DSP課程設(shè)計(jì)-fir數(shù)字濾波器

1、目 錄第 1 章 緒論.11.1 設(shè)計(jì)背景.11.2 設(shè)計(jì)要求.11.3 設(shè)計(jì)思路簡介.1第 2 章 系統(tǒng)開發(fā)平臺與環(huán)境.21.1 CCS 開發(fā)環(huán)境.22.2 SEED-DEC2812 開發(fā)實(shí)驗(yàn)箱.2第 3 章 FIR 濾波器設(shè)計(jì)過程.33.1 FIR 濾波器設(shè)計(jì)總框圖 .33.2 FIR 濾波器設(shè)計(jì)的原理 .33.3 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法 .4第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).54.1 程序流程圖.54.2 程序源代碼.6第 5 章 系統(tǒng)仿真.115.1 仿真設(shè)置.115.2 仿真圖.12第 6 章 總結(jié).16參考文獻(xiàn).171第第 1 章章 緒論緒論1.1 設(shè)計(jì)背景在信號處理中，濾波占有十分重要

2、的地位。數(shù)字濾波是數(shù)字信號處理的基本方法。數(shù)字濾波與模擬濾波相比有很多優(yōu)點(diǎn)，它除了可避免模擬濾波器固有的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題外，還能滿足濾波器對幅度和相位的嚴(yán)格要求。低通有限沖激響應(yīng)濾波器(低通FIR濾波器)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)?FIR系統(tǒng)只有零點(diǎn)，因此，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的，而且容易實(shí)現(xiàn)線性相位和允許實(shí)現(xiàn)多通道濾波器。DSP（數(shù)字信號處理器）與一般的微處理器相比有很大的區(qū)別，它所特有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令集合、數(shù)據(jù)流程方式為解決復(fù)雜的數(shù)字信號處理問題提供了便利，本文選用TMS320C54X作為DSP處理芯片，通過對其編程來實(shí)現(xiàn)FIR濾波器。對數(shù)字濾波器而言,從實(shí)現(xiàn)方法上,有 FIR 濾波器和無

3、限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器之分。由于FIR濾波器只有零點(diǎn),因此這一類系統(tǒng)不像IIR系統(tǒng)那樣易取得比較好的通帶與阻帶衰減特性。但是FIR系統(tǒng)有自己突出的優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)總是穩(wěn)定的;易實(shí)現(xiàn)線性相位;允許設(shè)計(jì)多通帶(阻帶)濾波器。其中后兩項(xiàng)是IIR系統(tǒng)不易實(shí)現(xiàn)的。1.2 設(shè)計(jì)要求利用C語言在CCS環(huán)境中編寫一個FIR濾波器程序，并能利用已設(shè)計(jì)好的濾波器對常用信號進(jìn)行濾波處理。1.3 設(shè)計(jì)思路簡介在TMS320C54x系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境CCS（Code Composer Studio）下對FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行討論。利用C語言設(shè)計(jì)相應(yīng)的濾波器，通過實(shí)驗(yàn)仿真，從輸入信號和輸出信號的時域和頻域曲線可看出在D

4、SP上實(shí)現(xiàn)的FIR濾波器能完成預(yù)定的濾波任務(wù)。2第 2 章 系統(tǒng)開發(fā)平臺與環(huán)境1.1 CCS 開發(fā)環(huán)境CCS提供了配置、建立、調(diào)試、跟蹤和分析程序的工具，它便于實(shí)時、嵌入式信號處理程序的編制和測試，它能夠加速開發(fā)進(jìn)程，提高工作效率。CCS提供了基本的代碼生成工具，它們具有一系列的調(diào)試、分析能力。CCS支持如下圖1.1所示的開發(fā)周期的所有階段。圖 1.12.2 SEED-DEC2812 開發(fā)實(shí)驗(yàn)箱 SEED-DECxxxx系列嵌入式DSP開發(fā)板本著模塊化、總線型、開放式、系列化的設(shè)計(jì)思想，采用統(tǒng)一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模塊結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)，以多種典型DSP處理器構(gòu)成具有標(biāo)準(zhǔn)總線和相同物理尺寸的高性能嵌入式D

5、SP開發(fā)板。SEED-DEC2812 嵌入式DSP開發(fā)板原理框圖如圖1.2所示：設(shè)計(jì)概念性規(guī)劃編程和編譯創(chuàng)建工程文件、編寫源代碼和配置文件調(diào)試語法檢查、探測點(diǎn)設(shè)置和日志保存等分析實(shí)時調(diào)試、統(tǒng)計(jì)和跟蹤3圖 1.2第 3 章 FIR 濾波器設(shè)計(jì)過程3.1 FIR 濾波器設(shè)計(jì)總框圖FIR 濾波器設(shè)計(jì)總框圖如圖3.1所示4開始初始化DSP產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)讀入新數(shù)據(jù)并存放到棧頂濾波處理保存濾波結(jié)果到輸出單元待濾波的樣本點(diǎn)數(shù)處理完成結(jié)束否是圖 3.1 FIR 濾波器設(shè)計(jì)總框圖3.2 FIR 濾波器設(shè)計(jì)的原理設(shè)a i(i=0，1，2，N-1)為濾波器的沖激響應(yīng),輸入信號為x(n),則FIR濾波器的輸入輸出關(guān)系為

6、： FIR濾波器的結(jié)構(gòu)如圖3.2所示：1z1z1z1za0a12Na1NaX(n)X(n-1)X(n-2)X(n-N+1)y(n)圖 3.2 FIR 濾波器的結(jié)構(gòu)53.3 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法循環(huán)緩沖算法:對于N級的FIR濾波器，在數(shù)據(jù)存儲器中開辟一個稱之為滑窗的N個單元的緩沖區(qū)，滑窗中存放最新的N個輸入樣本。每次輸入新的樣本時，一新樣本改寫滑窗中的最老的數(shù)據(jù)，而滑窗中的其他數(shù)據(jù)不需要移動。利用片內(nèi)BK（循環(huán)緩沖區(qū)長度）寄存器對滑窗進(jìn)行間接尋址，環(huán)緩沖區(qū)地址首位相鄰。下面，以N=5的FIR濾波器循環(huán)緩沖區(qū)為例，說明循環(huán)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)是如何尋址的。5級循環(huán)緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)如圖3.3所示，頂部為低地

7、址。x(n)x(n-1)x(n-2)x(n-3)x(n-4)x(n)x(n-1)x(n-2)x(n-3)x(n+1)x(n)x(n-1)x(n-2)x(n-2)x(n-1)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器頂部底部圖 3.3 循環(huán)緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行完之后，間接尋址的輔助寄存器指向40)()(iiinxanyxARx(n-4)。然后，從 I/O 口輸入數(shù)據(jù)x(n+1)，將原來存放x(n-4)的數(shù)據(jù)存儲單元改寫為x(n+1)。接著，進(jìn)行第二次乘法累加運(yùn)算，40)1() 1(iiinxany最后指向x(n-3)。然后從 I/O 口輸入數(shù)據(jù)x(n+2) ，將原來存放 x(n-4)的xAR數(shù)據(jù)存儲器單

8、元改寫為x(n+2)。第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 程序流程圖程序流程圖如圖4.1所示6初始化系統(tǒng)關(guān)中斷初始化PIE中斷初始化PIE中斷矢量表初始化cputimer設(shè)置中斷服務(wù)程序入口地址開中斷設(shè)置CPU開中斷fir濾波處理結(jié)束圖 4.1 程序流程圖4.2 程序源代碼4.2.1 FILTER.c 代碼：#include DSP28_Device.h7#include filter.h#include ext_inf.hunsigned int DataLong=1024;unsigned int i,j;unsigned int k= 0;unsigned short Ad_data2048

9、;short Ad_data_signed2048;short filter_result1024;unsigned int convcount = 0;volatile unsigned int adconvover =0;interrupt void ISRTimer2(void);interrupt void ad(void);void main(void)/*初始化系統(tǒng)*/InitSysCtrl();/*關(guān)中斷*/DINT;IER = 0 x0000;IFR = 0 x0000;/*初始化PIE中斷*/InitPieCtrl();/*初始化PIE中斷矢量表*/8InitPieVectT

10、able(); /初始化cputimer InitCpuTimers(); /*設(shè)置中斷服務(wù)程序入口地址*/EALLOW;PieVectTable.TINT2 = &ISRTimer2;PieVectTable.ADCINT = &ad;EDIS; /*開中斷*/IER |= M_INT1; /ADC中斷EINT; ERTM;/*設(shè)置CPU*/DINT;ConfigCpuTimer(&CpuTimer2, 150, 22); StartCpuTimer2(); /*開中斷*/IER |= M_INT14;EINT;InitAdc();for(;)if (adconvov

11、er=1) /*fir濾波處理*/9 for(i=0;i=16); _nassert(n=16); for(j=0;jm;j+) acc=0; for(i=0;i=m) break; else y0=(long)xi+j*(long)hi; acc=acc+y0;11 *y+=(short)(accs); 第 5 章 系統(tǒng)仿真125.1 仿真設(shè)置1.fir_filter(Ad_data_signed,hfir,filter_result,ORDER_FIR,DataLong,ROUND_FIR)和 adconvover=0處設(shè)置斷點(diǎn)2.在Graph Property Dialog中設(shè)置Star

12、t Address和Display Type如圖5.1、圖5.2、圖5.3、圖5.4圖 5.1圖 5.213圖 5.3圖 5.43.設(shè)置實(shí)驗(yàn)板輸入信號的參數(shù)，再運(yùn)行程序得到仿真圖。5.2 仿真圖（1）標(biāo)準(zhǔn)矩形波，頻率為300Hz，振幅為800mV。濾波前的波形如圖5.5和圖5.6，濾波后的波形如圖5.7和圖5.8。14圖 5.5圖 5.6圖 5.715圖 5.8（2）噪聲三角波，頻率為400Hz，振幅為800mV。濾波前的波形如圖5.9和圖5.10，濾波后的波形如圖5.11和圖5.12。圖 5.9圖 5.1016圖 5.11圖 5.1217第 6 章 總結(jié)FIR濾波器的設(shè)計(jì)是數(shù)字信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)，也是DSP芯片的重要組成部分。FIR濾波器性能的好壞直接影響著DSP的運(yùn)行速度和精度，對現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展起決定性作用，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)在以后的一段相當(dāng)長的時間里將持續(xù)主導(dǎo)DSP，而DSP隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域愈來愈廣泛。這次課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個簡單的FIR濾波器的設(shè)計(jì)，在羅老師的精心指導(dǎo)和幫助以及自己上網(wǎng)查找資料，較好的完成了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)并達(dá)到了理想的目的。在這里我對羅老師表示感謝，感謝她的耐心和熱心。通過這次課程設(shè)計(jì)使我對DSP芯片有了更深一步的了解，也不斷的強(qiáng)化了自己的基礎(chǔ)知識。18參考文獻(xiàn)1程佩青.數(shù)字信號處理教程M.北京：清華大學(xué)