基于DSP的數(shù)字濾波器的設計與仿真

1、2.1系統(tǒng)功能介紹一個實際的應用系統(tǒng)中，總存在各種干擾。數(shù)字濾波器在語音信號處理、信號頻譜估計、信號去噪、無線通信中的數(shù)字變頻以及圖像信號等各種信號處理中都有廣泛的應用，數(shù)字濾波器也是使用最為廣泛的信號處理算法之一。在本設計中，使用MATLAB模擬產(chǎn)生合成信號，然后利用CCS進行濾波。設定模擬信號的采樣頻率為48000Hz，。設計一個FIR低通濾波器，其參數(shù)為：濾波器名稱： FIR低通濾波器采樣頻率： Fs=48000Hz通帶截止頻率： 15000Hz阻帶截止頻率： 16000Hz通帶最大衰減： 0.1dB阻帶最少衰減： 80dB濾波器系數(shù)： 由MATLAB根據(jù)前述參數(shù)求得。2.2 總體設計方

2、案流程圖 圖1 總體設計方案 主要內(nèi)容和步驟3.1 濾波器原理對于一個FIR濾波器系統(tǒng)，它的沖擊響應總是又限長的，其系統(tǒng)函數(shù)可記為： 其中是FIR的濾波器的階數(shù)，為延時結，為端口信號函數(shù)。最基本的FIR濾波器可用下式表示： 其中輸入采樣序列，是濾波器系數(shù)，是濾波器的階數(shù)表示濾波器的輸出序列，也可以用卷積來表示輸出序列與、的關系，如下： 3.2 操作步驟（1）打開FDATOOL,根據(jù)濾波要求設置濾波器類型、通帶截止頻率、指定階數(shù)、采樣頻率等。指定完設計參數(shù)后單擊按鈕Design Filter，生成濾波器系數(shù)。（2）把生成的濾波器系數(shù)傳到目標DSP。選擇菜單Targets->Export t

3、o Code Composer Studio(tm)IDE，打開Export to C Header File對話框，選擇C header file，指定變量名(濾波器階數(shù)和系數(shù)向量)，輸出數(shù)據(jù)類型可選浮點型或32 b，16 b整型等，根據(jù)自己安裝選擇目標板板號和處理器號，單擊OK，保存該頭文件，需指定文件名(filtercoeffh)和路徑(保存在c：timyprojectsfir工程中)。（3）修改CCS匯編程序，刪掉數(shù)據(jù)前的所有文字，在開頭加上.data，第二行加coeff .word,在每行的前面加上.word，比且把每行的最后的逗號去掉。（4）編譯匯編程序，如果有錯誤，按錯誤進行修改

4、；沒錯誤，則往下執(zhí)行。（5）加載初始化DATA數(shù)據(jù)。運行程序，查看輸入輸出波形，修改相應參數(shù)進行調(diào)試第4章 詳細設計在本實驗中使用MATLAB模擬產(chǎn)生信號，觀察濾波前的時域波形和頻域波形。MATLAB仿真后，使用得到的濾波器參數(shù)，進行DSP編程，在DSP中實現(xiàn)帶通濾波，并使用CCS的頻譜分析功能，查看DSP的濾波效果。MATLAB程序流程圖如圖4.1所示圖4.1 MATLAB程序流程圖CCS匯編程序流程圖如圖4.2所示圖4.2 CCS匯編程序流程圖第5章 實驗過程5.1 匯編語言實驗步驟與內(nèi)容MATLAB輔助DSP 實現(xiàn)FIR ,其總體過程為在DSP 中編寫處理程序，在MATLAB中利用濾波器

5、設計、分析工具( FDATOOL) ,根據(jù)指定的濾波器性能快速設計一個FIR ,然后把濾波器系數(shù)以頭文件形式導入CCS 中,頭文件中MATLAB 輔助DSP 實現(xiàn)FIR 數(shù)字濾波器含濾波器階數(shù)和系數(shù)數(shù)組,在MATLAB中調(diào)試、運行DSP 程序并顯示、分析處理后的數(shù)據(jù)。使用該方法,便于采用匯編語言來實現(xiàn)程序。頭文件名不變,當MATLAB中設計的濾波器系數(shù)改變時,相應頭文件中系數(shù)也改變,方便了程序調(diào)試、仿真。（1）在MATLAB中先編寫程序，查看待濾波和已濾波的信號的時域和頻域波形，如圖5.1和圖5.2所示。 圖5.1 待濾波信號的時域圖 圖5.2 待濾波信號的頻域圖利用FDA TOOL 設計FI

6、R 濾波器的參數(shù)，操作步驟如圖5.3所示。圖5.3 FIR濾波器的參數(shù)打開Export，把Numerator改為B,如圖5.4所示。圖5.4 Export設置已濾波的信號的時域和頻域波形，如圖5.5和圖5.6所示。圖5.5 已濾波信號時域波形圖 圖5.6 已濾波信號頻域波形圖MATLAB濾波器設計工具在完成FIR設計后,如圖5.7所示，在Export as中選擇16bit符號整數(shù)輸出，然后單擊OK按鈕。生成fir.h C語言頭文件。將系數(shù)稍作修改，調(diào)整后拷貝到程序的系數(shù)初始化空間即可。圖5.7 MATLAB輸出數(shù)值轉換圖（2）在CCS中編寫匯編語言程序，進行調(diào)試，實現(xiàn)帶通濾波的功能。在CCS

7、IDE 中建立LHM.pjt工程,用匯編語言編寫處理主程序fir.asm。另外根據(jù)板上的存儲器配置方式,編寫存儲器配置文件fir.cmd文件,將MATLAB生成的LHM.h和input1.dat文件拷貝到LHM.pjt工程文件夾下，進行編譯、鏈接,生成可執(zhí)行文件LHM.out。 （3）加載初始化data數(shù)據(jù)，圖5.8所示。圖5.8 data初始化圖運行程序，查看輸入輸出波形，修改相應參數(shù)進行調(diào)試。5.2 實驗過程中出現(xiàn)的錯誤及解決的辦法（1）在MATLAB程序設計中，采樣頻率設置的過小，截止頻率大于采樣頻率的一半，運行的時候圖形出現(xiàn)錯誤。（2）FIR.m中的采樣頻率要和開始設置時的采樣頻率一致

8、，否則結果會出現(xiàn)偏差。（3）在CCS中未定義標號，程序運行錯誤。（4）在.h文件中未把coeff頂格寫，編譯時出現(xiàn)錯誤。（5）未將fir.h和input.dat文件考入工程文件中。（6）間接尋址過程中，程序中丟失。 (7) 在View的Graph中單擊Time/frequency出現(xiàn)graph property dialog框，未修改抽樣點數(shù)。顯示的圖形出現(xiàn)差異5.3 CCS程序運行后的各種輸出結果在View的Graph中單擊Time/frequency出現(xiàn)graph property dialog框。將顯示類型，圖形名稱，起始地址，抽樣點數(shù)，數(shù)據(jù)類型等分別進行設置，輸出各種波形。輸出濾波前的

9、信號時域波形。首先，設置如圖5.9所示，輸出濾波前的信號時域波形。圖5.9 Graph property dialog設置框圖單擊OK后生成如下圖5.10波形。圖5.10濾波前信號波形圖圖5.10為濾波前的信號，波形很雜亂，從時域上很難看出信號的周期性。修改相應設置，輸出如圖5.11所示濾波前信號頻譜。圖5.11濾波前信號頻譜波形圖經(jīng)過濾波后，時域波形頻譜波形如圖5.12和5.13所示。圖5.12 濾波后信號時域波形圖圖5.13 濾波后信號頻譜圖由上述的所有截圖可知，輸入?yún)?shù)中，通帶截止頻率和阻帶截止頻率是比較重要的兩個參數(shù)，不宜過小，過小濾掉的高頻成分太多，很難還原出遠波形的形狀，也不宜過大

10、，過大濾波效果欠佳。在本課程設計中，通帶截止頻率選用4000Hz,阻帶截止頻率選用4500Hz，因此，顯示圖形時的，時域顯示的抽樣點數(shù)為1024，頻域顯示的帶寬為0.5Hz。對比濾波前后信號的時域圖5.10和5.12、頻譜波形圖5.11和5.13可以知道，濾波前的時域信號的波形圖的波形很雜亂，很難看出信號的周期性，濾波后周期性也相對的明顯起來了；濾波前信號分布在整個頻帶上，濾波后阻帶范圍內(nèi)的基本被濾掉，這些都可以從上述截圖看出。附件：源程序清單用線性緩沖區(qū)實現(xiàn)FIR濾波器程序清單： .title “FIR1.ASM” .mmregs .def start x .usect “x”，8 PA0

11、.set 0 PA1 .set 1 .data COEF： .word 1*32768/10 .word 2*32768/10 .word -4*32768/10 .word 3*32768/10 .word -4*32768/10 .word 2*32768/10 .word 1*32768/10 .textstart: SSBX FRCT STM #x+7,AR2 STM #6,AR0 LD #x+1,DP PORTR PA1,x+1FIR1: RPTZ A,#6 MACD *AR2-,COEF,A STH A,*AR2 PORTW *AR2+,PA0 BD FIR1 PORTR PA1,

12、*AR2+0 .end 用循環(huán)緩沖區(qū)實現(xiàn)FIR濾波器程序清單： .title “FIR2.ASM” .mmregs .def start .bss y,1xn .usect “xn”,7b0 .usect “b0”,7PA0 .set 0PA1 .set 1 .datatable: .word 1*32768/10 .word 2*32768/10 .word 3*32768/10 .word 4*32768/10 .word 5*32768/10 .word 6*32768/10 .word 7*32768/10 .text start: SSBX FRCT STM #b0,AR1 RPT

13、#6 MVPD table,*AR1+ STM #xn+6,AR2 STM #b0+6,AR3 STM #7,BK STM #-1,AR0 LD #xn,DP PORTR PA1,xnFIR2: RPTZ A,#6 MAC *AR2+0%,*AR3+0%,A STH A,y PORTW y,PA0 BD FIR2 PORTR PA1,*AR2+0% .end 匯編程序清單lhm.h文件內(nèi)容： .datacoeff .word -85, -64, -61, -36, 8, 62, 110, 136, 131 .word 96, 42, -11, -44, -44, -11, 39, 85, 10

14、6 .word 88, 37, -29, -83, -101, -73, -7, 70, 124 .word 131, 82, -5, -96, -151, -144, -72, 37, 140 .word 191, 162,61, -76, -191, -231, -174, -35, 132 .word 256, 278, 180, -7, -208, -337, -330, -176, 72 .word 316, 445, 392, 156, -178, -475, -599, -470, -108 .word 361, 745, 857, 594, -6, -748, -1336, -

15、1456, -893 .word 386, 2192, 4154, 5816, 6768, 6768, 5816, 4154, 2192 .word 386, -893, -1456, -1336, -748, -6, 594, 857, 745 .word 361, -108, -470, -599, -475, -178, 156, 392, 445 .word 316, 72, -176, -330, -337, -208, -7, 180, 278 .word 256, 132, -35, -174, -231, -191, -76, 61, 162 .word 191, 140, 3

16、7, -72, -144, -151, -96, -5, 82 .word 131, 124, 70, -7, -73, -101, -83, -29, 37 .word 88, 106, 85, 39, -11, -44, -44, -11, 42 .word 96, 131, 136, 110, 62, 8, -36, -61, -64 .word -85Fir.asm內(nèi)容：.title"fir.asm".mmregs.global_c_int00ORDER .set154D_LEN.set1024; The Length of Input Dataxn.usect&q

17、uot;xn",(ORDER-1)a0.usect"a0",(ORDER-1)input.usect"input",D_LENoutput.usect"output",D_LEN.copy "HM.h" Get coefs from "coef.h".text.asgAR0, FIR_INDEX.asgAR2, FIR_DATA.asgAR3, FIR_COEF.asgAR5, DATA_IN.asgAR6, DATA_OUT_c_int00:SSBX FRCT STM #a0,FIR

18、_COEF; Copy a0(coefs) to FIR_COEF(AR3) RPT #ORDER-1 MVPD #coeff,*FIR_COEF+ STM#1, FIR_INDEX STM#xn, FIR_DATA; Copy xn(data) to FIR_DATA(AR2) RPTZA,#ORDER-1 STLA, *FIR_DATA+STM #(xn+ORDER-1), FIR_DATASTM #(a0+ORDER-1), FIR_COEFSTM#input, DATA_IN; Get data from "input"STM#output, DATA_OUT; Write data to "output"STM#D_LEN-1, BRCRPTBDnext-1STM#ORDER, BKLD*DATA_IN