【正文】 數(shù)來近似，而吉布斯(Gibbs)現(xiàn)象使得直接截取法不甚令人滿意[1] 窗函數(shù)法就是用被稱為窗函數(shù)的有限加權(quán)系列{(n)}來修正式()的傅立葉級數(shù)。任何數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)都是的周期函數(shù)，它的傅立葉級數(shù)展開式為： （） 其中 ：（） 其中的為濾波器的歸一化的截止頻率。因此這種方法的重點(diǎn)在于選擇某種合適的窗函數(shù)和一種理想濾波器。本小節(jié)主要介紹幾種常用的窗函數(shù)和頻率抽樣設(shè)計(jì)法。 圖23 FIR濾波器的級聯(lián)型結(jié)構(gòu)第3章 FIR濾波器設(shè)計(jì)方法FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)設(shè)計(jì)法和頻率抽樣設(shè)計(jì)法等，其中窗函數(shù)設(shè)計(jì)法是最基本的設(shè)計(jì)方法。這是因?yàn)檫@時(shí)有奇數(shù)個(gè)根，其中復(fù)數(shù)根成共軛對，必為偶數(shù)，必然有奇數(shù)個(gè)實(shí)根。其中[N/2]表示取N/2的整數(shù)部分。 圖21 FIR濾波器直接型結(jié)構(gòu) 將轉(zhuǎn)置理論應(yīng)用于上圖可以得到圖21所示的轉(zhuǎn)置直接型結(jié)構(gòu)，可得到圖22所示轉(zhuǎn)置型結(jié)構(gòu)[4]。本文研究FIR數(shù)字濾波器。 隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)濾波器的功能越來越受到人們的注意和廣泛的應(yīng)用。因此，數(shù)字濾波器本身既可以是用數(shù)字硬件裝配成的一臺完成給定運(yùn)算的專用的數(shù)字計(jì)算機(jī)，也可以將所需要的運(yùn)算編成程序，讓通用計(jì)算機(jī)來執(zhí)行。③研究有限長沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器（FIR）在DSP中的具體實(shí)現(xiàn)方法。 主要研究內(nèi)容 本論文主要:①研究數(shù)字濾波的理論知識，為系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。這一方法由于具有通用性的特點(diǎn)并可以實(shí)現(xiàn)算法的并行運(yùn)算，無論是作為獨(dú)立的數(shù)字信號處理，還是作為DSP芯片的協(xié)作處理器都是比較活躍的研究領(lǐng)域。(6)用FPGA等可編程器件來開發(fā)數(shù)字濾波算法。(5)用專用的DSP芯片實(shí)現(xiàn)。與單片機(jī)相比，DSP有著更適合于數(shù)字濾波的特點(diǎn)。由于單片機(jī)采用的是馮諾依曼總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算速度較慢，而在數(shù)字濾波器中涉及大量的乘法運(yùn)算，因此，這種方法適用于一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號處理。(3)用通用的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。(2)在通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處理機(jī)實(shí)現(xiàn)。軟件可以是由自己編寫，也可以使用現(xiàn)成的軟件包。我國濾波器研制和生產(chǎn)與上述要求相差甚遠(yuǎn)，為縮短這個(gè)差距，電子工程和科技人員負(fù)有重大的歷史責(zé)任[9]。有源濾波器雖然很大地改進(jìn)了濾波器的性能，也降低了一些制造工藝的難度，但從其性能的大幅度改進(jìn)，與其它信號處理技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)的手段之便捷，還是要數(shù)數(shù)字濾波器后來居上。在上一個(gè)世紀(jì)中，電濾波器的發(fā)展經(jīng)歷了從無源到有源和從模擬到數(shù)字兩個(gè)過程。目前DSP芯片的價(jià)格越來越低，性能價(jià)格比日益提高，具有巨大的應(yīng)用潛力。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 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。(3)數(shù)字濾波器的參數(shù)調(diào)節(jié)比起模擬濾波器來更加方便、靈活。有限長單位沖激響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器，與傳統(tǒng)的通過硬件電路實(shí)現(xiàn)的模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)[3]:(l)簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)，提高了硬件電路的集成度和可靠性。 由于DSP控制器具有許多獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，例如采用多組總線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行處理，獨(dú)立的累加器和乘法器以及豐富的尋址方式，采用DSP控制器就可以提高數(shù)字信號處理運(yùn)算的能力，可以對數(shù)字信號做到實(shí)時(shí)處理。數(shù)字濾波器又分為無限沖激響應(yīng)濾波器(IIR)和有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)。在許多應(yīng)用中都希望根據(jù)期望的指標(biāo)把一個(gè)信號的頻譜加以修改、整形或運(yùn)算。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)十分方便的改變?yōu)V波器的特性。 數(shù)字濾波器容易實(shí)現(xiàn)不同的幅度和相位頻率特性指標(biāo)，克服了與模擬濾波器器件性能相關(guān)的電壓漂移、溫度漂移和噪聲問題。 近年來，DSP技術(shù)在我國也得到了迅速的發(fā)展，不論是在科學(xué)技術(shù)研究，還是在產(chǎn)品的開發(fā)等方面，在數(shù)字信號處理中，其應(yīng)用越來越廣泛，并取得了豐碩的成果。數(shù)字信號處理由于運(yùn)算速度快，具有可編程特性和接口靈活的特點(diǎn)，使得它在許多電子產(chǎn)品的研制、開發(fā)和應(yīng)用中，發(fā)揮著重要的作用。 數(shù)字信號處理器，也稱DSP芯片，是針對數(shù)字信號處理需要而設(shè)計(jì)的一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，它是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 21世紀(jì)是數(shù)字化的時(shí)代，隨著越來越多的電子產(chǎn)品將數(shù)字信號處理(PSP)作為技術(shù)核心，DSP已經(jīng)成為推動(dòng)數(shù)字化進(jìn)程的動(dòng)力。用DSP芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響外，還具有靈活性好的特點(diǎn) 本論文的主要研究了數(shù)字濾波器的基本理論，基于TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320VC5402設(shè)計(jì)了一款穩(wěn)定度高，低功耗的FIR數(shù)字濾波器系統(tǒng)。數(shù)字信號處理由于運(yùn)算速度快，具有可編程特性和接口靈活的特點(diǎn)，使得它在許多電子產(chǎn)品的研制、開發(fā)和應(yīng)用中，發(fā)揮著重要的作用。數(shù)字濾波器是指完成信號濾波處理的功能，用有限精度算法實(shí)現(xiàn)的離散時(shí)間線性非時(shí)變系統(tǒng)，其輸入是一組(由模擬信號取樣和量化的)數(shù)字量，其輸出是經(jīng)過變換的另一組數(shù)字量。 18 硬件平臺的調(diào)試與結(jié)果 18 結(jié)論與展望 19 1 本文的主要工作 19 2 前景展望與未來的工作 19 致謝 20 參考文獻(xiàn) 21 附錄A：英語引文及翻譯 22 附錄B：參考文獻(xiàn)及摘要 26 V插圖清單圖21 FIR濾波器直接型結(jié)構(gòu) ……………………………………………5圖22 FIR 濾波器轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu)圖 …………………………………………………6圖23 FIR濾波器的級聯(lián)型結(jié)構(gòu) ……………………………………………………6圖41 數(shù)字濾波器系統(tǒng)方案框圖………………………………………12圖42 數(shù)字濾波器系統(tǒng)復(fù)位電路原理圖………………………………………14圖43 DSP時(shí)鐘電路原理圖………………………………………15圖44 JTAG仿真接口定義……………………………………………………16 表格清單 表31 幾種常用窗函數(shù)對比…………………………………………………8引 言 當(dāng)前我們正處于數(shù)字化時(shí)代，數(shù)字信號處理技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注，其理論及算法隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展得到了飛速的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于語音圖象處理、數(shù)字通信、譜分析、模式識別、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。A/D轉(zhuǎn)換器件與DSP連接設(shè)計(jì) 17 A/D轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計(jì) 17 電源設(shè)計(jì) 13 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 14 FIRIII 目 錄引 言 1 第1章 緒論 2 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 3 主要研究內(nèi)容 4 第2章 FIR數(shù)字濾波器的理論研究 5 FIR濾波器簡介 5 FIR濾波器的結(jié)構(gòu) 5 第3章 FIR濾波器設(shè)計(jì)方法 7 利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器 7 幾種常用的窗函數(shù) 8 用頻率抽樣法設(shè)計(jì)FIR濾波器 9 數(shù)字濾波器的軟件輔助設(shè)計(jì) 10 第4章 數(shù)字濾波器硬件電路設(shè)計(jì) 12 12 TMS320VC5402內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)s basic structure and features of the 5000 series digital signal processor， make full use of the onchip resources， general programmable DSP chip is used to implement the digital filter design based on DSP.Keywords：DSP。關(guān)鍵詞：DSP；數(shù)字濾波器；FIRDesign of Digital Filter Based on DSPAbstract Digital filter is one of the most important part of digital signal processing， almost appeared in all digital signal processing we are in a digital age， digital signal processing technology has received wide attention， its theory and algorithm with the development of puter technology and microelectronic technology has been rapid development， the voice is widely used in image processing， digital munications， spectrum analysis， pattern recognition， automatic control， filter is one of the most important part of digital signal processing， almost appeared in all digital signal processing filter is to point to plete the function of the signal filtering processing， with limited accuracy algorithm of discrete time linear timeinvariant system， its input is a set of (by the analog signal sampling and quantization) digital quantity， its output is a transformation of another set of with analog filters， digital filter without drift， able to handle low frequency signal， the frequency response can be made very close to the ideal characteristics， and can reach high precision， easy integration and so on， these advantages determine the application of digital filter is more and more widely. This paper mainly studies the basic theory of FIR digital filter， based on TI pany39。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的硬件平臺。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器奠定了理論基礎(chǔ)。研究了FIR數(shù)字濾波器的基本理論，以及數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法。相對于模擬濾波器，數(shù)字濾波器沒有漂移，能夠處理低頻信號，頻率響應(yīng)特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以達(dá)到很高，容易集成等，這些優(yōu)勢決定了數(shù)字濾波器的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中最重要的組成部分之一，幾乎出現(xiàn)在所有的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中。 基于DSP芯片的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)摘 要 數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中最重要的組成部分之一，幾乎出現(xiàn)在所有的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中。當(dāng)前我們正處于數(shù)字化時(shí)代，數(shù)字信號處理技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注，其理論及算法隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展得到了飛速的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于語音圖象處理、數(shù)字通信、譜分析、模式識別、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。數(shù)字濾波器是指完成信號濾波處理的功能，用有限精度算法實(shí)現(xiàn)的離散時(shí)間線性非時(shí)變系統(tǒng)，其輸入是一組(由模擬信號取樣和量化的)數(shù)字量，其輸出是經(jīng)過變換的另一組數(shù)字量。 本論文的主要研究了FIR數(shù)字濾波器的基本理論，基于TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320VC5402設(shè)計(jì)了一款穩(wěn)定度高，低功耗的數(shù)字濾波器系統(tǒng)。通過學(xué)習(xí)FIR濾波器的結(jié)構(gòu)、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)理論，掌握了FIR數(shù)字濾波器的原理和特性。研究了TMS320VC5402器件的結(jié)構(gòu)和特性，根據(jù)該數(shù)字信號處理器的獨(dú)特的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的系統(tǒng)架構(gòu)，并系統(tǒng)全面的設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的各個(gè)模塊電路，合理的處理模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片與DSP的連接。 根據(jù)TI公司5000系列數(shù)字信號處理器的基本結(jié)構(gòu)和特征，充分利用其片上資源，用通用的可編程DSP芯片實(shí)現(xiàn)本次基于DSP的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。s digital signal processor TMS320VC5402 designed a high degree of stability， low power consumption digital filter the basic theory of FIR digital filter， as well as the realization of the digital filter studying the stru