【正文】 次數(shù)及操作轉(zhuǎn)向上需要指令開銷外，還會因DSP流水線的頻繁中斷而造成相當大的開銷:指令重復的代價是增加了程序代碼長度，占用更多的存儲空間。所有這些優(yōu)點使得DSP非常適合來做數(shù)字濾波器的硬件電路?？偩€通過存儲單元接口（M）與外部程序總線和數(shù)據(jù)總線相連，實現(xiàn)CPU對外部存儲器的訪問。C55X根據(jù)功能的不同將CPU分為4個單元，指令緩沖單元（I）、程序流程單元（P）、地址流程單元（A）、和數(shù)據(jù)計算單元（D）。 指令緩沖單元（I）C54X的指令緩沖單元有指令緩沖隊列IBQ和指令譯碼器組成。 程序流程單元（P）程序流程單元有程序地址產(chǎn)生電路和寄存器組湊成。程序地址產(chǎn)生邏輯電路的任務(wù)是產(chǎn)生讀取空間的24位地址。 在P單元中使用的寄存器分為5種類型： ：包括程序計數(shù)器、返回地址寄存器和控制流程關(guān)系寄存器。 ：包括單重復寄存器和計算單重復寄存器。 ：包括狀態(tài)寄存器0，1，2和3。 數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生電路能夠接收來自I單元的立即數(shù)和來自A單元的寄存器產(chǎn)生讀取數(shù)據(jù)空間的地址。 A單元包括一個16位的算術(shù)邏輯單元，它既可以接收來自I單元的立即數(shù)也可以與存儲器、I/O空間、A單元寄存器、D單元寄存器和P單元寄存器進行雙向通信。 ：包括臨時寄存器。D單元包含了CPU的主要運算部件。移位可以完成以下操作： ，移位數(shù)樂意從零食寄存器讀取或由指令中的常數(shù)提供； 、存儲器或I/O空間數(shù)據(jù)可完成左移31位或32位的移位操作； 。：DSP應(yīng)用系統(tǒng)中的可編程DSP芯片，能靈活方便地進行修改和升級。：16位數(shù)字系統(tǒng)可以達到10一級的精度。:DSP應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。例如，對于簡單信號處理任務(wù)，若采用DSP則使成本增加。此外，DSP技術(shù)更新速度快，對于數(shù)學知識要求高，開發(fā)和測試工具還有待進一步完善。，比如使用MATLAB等仿真工具，驗證算法的可行性，得出最佳的處理方法。硬件設(shè)計是指根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的DSP芯片然后設(shè)計相應(yīng)的外圍電路。程序的編寫可以使用匯編語言，匯編語言編寫的程序效率高，但比較煩雜；也可采用C語言，DSP的C語言基本上是標準C語言，編寫比較簡單，但效率低。第二章 FIR數(shù)字濾波器的簡介及基本原理 數(shù)字濾波器的簡介隨著信息時代和數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號處理已成為一門極其重要的學科和技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字信號處理（DSP）包括兩重含義：數(shù)字信號處理技術(shù)（Digital Signal Processing ）和數(shù)字信號處理器（ Digital Signal Processor ）。在數(shù)字信號處理的應(yīng)用中，數(shù)字濾波器很重要而且得到了廣泛的應(yīng)用。其中，線性時不變的數(shù)字濾波器是最基本的類型；而由于數(shù)字系統(tǒng)可以對延時器加以利用，因此可以引入一定程度的非因果性，獲得比傳統(tǒng)的因果濾波器更靈活強大的特性；IIR 濾波器的特征是具有無限持續(xù)時間沖激響應(yīng)，這種濾波器一般需要用遞歸模型來實現(xiàn)，因而有時也稱之為遞歸濾波器，而FIR濾波器的沖激響應(yīng)只能延續(xù)一定時間，在工程實際中可以采用遞歸的方式實現(xiàn)，也可以采用非遞歸的方式實現(xiàn)，但其結(jié)構(gòu)主要還是是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋，并且FIR濾波器很容易獲得嚴格的線性相位特性，避免被處理信號產(chǎn)生相位失真，而線性相位體現(xiàn)在時域中僅僅是h( n)在時間上的延遲，這個特點在圖像信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中是非常重要的，且不會發(fā)生阻塞現(xiàn)象，能避免強信號淹沒弱信號，因此特別適合信號強弱相差懸殊的情況。自適應(yīng)濾波即利用前一時刻已獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動地調(diào)節(jié)（更新）現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號和噪聲未知的統(tǒng)計特性，或者隨時間變化的統(tǒng)計特性，從而實現(xiàn)最優(yōu)濾波。而自適應(yīng)去噪電路是信號處理領(lǐng)域一個簡單應(yīng)用，一個被噪聲污染的信號借助于相關(guān)噪聲可以把信號提取出來，而噪聲不斷變化,為了得到較清晰的語音信號必須采用自適應(yīng)去噪技術(shù),隨噪聲變化進行自適應(yīng)濾波，濾波器自動調(diào)整它們的系數(shù)。不同的運算處理方法決定了濾波器實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的不同。信號流圖 方框圖 單位延時 乘常數(shù) 相加 研究濾波器實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的意義：（1）濾波器的基本特性，如有線長沖激響應(yīng)與無限長沖激響應(yīng)，決定了結(jié)構(gòu)上有不同的特點；（2）不同結(jié)構(gòu)所需的存儲單元及乘法次數(shù)不同，前者影響復雜性，后者影響運算速度；（3）在有限精度（有限字長）實現(xiàn)情況下，不同運算結(jié)構(gòu)的誤差及穩(wěn)定性不同；（4）好的濾波器結(jié)構(gòu)應(yīng)該易于控制濾波器性能，適合于模塊化實現(xiàn)，便于時分復用； FIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè) h ( n) ( n = 0，1， 2 ?N 1)為濾波器的沖激響應(yīng)，輸入信號為 x ( n) ，則 FIR 濾波器就是要實現(xiàn)下列差分方程: 數(shù)字濾波器具有一下差分方程： (1)式中，為輸入序列，為輸出序列，和為濾波器系數(shù)，N是濾波器階數(shù)。為了不失一般性，用下式來表示FIR的濾波器差分方程： (3)將(2)式進行Z變換，整理后可得FIR濾波器的傳遞函數(shù)： (4)FIR濾波器實質(zhì)上就是一個分節(jié)的延遲線，把每一節(jié)的輸出用濾波器系數(shù)進行加權(quán)累加，便得到濾波器的輸出結(jié)果，它總是穩(wěn)定并且可實現(xiàn)的。FIR濾波器可以實現(xiàn)嚴格的線性相位，從而得到了廣泛應(yīng)用。橫截型FIR濾波器的結(jié)構(gòu)如下圖所示：(FIR濾波器的結(jié)構(gòu)圖) FIR數(shù)字濾波器的特性 FIR數(shù)字濾波器的相位特性IIR數(shù)字濾波器能夠保留一些模擬濾波器的優(yōu)良特性，比如具有良好的幅頻特性，但是其相位是非線性的。FIR數(shù)字濾波器設(shè)計就是用多項式： （1） 來逼近所要求的頻率特性指標。由式（1）可以得到FIR數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)： （2）其中，是幅頻特性，是相頻特性。式（3）說明系統(tǒng)對信號中所有頻率分量都具有相同的時間延遲。 FIR數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng)是實數(shù)，當h(n)是偶對稱的，即 （5）其對稱中心為： （6）根據(jù)式（2），得到 （7）其中，幅頻特性為： （8）相頻特性為： （9）滿足式（3）的條件。同理，可得其幅度特性為： （11）相頻特性為： （12）滿足式（4）的條件。1）I型濾波器，系數(shù)h(n)為偶對稱，N為奇數(shù)當系數(shù)h(n)為偶對稱，N為奇數(shù)時，根據(jù)式（8），該類型濾波器的幅度特性函數(shù)為： （14） 其中， （15）濾波器的幅度響應(yīng)對呈偶對稱。但是，由于在時等于零，不能用這種方式實現(xiàn)在有頻率響應(yīng)的頻率特性，比如高通濾波器和帶阻濾波器。但是，由于在時等于零，不能用這種方式實現(xiàn)低通濾波器、高通濾波器和帶阻濾波器，只能用做帶通濾波器。但是，由于在時等于零，不能用這種方式實現(xiàn)低通濾波器和帶阻濾波器。由于線性相位FIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)具有對稱性，即，可得 （22）由上式可以看出，如果是該濾波器的一個零點，則也是它的零點。所以，線性相位FIR數(shù)字濾波器的零點必是互為倒數(shù)的共軛對。2）II型線性相位FIR數(shù)字濾波器在z=1處有偶數(shù)個零點或者沒有零點，在z=1處有奇數(shù)個零點。4）IV型線性相位FIR數(shù)字濾波器在z=1處有奇數(shù)個零點，在z=1處有偶數(shù)個零點或者沒有零點。h1=[4,1,1,2,5,6,5,2,1,1,4]。h3=[4,1,1,2,5,0,5,2,1,1,4]。clear all。 clc。h2=[4,1,1,2,5,6,6,5,2,1,1,4]。h4=[4,1,1,2,5,6,6,5,2,1,1,4]。zplane(h1,1)。I型零極點39。zplane(h2,1)。II型零極點39。zplane(h3,1)。III型零極點39。zplane(h4,1)。IV型零極點39。窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器的基本思想是：根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標選擇濾波器長度N和窗函數(shù)，使其具有最窄寬度的主瓣和最小的旁瓣，其核心是從給定的頻率特性，通過加窗確定有限長單位脈沖響應(yīng)序列h(n)。目前FIR濾波器的實現(xiàn)方法大致可分為三種：利用單片通用數(shù)字濾波器集成電路、DSP器件和可編程邏輯器件實現(xiàn)。由于它具有豐富的硬件資源、改進的哈佛結(jié)構(gòu)、高速數(shù)據(jù)處理能力和強大的指令系統(tǒng)，因此在通信、航空、航天、雷達、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)及家用電器等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在MATLAB中，矩形窗函數(shù)為boxcar,調(diào)用格式為： w=boxcar(N)其中，N是窗函數(shù)的長度；返回值w是一個長度為N的矩形窗序列。窗長為奇數(shù)時： （25）窗長為偶數(shù)時： （26）它的頻域表達式為： （27）三角窗的主瓣寬度為,第一旁瓣比主瓣低26dB，阻帶最小衰減為25dB。漢寧窗漢寧窗函數(shù)又稱升余弦函數(shù)，是余弦平方函數(shù)。漢寧窗的主瓣寬度為,第一旁瓣比主瓣低31dB，阻帶最小衰減為44dB。哈明窗哈明窗函數(shù)是一種改進的升余弦函數(shù)，或者稱為改進的漢寧窗。在MATLAB中，哈明窗函數(shù)為hamming,調(diào)用格式為： w=hamming(N)其中，N是窗函數(shù)的長度；返回值w是一個長度為N的哈明窗序列。它的時域表達式為：（31）它的頻域表達式為： （32）布萊克曼窗的主瓣寬度為,第一旁瓣比主瓣低57dB，阻帶最小衰減為74dB。上述各種窗函數(shù)的性能比較如表所示:程序代碼如下：clear all。clc。 w1=boxcar(N)。w3=hanning(N)。w5=blackman(N)。wvtool(w2)。wvtool(w4)。結(jié)果如下圖所示：矩形窗三角窗漢寧窗哈明窗布萊克曼窗 MATLAB信號處理工具箱提供了基于窗函數(shù)法的FIR濾波器的設(shè)計函數(shù)fir1和fir2,它們能使濾波器的設(shè)計更加簡單。格式：b=fir1(n,Wn,’ftype’,window)其中，b為濾波器系數(shù)；n為濾波器階數(shù)；Wn為截止頻率，0Wn1，1對應(yīng)于采樣頻率的一半；ftype為當指定ftype時可設(shè)計高通和帶阻濾波器，ftype=high時設(shè)計高通FIR濾波器，ftype=stop時設(shè)計帶阻FIR濾波器，低通和帶通FIR濾波器無需輸入ftype參數(shù)；windo