基于dsp的iir數(shù)字濾波設計-畢業(yè)論文-文庫吧資料
2024-11-18 03:52本頁面
【正文】 成前向通道的乘加運算；反饋通道應用同樣的方法進行乘加。 IIR 數(shù)字濾波器每個樣值的計算就是實現(xiàn)兩數(shù)組對應項乘積的累加和。 DSP 在必要的工作環(huán)境下更多論文 第 9 頁 才能正常工作，構建能支持 DSP 正常工作的最小系統(tǒng)，包括復位、時鐘、電源及 JTGA 仿真口， FLASH 接口設計等。 C5402 共有 144個引腳，其中有 20根地址線 AOA19， 16根數(shù)據(jù)線 DOD15， 4個外部可屏蔽 引腳 INTOINT3和一個不可屏蔽中斷引腳 BIO，剩下的引腳可以分成以下幾類：存儲器控制引腳，時鐘 /晶振引腳，多通道緩沖串口引腳，主機接口通訊引腳，電源引腳，初始化和復位引腳，通用輸入 /輸出引腳，以及用于測試的 IEEE1149. 1 標準 JTAG 口。所以我選擇了技術上比較先進，價格又較便宜的 C5402 作為硬件開發(fā)對象。 TMS320C5402 的體系結構 TMS320VC5402 處理器在本系列中處于先進水平。數(shù)模轉換芯片采用的是 TLV 5608，實現(xiàn)濾波后的信號從數(shù)字信號恢復為所需要的模擬信號。數(shù)字濾波系統(tǒng)的具體方案框圖如圖6所示： 圖 6 數(shù)字濾波器系統(tǒng)方案框圖 通常的設計中會采用 SV供電并行的 ADC（模數(shù)轉換）和 DAC（數(shù)模轉換）芯片與 DSP連接，傳輸數(shù)據(jù)過程中會占用總線的時間，而且需要采用多片電平轉換器件將 SV 電平轉換為 的邏輯電平。 基于 DSP 的 IIR 數(shù)字濾波的硬件設計 基于 DSP 的數(shù)字濾波器總體硬件設計方案 TI公司的 2020 系列和 5000 系列的 DSP都通用型的芯片，考慮到 2020 系列的 DSP 多用于控制方面，而 5000 系列較 2020 系列具有更高的時鐘頻率、更低的價格和更加強大的運算功能，所以在數(shù)字濾波器系統(tǒng)的設計中采用了 TI 公司的一款高性能、低功耗的定點更多論文 第 8 頁 DSP: TMS320VC5402。其仿真結果結果如圖 5所示： 圖 5 利用 matlab仿真圖 根據(jù)以上仿真結果及相應的系數(shù)和 N 值，在相關技術指標不變的情況下，我選用了ChebyshevI 型雙線性變換法。這一整套設計函數(shù)給在 MATLAB 中設計 IIR 數(shù)字濾波器帶來了極大的方便。 MATLAB 工具箱提供了幾種模擬濾波器的原型產生函數(shù)， Butterworth 濾波器原型，Chebyshev（ I型、 II 型）濾波器原型、橢圓濾波器原型等不同的模擬濾波器原型，從模擬濾波器向數(shù)字濾波器轉換的雙線性變換法和脈沖響應不變法等方法，模擬 IIR 數(shù)字濾波器階數(shù)選擇函數(shù)以及數(shù)字濾波器直接設計函數(shù)等等。 對于脈沖響應不變法，它是將 s 域內的 H（ s）轉換成 z 域內的 H（ z），但是在映射時，S域內不能一一對應到 Z域內的單位圓上， 因此容易在仿真中易產生混疊現(xiàn)象，影響實驗效果。 具體在 MATLAB 中設計 IIR 數(shù)字濾波器的設計步驟如下：按一定規(guī)則將給出的數(shù)字濾波器的技術指標轉換為模擬低通濾波器的技術指標；根據(jù)轉換后的技術指標使用濾波器選擇函數(shù)，確定最小階數(shù) N和固有頻率 Wn；運用最小階數(shù) N產生模擬低通濾波器原型，運用固有頻率把模擬低通濾波器原型轉換成模擬低通、高通、帶通、帶阻濾波器。模擬濾波設計已經有了一套相當成熟的方法，它不但有完整的設計公式，而且還有較為完整的圖表供查詢。如圖 4所示： 圖 4 直接 II型 IIR濾波器 4 IIR 濾波器的 MATLAB 輔助設計 IIR 數(shù)字濾波器設計步驟 IIR 數(shù)字濾波器設計借助模擬濾波器原型，再將模擬濾波器轉換成數(shù)字濾波器。但因為其簡單直觀，且在 IIR 濾波器結構中，直接更多論文 第 6 頁 II 型結構是最常用的結構，因為這種結構的二階形式可以作為級聯(lián)型和并聯(lián)型結構的基本環(huán)節(jié)。這種結構稱為直接型 II，有時將直接型 I簡稱為直接型，將直接型II 稱為典型型式： 圖 3 直接 II型結構方框圖 直接型 I、 II 結構的優(yōu)點是簡單直觀。 3 IIR 數(shù)字濾波器的理論分析 IIR 數(shù) 字濾波器結構 N階無限長單位脈沖響應（ IIR）濾波器的脈沖傳遞函數(shù)為： 00()1MrrrNkkkbzHzaz???????? 對應的差分方程為： 01( ) ( ) ( )MNrkrky n b x n r a y n k??? ? ? ??? 其中 y(n)由兩部分構成：第一部分0 ()Mrr b x n r? ??是一個對 x(n)的 M 階延時鏈結構，每節(jié)延時抽頭后加權相加，也即是一個橫向結構網(wǎng)絡；第二部分1 ()Nkk a y n k? ??也是一個 N 階延時鏈的橫向結構網(wǎng)絡，不過它是對 y(n)的延時，因此是一個反饋網(wǎng) 絡，這種結構稱為直接 I型，如圖 1 所示： 更多論文 第 4 頁 圖 1 直接 I 型結構方框圖 將上式改寫為（當 M=N 的情況）： 00( ) ( ) ( ) 1( ) ( )( ) ( ) ( ) 1N rr N krkkY z Y z W zH z b zX z W z X z az? ???? ? ? ??? ? 由此 H（ z） 可視為分子多項式0N rrr bz???與分母多項式01N kkk az????的倒數(shù)所構成的兩個子系統(tǒng)函數(shù)的乘積，這相當于兩個子系統(tǒng)的級聯(lián)。 FIR 濾波器雖可以得到嚴格的線性相位，但由于 FIR 濾波器系統(tǒng)函數(shù)的極點固定在原點，只能用較高的階數(shù)達到高選擇性，對于同樣的濾波器設計指標， FIR濾波器所要求的階數(shù)比 IIR濾波器高 510 倍，成本較高，信號延時也較大。 IIR 與 FIR 數(shù)字濾波器的比較 IIR 濾波器系統(tǒng)函數(shù)的極點可以位于單位圓內的任何地方，因此 可以用較低的階數(shù)獲得高選擇性，所用存儲單元少，經濟而效率高。對于通用的可編程 DSP 芯片來說，它具有更好的靈活性和實時性。 通過比較這些方法可見：可以采用 MATLAB 等軟件來學習數(shù)字濾波器的基本知識，計算數(shù)字濾波器的系數(shù)和階數(shù)，研究算法的可行性，對數(shù)字濾波器進行前期的仿真。 （ 6）用 FPGA 等可編程器件來開發(fā)
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