(hào)為 DA 輸出 圖 55 400Hz輸入與 DA輸出 各頻率輸入信號(hào)峰峰值和平均值對(duì)應(yīng)和對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)峰峰值和平均值如表 51 所示： 表 51 iir濾波器其不同頻率其峰值和平均值 對(duì)比以上執(zhí)行結(jié)果可以很清晰的發(fā)現(xiàn)：所設(shè)計(jì)的濾波器對(duì) 200Hz 以下的低頻率信號(hào)的衰減輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 輸入頻率 峰峰值 平均值 輸出頻率 峰峰值 平均值 20Hz 20Hz 35Hz 35Hz 45Hz 45Hz 60Hz 60Hz 70Hz 70Hz 80Hz 80Hz 100Hz 100Hz 120Hz 120Hz 140Hz 140Hz 200Hz 200Hz 250Hz 250Hz 400mv 300Hz 300Hz 240mv 400Hz 400Hz 400mv . . 很微弱，而對(duì) 200Hz 以上的高頻率信號(hào)卻能起到很好的濾除效果，到了 300Hz、 400Hz 幾乎就衰減到零了。 輸入信號(hào)頻率為 50Hz 時(shí)的執(zhí)行結(jié)果如圖 52 所示： 圖 52 50Hz輸入執(zhí)行結(jié)果 輸入信號(hào)頻率為 90Hz 時(shí)的執(zhí)行結(jié)果如圖 53 所示： 圖 53 90Hz輸入執(zhí)行結(jié)果 輸入信號(hào)頻率為 400Hz 時(shí)的執(zhí)行結(jié)果如圖 54 所示： . . 圖 54 400Hz輸入執(zhí)行結(jié)果 通 過(guò) DSP 處理 后 ，用 D/A 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn) 換 成模擬信號(hào)送 示波器，通過(guò) 調(diào)節(jié) 輸入不同頻率的正弦信號(hào)， 觀察 其輸出信號(hào) 的峰峰值 與平均值。在前面的 MATLAB 仿真中我們知道我們?cè)O(shè)計(jì)的是 3 階的橢圓濾波器，并且在執(zhí)行中生成了相應(yīng)的 a,b 的系數(shù) ，也編寫(xiě)了 MATLAB 上的算法程序。如果刪除文件，則把鼠標(biāo)移到相應(yīng)的文件處，單吉右鍵，從彈出的快捷菜單選擇 remove from project 選項(xiàng) ??2 。在項(xiàng)目中包括用戶用到的頭文件，用 include 定義的引用文件和用戶建立或添加的 c 源程序 *.c，匯編源程序文件 *.asm，目標(biāo)文件 *.obj，庫(kù)文件 *.lib 和鏈接命令文件 *.cmd。其中在 file 窗口中包括當(dāng)前系統(tǒng)用到的 gel文件和項(xiàng)目。 在 CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，常用的工作窗口有 file 窗口， disassembly（反匯編程序）窗口， cpu 寄存器窗口以及 watch 觀察窗口等。 . . 設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以通過(guò) View 菜單，選擇各種工具欄，窗口和對(duì)話框是否打開(kāi)，其中 view 菜單中比較重要的命令有 view/watch windou，在 watch windou 中可以觀察調(diào)試過(guò)程中的變量， C 語(yǔ)言表達(dá)式，地址和寄存器的值。 PROJECT/ADD FILE TO PROJECT 將文件加載到該項(xiàng)目中。項(xiàng)目文件保存時(shí)為 *.PJT 文件。 CCS 集成環(huán)境和主要菜單 集成調(diào)試不能直接將匯編源代碼或 C 語(yǔ)言源代碼文件 BUILD 生成 DSP 可執(zhí)行代碼。在 TMS320 系列中，與JTAG 測(cè)試端口同時(shí)工作的還有一個(gè)分析模塊，他支持?jǐn)帱c(diǎn)的設(shè)置和程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及 DMA 的訪問(wèn)，程序單布運(yùn)行和跟蹤以及程序的分支和外部中斷的計(jì)數(shù)等。實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板是一個(gè)比較好的選擇，其結(jié)構(gòu)框圖如圖，由于 F2407 要 求 。在生成目標(biāo)程序和程序庫(kù)的過(guò)程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過(guò)跟蹤信息對(duì)不同的程序進(jìn)行分類管理；基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼、查看寄 存器、存儲(chǔ)器、反匯編、變量窗口等功能，并支持 C 源代碼級(jí)調(diào)試； 斷點(diǎn)工具，能在調(diào)試程序的過(guò)程中，完成硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)和條件斷點(diǎn)的設(shè)置；探測(cè)點(diǎn)工具，可用于算法的仿真，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視等；分析工具，包括模擬器和仿真器分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能 ??2 。 CCS 的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要由以下組件構(gòu)成： TMS320C54x 集成代碼產(chǎn)生工具； CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境； DSP/BIOS 實(shí)時(shí)內(nèi)核插件及其應(yīng)用程序接口 API；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的 RTDX 插件以及相應(yīng)的程序接口 API；由 TI 公司以外的第三方提供的各種應(yīng)用模塊插件。 CCS 有兩種工作模式 ，即軟件仿真器模式：可以脫離 DSP 芯片，在 PC 機(jī)上模擬 DSP的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。這樣就對(duì) DSP 芯片有了一個(gè)系統(tǒng)的了解，在設(shè)計(jì)算法時(shí)，可以根據(jù)對(duì)DSP 芯片的了解來(lái)選擇定時(shí)器，計(jì)算周期等。 本章小結(jié) 本 章主要介紹 DSP 芯片，主要包括 DSP 芯片的概念、 DSP 芯片的主要特點(diǎn)、 DSP 芯片的優(yōu)缺點(diǎn)以及 DSP 芯片的分類。 (3) 數(shù)字信號(hào)處理器對(duì) x(n)進(jìn)行處理，得數(shù)字信號(hào) y(n)。 DSP 系統(tǒng)的工作過(guò)程： (1) 將輸入信號(hào) x(t)經(jīng)過(guò)抗混疊濾波，濾掉高于折疊頻率的分量，以防止信號(hào)頻譜的混疊。專用 DSP 芯片是為特定的 DSP 運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，更適合特殊的運(yùn)算，如數(shù)字濾波、卷積和 FFT，如 Motorola 公司的 DSP56200， Zoran 公司的 ZR34881， Inmos 公司的 IMSA100等就屬于專用型 DSP 芯片。 3．按用途分 按照 DSP 的用途來(lái)分，可分為通用型 DSP 芯片和專用型 DSP 芯片。T 公司的 DSP32/32C， Motorola 公司的 MC96002 等。T 公司的 DSP16/16A， Motorola 公司的 MC56000等。 2．按數(shù)據(jù)格式分 . . 這是根據(jù) DSP 芯片工作的數(shù)據(jù)格式來(lái)分類的。 如果有兩種或兩種以上的 DSP 芯片，它們的指令集和相應(yīng)的機(jī)器代碼機(jī)管腳結(jié)構(gòu)相互兼容，則這類 DSP 芯片稱為一致性 DSP 芯片。如果在某時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的任何時(shí)鐘頻率上， DSP 芯片都能正常工作，除計(jì)算速度有變化外， 沒(méi)有性能的下降，這類 DSP芯片一般稱為靜態(tài) DSP 芯片。 DSP 芯片的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 大規(guī)模集成性 穩(wěn)定性好，精度高 可編程性 高速性能 可嵌入性 接口和集成方便 缺點(diǎn)： 成本較高 高頻時(shí)鐘的高頻干擾 功率消耗較大等 DSP 芯片的分類 DSP 芯片可以按照下列三種方式進(jìn)行分類。 (8) 支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行 。 (6) 具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器。 (4) 具有低開(kāi)銷或無(wú)開(kāi)銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。 (2) 程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)。 DSP 芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的 DSP 指令，可以用來(lái)快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。再編程通過(guò) MATLAB 計(jì)算出數(shù)字濾波器的系數(shù)，再選擇級(jí)聯(lián)型來(lái)設(shè)計(jì)濾波器算法最后在 MATLAB 上仿真出符合要求的結(jié)果。 本章小結(jié) 本章主要講述了數(shù)字濾波器的 MATLAB 算法的設(shè)計(jì)過(guò)程，從選擇模擬濾波器原型開(kāi)始，通過(guò) MATLAB 的 fdatool 工具箱填寫(xiě)濾波器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì) 巴特沃斯 濾波器 、切比雪夫 I 型濾波器、 切比雪夫 II 型濾波器以及 橢圓 濾波器。如圖 311 所示： 圖 311 仿真結(jié)果 經(jīng)過(guò) 對(duì)比圖形后，發(fā)現(xiàn) 400Hz 頻率的波形 被 濾 除了 ，留下來(lái)了 100Hz 的波形，和 理論推測(cè)的 結(jié)果 一樣，證明前面設(shè)計(jì)的濾波器的效果不錯(cuò)。 v9=v6。 v4=v2。 v7=v6+v10。 v5=v3+v8。 v2=v1。 v8=**v11。 for n=1:1:512 . . X(n)=sin(2*pi**n)+sin(2*pi**n)。v9=0。 ??zH1和 ??zH2 均用直接型實(shí)現(xiàn)，畫(huà)出它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 310 所示： ? ?ny1?z 1?z?nx0 . 4 7 9 7?z0 . 1 0 4 70 . 4 0 4 1 0 . 6 8 9 00 . 7 2 1 80 . 1 0 4 7v 1v 2v 4v 3 v 5v 1 1v 10v 6 v 7v 9v 8 圖 310 級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖 310 就是級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)濾波器算法 ??7 。 將 (32)式的傳輸函數(shù)分子和分母進(jìn)行因式分解，即用它的零、極點(diǎn)表示為： ?? ?? ?? ?? ??? ??? Mk kMk kk kkk zHzaza zbzbbzH 11 2211 22110 )(1)( (33) 其中 NNN ?? 21 2 ， NMM ?? 21 2 ，分子和分母中的實(shí)系數(shù)二階因子分別對(duì)應(yīng)于共軛零、極點(diǎn)。 IIR 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) IIR 基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為直接型、級(jí)聯(lián)型和并聯(lián)型。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般用到的有三種，分別是直接型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。函數(shù) bilinear 是雙線性變換法，用于求數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)系數(shù)向量 bz， az??1 。)給定。函數(shù) ellipord 用于計(jì)算滿足指標(biāo)的橢圓濾波器的最低階數(shù) N 和通帶邊界頻率 wpo，指標(biāo)由參數(shù) (wp,ws,Rp,As,39。)。) [B,A]=ellip(N,Rp,As,wpo,39。 [N,wpo]=ellipord(wp,ws,Rp,As,39。Rp=1。 MATLAB 中有很多函數(shù)，其中就有一些是用來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器系數(shù)的，例如本次任務(wù)的濾波器系數(shù)的計(jì)算程序如下： wp=2*pi*200。因此選擇橢圓濾波器做為模擬濾波器原型。根據(jù)任務(wù)要求：通帶截. . 止頻率 200Hz 和阻 帶截止頻率 400Hz。 . . 圖 32 填寫(xiě)參數(shù)的 fdatool 接下來(lái)就是選擇所要生成的濾波器的幅頻特性曲線了，按照 巴特沃斯 濾波器 、切比雪夫 I型濾波器、 切比雪夫 II 型濾波器以及 橢圓 濾波器的順序生成。左下角選擇低通 (Lowpass)和 IIR。 fdatool ??1 工具箱可以通過(guò)給定的濾波器參數(shù)（通 帶截止頻率、通帶最大衰減、阻帶截止頻率、阻帶最小衰減以及采樣頻率）來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，在本文中，不是要用 fdatool 來(lái)設(shè)計(jì)濾波器，而是使用 fdatool 來(lái)比較各種濾波器的幅頻響應(yīng)曲線，從而選擇出最合適的模擬濾波器原型。第一步就是要從這四種濾波器中選擇出最符合要求的濾波器。首先，就是要選擇一個(gè) 合適的模擬濾波器原型。最后介紹了 MATLAB 的特性和一些函數(shù)。還介紹了 數(shù)字濾波器 按照 系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度分為兩大類 ，分別是 FIR 和 IIR。但該函數(shù)只能用于數(shù)字濾波器， FIR 濾波器或IIR 濾波器均能使用 ??1 。該函數(shù)對(duì)序列 x 進(jìn)行正常的正向?yàn)V波后，將濾波后的輸出翻轉(zhuǎn)重新用該濾波器進(jìn)行濾波，第二次濾波后的輸出序列的翻轉(zhuǎn)即得到零相位的濾波輸出。 x 為濾波器的輸入，. . 為值向量。 (6) filtfilt 函數(shù)實(shí)現(xiàn)零相位前向與后向結(jié)合的濾波。y 為濾波器的輸出。 (5) filter 函數(shù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器對(duì)數(shù)據(jù)的濾波，函數(shù)的調(diào)用格式為： y=filter(b,a,x) 其中， b,a 分別為濾波器傳遞函數(shù) H(z)的分子和分母多項(xiàng)式系數(shù)。群延遲定義為信號(hào)通過(guò)濾波器的延遲隨頻率變化的函數(shù)，即濾波器相頻特性圖上切線的負(fù)斜率： ? ? ? ?? ?????? ddg ? MATLAB 信號(hào)處理工具箱提供計(jì)算群延遲函數(shù) grpdelay，調(diào)用格式為： [gd,w]=grpdelay(b,a,n,[’whole’]) [gd,f