【正文】 ............................錯誤 !未找到引用源。 本課題主要應用 MATLAB 軟件設計 IIR 數(shù)字濾波器，并對所設計的濾波器進行仿真；應用 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 —— CCS 調(diào)試匯編程序， 文章結(jié)合TM320C5509 的結(jié)構(gòu)特點，介紹了一種 IIR 濾波器在 TM320C5509 中的實現(xiàn)方法。 DSP 芯片是一種特別適合數(shù)字信號處理運算的微處理器，主要用來實時、快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。 20 世紀 60 年代以來，隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應運而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字濾波實質(zhì)上是一種運算過程，實現(xiàn)對信號的運算處理。基于 DSP 的 IIR 濾波器系統(tǒng)設計 摘要 隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理已經(jīng)成為高速實時處理的一項關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應用在語音識別、智能檢測、工業(yè)控制等各個領(lǐng)域 。 數(shù)字濾波器是對數(shù)字信號實現(xiàn)濾波的線性時不變系統(tǒng)。 DSP 數(shù)字信 號 處理 (Digital Signal Processing，簡稱 DSP)是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領(lǐng)域的新興學科。 傳感器 數(shù)字信號處理是利用傳感器對模擬信號或數(shù)字信號進行采集并把其轉(zhuǎn)換成計算機可識別的電信號，并利用計算機對信號進行處理以達到計算機輔助控制或是計算機自動控制的目的。用 DSP 芯片實現(xiàn) IIR 數(shù)字濾波器，不僅具有精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點，而且因 DSP 芯片的可編程性，可方便地修改濾波器參數(shù)，從而改變?yōu)V波器的特性，設計十分靈活。文中程序已經(jīng)過硬件驗證，仿真結(jié)果表明該設計符合要求。 第 1 章 緒論 .................................................................................錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 .....................................................................................................................24 第一章 緒論 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 DSP 芯片是一種特別適合數(shù)字信號處理運 算的微處理器，主要用來實時、快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。數(shù)字濾波技術(shù)在數(shù)字信號處理中占有極其重要的地位，數(shù)字濾波器根據(jù)其單位脈沖響應可分為 IIR（無限長沖激響應濾波器）和 FIR（有限長沖激響應濾波器）兩類。 數(shù)字濾波器本質(zhì)上是一個完成特定運算的數(shù)字計算過程，也可以理解為是一臺計算機。FIR 濾波器具有不含反饋環(huán)路、結(jié)構(gòu)簡單以及可以實現(xiàn)的嚴格線性相位等優(yōu)點，因而在對相位要求比較嚴格的條件下，采用 FIR 數(shù)字濾波器。由于 DSP 控制器具有許多獨特的結(jié)構(gòu)，例如采用多組總線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)并行處理，獨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)字信號處理運算的能力，可以對數(shù)字信號做到實時處理。 對數(shù)字濾波器而言 ,從實現(xiàn)方法上 ， 有 FIR 濾波器和無限沖激響應 (IIR)濾波器之分。但是 IIR 系統(tǒng) 與傳統(tǒng)的通過硬件電路實現(xiàn)的模擬濾波器相比有以下優(yōu)點： 單位沖擊響應有無限多項 。軟件可以是自己編寫的，也可以使用現(xiàn)成的軟件包，這種方法的缺點是速度太慢，不能用于實時系統(tǒng)，只能用于教學和算法的仿真研究。而且在 MATLAB 下的部分仿真程序還可以通過轉(zhuǎn)化為 C 語言，再通過 DSP 的 C編譯器直接在 DSP 硬件上運行。它的主要數(shù)字運算單元是一個乘累加器 (Multiplyaccumulator， MAC)，能夠在一個機器周期內(nèi)完成一次乘累加運算，配有適合于信號處理的指令，具備獨特的循環(huán)尋址和倒序?qū)ぶ纺芰Α? 3． 用固定功能的專用信號處理器實現(xiàn) 專用信 號處理器采用專用集成電路 ASIC(Application Specific Integrated Circuits)實現(xiàn)，適用于過程固定而又追求高速的信號處理任務，是以指定的算法來確定它的結(jié)構(gòu)，使用各種隨機邏輯器件組成的信號處理器。 4． 用 FPGA 等可編程器件來開發(fā)數(shù)字濾波算法。這一方法由于具有通用性的 特點并可以實現(xiàn)算法的并行運算，無論是作為獨立的數(shù)字信號處理器，還是作為 DSP 芯片的協(xié)處理器，目前都是比較活躍的研究領(lǐng)域。而后，用 DSP 處理器或 FPGA 進行數(shù)字濾波的硬件實現(xiàn)。 主要研究內(nèi)容 本文主要研究了數(shù)字濾波器的基本理論和實現(xiàn)方法。 本課題選擇在 TM320C5509 DSP 綜合實驗開發(fā)系統(tǒng)平臺上進行開發(fā)。 第 2章 濾波器基礎 數(shù)字 濾波器的 介紹 數(shù)字濾波器是對數(shù)字信號實現(xiàn)濾波的線性時不變系統(tǒng)。輸入數(shù)字信號 （數(shù)字序列）通過特定的運算轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅臄?shù)字序列，因此，數(shù)字濾波器本質(zhì)上是一個完成特定運算的數(shù)字計算過程，也可以理解為是一臺計算機。時域離散系統(tǒng)的頻域特性 : , 其中 、 分別是數(shù)字濾波器的輸出序列和輸入序列的頻域特性（或稱為頻譜特性 ） , 是數(shù)字濾波器的單位取樣響應的頻譜，又稱為數(shù)字濾波器的頻域響應。 數(shù)字濾波器根據(jù)其沖激響應函數(shù)的時域特性，可分為兩種，即無限長沖激響應 (IIR)數(shù)字濾波器和有限長沖激響應 (FIR)數(shù)字濾波器。 IIR 濾波器的設計方法及原理 IIR數(shù)字濾波器是一種離散時間系統(tǒng)，其系統(tǒng)函數(shù)為 假設 M≤ N，當 M＞ N時 ,系統(tǒng)函數(shù)可以看作一個 IIR的子系統(tǒng)和一個 (MN)的 FIR子系統(tǒng)的級聯(lián)。如果在 S平面上去逼近，就得到模擬濾波器；如果在 z平面上去逼近，就得到數(shù)字濾波器。脈沖響應不變法是從濾波器的脈沖響應出發(fā)，使數(shù)字濾波器的單位脈沖響應序列 h(n)模仿模擬濾波器的沖激響應ha(t)，即將 ha(t)進行等間隔采樣，使 h(n)正好等于 ha(t)的采樣值，滿足 h(n)=ha(nT) 式中 ,T 是采樣周期。 圖 11脈沖響應不變法的映射關(guān)系 ?????? ????? ?? ????????? kTjsXTjksXTzX k ask aez sT ?21)(1)(j?3 ?? / T?? / T－ 3?? / T－ ?? / To o? － 1 1jIm [ z ]R e [ z ]Z 平面S 平面由（ 11）式，數(shù)字濾波器的頻率響應和模擬濾波器的頻率響應間的關(guān)系為 (12) 這就是說，數(shù)字濾波器的頻率響應是模擬濾波器頻率響應的周期延拓。這時數(shù)字濾波器的頻響就不同于原模擬濾波器的頻響，而帶有一定的失真。這時，采用脈沖響應不變法設計的數(shù)字濾波器才能得到良好的效果。 脈沖響應不變法優(yōu)缺點： 從以上討論可以看出，脈沖響應不變法使得數(shù)字濾波器的單位脈沖響應完全模仿模擬濾波器的單位沖激響應，也就是時域逼近良好，而且模擬頻率Ω和數(shù)字頻率ω之間呈線性關(guān)系 ω =Ω T。 脈沖響應不變法的最大缺點是有頻率響應的混疊效應。至于高通和帶 阻濾波器，由于它們在高頻部分不衰減，因此將完全混淆在低頻響應中。當然這樣會進一步增加設計復雜性和濾波器的階數(shù)。這是因為從 S平面到Ｚ平面是多值的映射關(guān)系所造成的。也就是說，第一步先將整個 S 平面壓縮映射到 S1平面的 π /T～π /T 一條橫帶里；第二步再通過標準變換關(guān)系 z=es1T將此橫帶變換到整個 Z 平面上去。 圖 13雙線性變換的映射關(guān)系 為了將 S平面的整個虛軸 jΩ 壓縮到 S1平面 jΩ 1軸上的 π /T到π /T段上，可以通過以下的正切變換實現(xiàn) （ 15） 式中 ,T 仍是采樣間隔。將式（ 15）寫成 o－ 1 1Z 平面jI m [ z ]R e [ z ]?? / Tj?1?1－ ?? / TS1平面S 平面j?? o o????????? 2tan2 1TT2/2/2/2/11112TjTjTjTj ee eeTj????? ?????將此關(guān)系解析延拓到整個 S 平面和 S1 平面，令 jΩ =s， jΩ 1=s1，則得 再將 S1 平面通過以下標準變換關(guān)系映射到 Z平面 z=es1T 從而得到 S平面和 Z平面的單值映射關(guān)系為： （ 16） （ 17） 式（ 16）與式（ 17）是 S平面與 Z平面之間的單值映射關(guān)系，這種變換都是兩個線性函數(shù)之比，因此稱為雙線性變換 式（ 15）與式（ 16）的雙線性變換符合映射變換應滿足的兩點要求。 其次，將 s=σ +jΩ 代入式（ 18），得 因此 由此看出，當 σ 0 時， |z|1；當 σ 0 時， |z|1。因此，穩(wěn)定的模擬濾波器經(jīng)雙線性變換后所得的數(shù)字濾波器也一定是穩(wěn)定的。這是因為 S平面與 Z平面是單值的一一對應關(guān)系。這個關(guān)系如式（ 18）所示，重寫如下： 上式表明， S 平面上 Ω 與 Z 平面的 ω 成非線性的正切關(guān)系，如圖 77所示。 圖 14雙線性變換法的頻率變換關(guān)系 但是雙線性變換的這個特點是靠頻率 的嚴重非線性關(guān)系而得到的，如式（ 1