【正文】 公司的 MAX7000 系列產(chǎn)品，具有高阻抗、電可擦等特點(diǎn)， 2500 個(gè) 可用門 ， 68 個(gè) I/O 引腳、 8 個(gè)邏輯陣列塊、 128 個(gè)宏單元 ， 管腳間最大延遲為 5ns，工作電壓為 5V。這樣在上電時(shí)，內(nèi)部時(shí)鐘也為20MHz，如果需要改變則在軟件中通過配置 CLKMD 值 來 改變。 [9] 12Y22 0 MC 2 12 0 pC 1 62 0 pD S P 圖 45 時(shí)鐘電路 C5416 支持軟件內(nèi)部鎖相環(huán)控制方式，在復(fù)位時(shí)，它由 CLKMD1CLKMD3 三 個(gè)管腳的電平?jīng)Q定，這三個(gè)管腳值也決定了時(shí)鐘模式寄存器 CLKMD 的值 ,在軟件運(yùn)行時(shí)也可以通過改變內(nèi)部寄存器 CLKMD 的值來改變時(shí)鐘 。這種接法中，片內(nèi)振蕩器被激活， X2 腳向 DSP 送入一個(gè)頻率與腳 2 晶體標(biāo)稱值相同的時(shí)鐘，并通過外部鎖相環(huán)控制電路選擇適當(dāng)倍頻為 CPU 內(nèi)部提供系統(tǒng)時(shí)鐘 。 12 3 . 3 V 5V 1 . 5 VC 3 81 00 u FC 3 91 00 u FV b us1D2D+3GND4S H I E L D5J3U S B P O R T5VV i n3GND1V o ut4V o ut2U6A M S 11 1 7 3 . 3V i n3GND1V o ut4V o ut2U7A M S 11 1 7 1 . 5 C 2 91 04C 2 81 041234J P 1 1H e a d e r 45VC 2 51 04C 2 61 04R 1 71KD S 2L E D 05V 圖 44 系統(tǒng)電源電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) C5416 有 X1 和 X2兩個(gè)時(shí)鐘管腳， X1為輸出管腳， X2 為輸入管腳也稱為 CLKIN。 整個(gè)系統(tǒng)的電源部分電路圖 如 44。時(shí)鐘電路也需要消耗一部分電流，而且這 部分電流是恒定的，與和外設(shè)的激活度無關(guān)。 I/O 電源 為 ，為外 部接口引腳提供電壓。 TMS320VC5416 的 電源分為內(nèi)核電源 CVdd 和 I/O 電源 DVdd。 （ 4） 對(duì)外部 I/O 空間控制靈活，可以通過配置 SWWSR 寄存器和 SWCR 寄存器中的 SWSM 位來設(shè)置訪問外部 設(shè)備的等待周期，其可以值為 0～ 14 個(gè)機(jī)器周期，這樣方便于 DSP 訪問外部慢速設(shè)備。 同時(shí)具有接口簡(jiǎn)單，編程成熟，可以查看 TI給的實(shí)例程序等優(yōu)點(diǎn)，縮短了開發(fā)周期。（ 6）數(shù)據(jù)的大小范圍選擇，包括 1 2 32 位字長(zhǎng)。（ 4）可以直接與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編解碼器、其他串行 A/D、 D/A 器件連接通信。（ 2）雙緩沖發(fā)送和三緩沖接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流。它可以與其他 C54器件，編程器或者其他的串口器件通信。 [8]利用片內(nèi)的存儲(chǔ)器可以提高運(yùn)行的速度，同時(shí) 在采用此芯片進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就不用再擴(kuò)充外部的存儲(chǔ)器了，降低了設(shè)計(jì)難度和成本 。 此次設(shè)計(jì)選擇 TMS320VC5416（以下簡(jiǎn)稱 C5416） 主要 基于以下幾點(diǎn)考慮 ： 10 （ 1） C5416 內(nèi)部含有 64K 的 DARAM 和 64K的 SARAM 以及 16K的 ROM，根據(jù)處理器的工作方式寄存器 PMST 的設(shè)置，用戶可以自由的分配片內(nèi)的存儲(chǔ)器在不 同的空間 。 我們選擇的原則是： 根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際需要 ， 做到既能滿足使用要求 ， 又不浪費(fèi)資源 ，從而 達(dá)到成本最小化的目的 。 DSP芯片 的選型 在我們?cè)O(shè)計(jì) DSP 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí) ， DSP 芯片選型是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié) 。 顯示 采用 LCD1602，鍵盤采用 8個(gè) 輕觸 鍵，鍵盤和 LCD 都直接接 在 CPLD 上， CPLD 實(shí)現(xiàn)鍵盤的去抖 ， 并且當(dāng)有鍵按下時(shí)發(fā)生產(chǎn)生中斷并把鍵盤的值存在 CPLD 中 ， 等待 DSP 讀取。此芯片的核電壓為 ， I/O口電壓為 ， 再加上與外部接口的 5V 電壓，就要求整個(gè)系統(tǒng)有三種不同的電壓，因此此次設(shè)計(jì)的電源部分采用了外部 供電，然后通過一片 提供 電壓， 5V 再通過一片 電壓 。整個(gè)硬件部分的電路框圖如圖 41。 9 的硬件 設(shè)計(jì) 此次程控濾波器的硬件部分主要完成模擬信號(hào)的采集 、 處理 、 輸出和人機(jī)接口。 ⑤ 凱塞 — 貝塞爾窗 其表達(dá)式非常復(fù)雜，一般在 matlab 中生成其系數(shù) 。 ④ 布 萊克曼窗 )()14c os ()12c os ( nRN nN nw NBl ?????? ????? ?? （ 3－ 9） Blw 為 此窗的幅度函數(shù)，其展開后由 5 部分組成，這幾部分頻率響應(yīng)的 相位和幅度都不同，使得旁瓣進(jìn)一步抵消。此窗的頻率響應(yīng)的 能量集中在主瓣部分， 主瓣寬度為 N/8? 。 （ 2）其他窗函數(shù) ①三角窗 ??????????????????1)1(21,122)1(210,12NnNN NNnN nw Br （ 3－ 6） brw 為 其 幅度函數(shù)， 頻率響應(yīng)的主瓣寬度為 N/8? ，第一副瓣比主瓣低 26dB。 ②主瓣的寬度應(yīng)當(dāng)盡量窄 ， 以得到盡量窄的過渡帶。 ③ 過渡帶變寬了， 理想 矩形通帶應(yīng)當(dāng)過渡帶為 0，現(xiàn)在卻變成了從 Nwwc ?2??到Nww c ?2?? 這樣長(zhǎng)的過渡帶，過渡帶的寬度取決于窗口頻譜的主瓣寬 度。 ② 阻帶中出現(xiàn)了泄漏，即出現(xiàn)了波動(dòng)。 畸變的情況如圖 33所示。 （ 1）矩形窗 7 其窗函數(shù) )()( nRnw NR ? ， 由于矩形窗是將理想的通帶所對(duì)應(yīng)的時(shí)域部分（無限長(zhǎng)）截?cái)嗟接邢揲L(zhǎng)。 為了補(bǔ)償這種失真，只有改變?cè)瓉泶翱诘男螤?，修正?jīng)過時(shí)域截取后的窗口失真。該效應(yīng)引起通帶內(nèi)和阻帶內(nèi)的波動(dòng)性，尤其使 阻 帶的衰 減小，從而滿足不了技術(shù)上的要求。 我們實(shí)際實(shí)現(xiàn)的濾波器的單位取樣響應(yīng)為 )(nh ,長(zhǎng)度為 N,其系統(tǒng)函數(shù)為)(zH ， ????? 10 )()(NnnznhzH 。設(shè)截取的一段用 )(nh 表示，即 )()()( nRnhnh Nd? （ 3－ 5） 6 圖 31 )(nhd 的波形 式中 )(nRN 是一個(gè)矩形序列，長(zhǎng)度為 N，波形如圖 32所示。 例如 ： 理想低通濾波器的傳輸函數(shù) )( jwd eH 為 ?????????? ??). .. .. . (. .. .. . .. ..0)(. .. .. . .. ..)()(?wwwweewHeHccj w tj w tdjw （ 3－ 3） 相應(yīng)的單位取樣響應(yīng) )(nhd 為 ? ? ).(....................)( )(s i n)( ?????? ?? nn nwnh cd ?? ? （ 3－ 4） 由上式看到，理想低通濾波器的單位取樣響應(yīng) )(nhd 是無限長(zhǎng)，且是非因果序列 ，)(nhd 的波形如圖 31所示。 設(shè) 我們 希望設(shè)計(jì)的濾波器傳輸函數(shù)為 )( jwd eH ， )(nhd 是與其對(duì)應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)，因此 ????? ?? n jw ndjwd enheH )()( （ 3－ 1） ??? ??? dweeHnh jw njwdd )(21)( （ 3－ 2） 如果能夠由已知的 )( jwd eH 求出 )(nhd ，經(jīng)過 Z變換可以得到濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。 濾波器的原理 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法常用的是窗函數(shù)法和頻率采 樣法。若系統(tǒng)測(cè)試 結(jié)果符合指標(biāo)，則樣機(jī)設(shè)計(jì)完成。 第六步完成系統(tǒng)的集成和測(cè)試 。硬件調(diào)試一般采用硬件仿真器進(jìn)行調(diào)試。既可縮短軟件開發(fā)的周期， 5 提高程序的可讀性和可移植性，又能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)算的要求 。軟件設(shè)計(jì)和編程主要根據(jù)系統(tǒng)要求和所選的 DSP芯片編寫相應(yīng)DSP匯編程序，若系統(tǒng)運(yùn)算量不大且有高級(jí)語言編譯器支持，也可以用高級(jí)語言（如C語言）編程。 第四步是設(shè)計(jì)實(shí)時(shí) DSP系統(tǒng)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。 在本設(shè)計(jì)中采用了 matlab 中的FDAtool 進(jìn)行濾波器的算法設(shè)計(jì)與仿真。 第二步進(jìn)行算法模擬和確定性能指標(biāo) 。 整 個(gè)設(shè)計(jì)的流程如圖 21所示 ： [5] 根 據(jù) 需 求 寫 出 任 務(wù) 書 確 定 設(shè) 計(jì) 目 標(biāo)算 法 研 究 和 系 統(tǒng) 模 擬 實(shí) 現(xiàn) 定 義 系 統(tǒng) 性 能 指 標(biāo)選 擇 D S P 芯 片 和 外 圍 芯 片硬 件 設(shè) 計(jì)硬 件 調(diào) 試軟 件 設(shè) 計(jì)軟 件 調(diào) 試系 統(tǒng) 集 成 和 測(cè) 試 圖 21 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程 依據(jù)設(shè)計(jì)過程，其設(shè)計(jì)步驟分為如下幾個(gè)階段 ： 第一步是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，弄清設(shè)計(jì)任務(wù)，寫出設(shè)計(jì)任務(wù)書。 4 整個(gè)程控濾波器的設(shè)計(jì) 屬于 一個(gè) DSP應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既有硬件的設(shè)計(jì)，又有軟件的設(shè)計(jì) 。 （ 4） FIR 可以采用 FFT 算法實(shí)現(xiàn)，從而提高運(yùn)算效率。 （ 2）由于 FIR 濾波器的單位脈沖響應(yīng) )(nh 是有限長(zhǎng)的，因此 FIR 濾波器永遠(yuǎn)是穩(wěn)定的。 對(duì)于經(jīng)典的數(shù)字濾波器還可以分為有限沖擊響應(yīng)濾波器（ FIR）和無限沖擊響應(yīng)濾波器（ IIR）， FIR 濾波器其輸出只與有限個(gè)過去和現(xiàn)在的輸入有關(guān) ， 而 IIR 濾波器不僅跟有限個(gè)過去和現(xiàn)在的輸入 有關(guān)， 還和過去的輸出有關(guān)， FIR 和 IIR 濾波器無論在性能還是在設(shè)計(jì)上都有很大的差別。 [4] （ 3）采用 數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn) 采用 數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)的方法是：輸入信號(hào)經(jīng)過抗混疊濾波后 ，經(jīng) A/D 采樣轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后通過一定的運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)的頻率成分的相對(duì)比例，或者 濾 除某些頻率 成分 ，再通過 D/A送出后經(jīng)過平滑濾波 ，就得到了 輸出 信號(hào) 。其 由 MOS 電容、開關(guān)和運(yùn)放組成 。如果用單片機(jī)等切換相應(yīng)的電阻值來達(dá)到程控的目的 ，但 實(shí)現(xiàn)起來仍然很不靈活。因此實(shí)現(xiàn)程控濾波器需要 制作大量的 電感 ，需要用到 3 繼電器切換，電路復(fù)雜，且整體電路分布參數(shù)很大，調(diào)節(jié)步進(jìn) 頻率非常困難，精確度不高。 設(shè)計(jì)流程 （ 1） 采用 傳統(tǒng) 的 模擬濾波器實(shí)現(xiàn) 模擬濾波器又可以分為有源濾波器和無源濾波器。 用可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波 ， 可通過 程序 修改濾波器的參數(shù) ，因而 改變?yōu)V波器的特性 十分方便 ，便于實(shí)現(xiàn)程控濾波器 。 與模擬濾波相比 ， 數(shù)字濾波具有很多突出的優(yōu)點(diǎn) 。 數(shù)字濾波器是 DSP 的一個(gè)重要應(yīng)用 。 [3]數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)在早期采用通用的處理器實(shí)現(xiàn)，但其速度低，價(jià)格昂貴。 數(shù)字信號(hào)處理（ Digital Signal Processing， 簡(jiǎn)稱 DSP）是一門涉及多門學(xué)科并廣泛應(yīng)用于很多科學(xué)和工程領(lǐng)域的新興學(xué)科，它 是指利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集 、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以便提取有用的信息并進(jìn)行有效的傳輸與應(yīng)用，得到符合人們需要的信號(hào)形式。 [1] 在信號(hào)頻率動(dòng)態(tài)范圍不寬的場(chǎng)合設(shè)定固定截止頻率的濾波技術(shù)已 比較 成熟 ， 但在許多工程應(yīng)用領(lǐng)域 ， 信號(hào)頻率的動(dòng)態(tài)范圍往往很寬 ，這時(shí)就需要 采用多種截止頻率的程控濾波器 。 達(dá)到了由 鍵盤 輸入數(shù)據(jù)改變?yōu)V波器 性能的目的， 經(jīng)測(cè)試 整個(gè)濾波器 在 通帶內(nèi) 波動(dòng)較小，阻帶衰減較大， 運(yùn)行 非常穩(wěn)定 。 在當(dāng)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，針對(duì)這些不足， 本文 運(yùn) 用 以 FIR濾波器為核心 的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了 程控濾波器 。 不保密 □。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。分類號(hào) 密級(jí) U D C 編號(hào) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 基于 DSP 的程控濾波器設(shè)計(jì) 院 （系） 信息技術(shù)系 專 業(yè) 電子信息工程 年 級(jí) 2020 級(jí) 學(xué)生姓名 董繼承 學(xué) 號(hào) 20203719 指導(dǎo)教師 羅小巧 二○○八 年 五 月華中師范大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日