dsp帶通濾波器設(shè)計(jì)

1、一、 設(shè)計(jì)要求試用DSP設(shè)計(jì)FIR濾波器，分別實(shí)現(xiàn)帶通的功能，具體要求如下： 濾波器的階數(shù)5，截止頻率自行選定，濾波系數(shù)用MATLAB確定。 編制C54XDSP實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的匯編源程序。 用軟件仿真器完成上述程序的模擬調(diào)試。 以數(shù)據(jù)文件形式自行設(shè)定濾波器輸入數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)文件形式輸出濾波結(jié)果，并與輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。用軟件仿真器有關(guān)工具顯示FIR濾波器的輸入輸出波形，以證明濾波器濾波性能。二、 FIR濾波器的基本原理數(shù)字濾波是將輸入的信號(hào)序列，按規(guī)定的算法進(jìn)行處理，從而得到所期望的輸出序列。一個(gè)線性位移不變系統(tǒng)的輸出序列和輸入序列之間的關(guān)系，應(yīng)滿足常系數(shù)線性差分方程。FIR濾波器的差分方程

2、為：FIR濾波器的傳遞函數(shù)為：直接由差分方程得出的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖所示：圖橫截型(直接型卷積型) FIR濾波器的結(jié)構(gòu)圖由上面的公式和結(jié)構(gòu)圖可知，F(xiàn)IR濾波算法實(shí)際上時(shí)一種乘法累加運(yùn)算。它不斷地從輸入端讀入樣本值，經(jīng)過（）后做乘法累加，輸出濾波結(jié)果三、 FIR濾波器的設(shè)計(jì)FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)法和頻率采樣法。其中，窗函數(shù)法是最基本的方法。本次設(shè)計(jì)采用窗函數(shù)法。一般是先給定所要求的理想濾波器頻率響應(yīng)，由導(dǎo)出，我們知道，理想濾波器的沖擊響應(yīng)是無限長的非因果序列，而我們要設(shè)計(jì)的是是有限長的FIR濾波器，所以要用有限長序列來逼近無限長序列，設(shè)：(-1) 常用的方法是用有限長度的窗函數(shù)w(n)來截

3、取 即：(-) 這里窗函數(shù)就是矩形序列RN(n),加窗以后對(duì)理想低通濾波器的頻率響應(yīng)將產(chǎn)生什么樣的影響呢?根據(jù)在時(shí)域是相乘關(guān)系,在頻域則是卷積關(guān)系： (-)其中,為矩形窗譜, 是FIR濾波器頻率響應(yīng)。通過頻域卷積過程看的幅度函數(shù)H()的起伏現(xiàn)象,可知,加窗處理后，對(duì)理想矩形的頻率響應(yīng)產(chǎn)生以下幾點(diǎn)影響：(1)使理想頻率特性不連續(xù)點(diǎn)處邊沿加寬，形成一個(gè)過渡帶，其寬度等于窗的頻率響應(yīng)的主瓣寬度。(2)在截止頻率的兩邊的地方即過渡帶的兩邊，出現(xiàn)最大的肩峰值，肩峰的兩側(cè)形成起伏振蕩，其振蕩幅度取決于旁瓣的相對(duì)幅度，而振蕩的多少，則取決于旁瓣的多少。(3)改變N，只能改變窗譜的主瓣寬度，改變的坐標(biāo)比例以及

4、改變的絕對(duì)值大小，但不能改變主瓣與旁瓣的相對(duì)比例(此比例由窗函數(shù)的形狀決定)。(4)對(duì)窗函數(shù)的要求：a、窗譜主瓣盡可能窄，以獲取較陡的過渡帶；b、盡量減小窗譜的最大旁瓣的相對(duì)幅度；即能量集中于主瓣，使肩峰和波紋減小，增大阻帶的衰減。四、 帶通濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)本次要設(shè)計(jì)一個(gè)FIR帶通濾波器，其采樣頻率fs=30000Hz，通帶為3000Hz5000Hz,即保留頻率在3000Hz5000Hz范圍內(nèi)的信號(hào)成分，幅度失真小于1dB；阻帶邊界頻率為2000Hz和6000Hz，衰減大于40dB。同時(shí)，F(xiàn)IR濾波器的階數(shù)N=32。五、 設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)步驟1. 使用matlab獲得輸入信號(hào)數(shù)據(jù)，這里輸入信號(hào)為f

5、1=1500，f2=4000，f3=7000，采樣頻率為fs=30000Hz，采樣點(diǎn)數(shù)為N=256，同時(shí)生成輸入信號(hào)數(shù)據(jù)文件，matlab的參考程序如下：clc;clear all;f1=1500;f2=4000;f3=7000;fs=30000; N=256; T=1/fs; n=0:N-1;x1=0.08*sin(2*pi*f1*n*T);x2=0.08*sin(2*pi*f2*n*T);x3=0.08*sin(2*pi*f3*n*T);xn=ceil(32768*(x1+x2+x3);figure(1);plot(xn)figure(2)yff=abs(fft(xn);df=n*(fs/

6、N);plot(df,yff);fid=fopen('indata.inc','w');fprintf(fid,' .word%5.0fn',xn);fclose(fid);部分輸入信號(hào)數(shù)據(jù)為(共256個(gè)采樣點(diǎn))： .word 0 .word 6097 .word -431 .word 1541 .word -1019 .word 1 .word -2493 .word -5507.2.基于Matlab工具箱Signal中的fir1函數(shù)設(shè)計(jì)FIR帶通濾波器，選擇Hamming窗函數(shù)法，進(jìn)而獲取FIR帶通濾波器的系數(shù)b，并保存為firin.inc數(shù)

7、據(jù)文件。這里FIR濾波器的階數(shù)N=32。實(shí)現(xiàn)代碼如下：w1=3000/15000*2;w2=5000/15000*2;b=fir1(32,w1,w2,'bandpass');fp=fopen('firin.inc','wt');fprintf(fp,' .word%20.0fn',b*32768);fclose(fp);濾波器系數(shù)為：B0= -4,B1=-0,B2=7, B3=183,B4=-109,B5=-488,B6=328,B7=495,B8=-195,B9=260,B10=-1180,B11=-1433,B12=4086,

8、B13=1879,B14=-7292,B15=-876,B16=8709,B17=-876,B18=-7292,B19=1879,B20=4086,B21=-1433,B22=-1180,B23=260,B24=-195,B25= 495,B26=328,B27=-488,B28=-109,B29=183,B30=7,B31=-0,B32=-4同時(shí)，通過Matlab中的濾波器設(shè)計(jì)工具fdatool，可以得到滿足設(shè)計(jì)要求的FIR帶通濾波器的幅度圖如下示（相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)見下圖數(shù)據(jù)）：3. 基于CCS2.0配置為C5400后，創(chuàng)建fir工程，將1、2步驟中生成的輸入信號(hào)數(shù)據(jù)文件indata.inc和濾

9、波器系數(shù)文件firin.inc添加在fir工程所在的文件夾中，然后給工程中添加FIR數(shù)字濾波器的匯編程序fir.asm如下： .mmregs .global start .def start, _c_int00INDEX .set 1KS .set 256 .copy "indata.inc" .copy "firdata.inc" .dataOUTPUT .space 1024FIR_DP .usect "FIR_VARS", 0D_FIN .usect "FIR_VARS", 1D_FOUT .usect &q

10、uot;FIR_VARS", 1COFFTAB .usect "FIR_COFF", NDATABUF .usect "FIR_BFR", NBOS .usect "STACK", 0fhTOS .usect "STACK", 1 .text.asg AR0, INDEX_P.asg AR4, DATA_P.asg AR5, COFF_P.asg AR6, INBUF_P.asg AR7, OUTBUF_P_c_int00: B start NOP NOPstart: STM #COFFTAB, COFF

11、_P RPT #N-1 MVPD #COFF_FIR, *COFF_P+ STM #INDEX, INDEX_P STM #DATABUF, DATA_P RPTZ A, #N-1 STL A, *DATA_P+ STM #(DATABUF+N-1), DATA_P STM #COFFTAB, COFF_PFIR_TASK: STM #INPUT, INBUF_P STM #OUTPUT, OUTBUF_P STM #KS-1, BRC RPTBD LOOP-1 STM #N, BK LD *INBUF_P+, AFIR_FILTER: STL A, *DATA_P+% RPTZ A, N-1

12、 MAC *DATA_P+0%, *COFF_P+0%, A STH A, *OUTBUF_P+LOOP:EEND B EEND .end4. 對(duì)應(yīng)以上FIR濾波器的匯編程序編寫鏈接文件fir.cmd如下：fir.obj-m fir.map-o fir.outMEMORYPAGE 0: ROM1(RIX) :ORIGIN=0080h,LENGTH=1000hPAGE 1: INTRAM1(RW) :ORIGIN=2400h,LENGTH=0200h INTRAM2(RW) :ORIGIN=2600h,LENGTH=0100h INTRAM3(RW) :ORIGIN=2700h,LENGTH=0

13、100h INTRAM4(RW) :ORIGIN=2800h,LENGTH=0040h B2B(RW) :ORIGIN=0070h,LENGTH=10hSECTIONS .text :>ROM1 PAGE 0 .data :>INTRAM1 PAGE 1 FIR_COFF :>INTRAM2 PAGE 1 FIR_BFR :>INTRAM3 PAGE 1 FIR_VARS :>INTRAM4 PAGE 1 .stack :>B2B PAGE 1六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及截圖1. 將程序編譯鏈接無誤后加載程序，然后運(yùn)行程序，然后在入口地址為0x00a0下查看輸入信號(hào)波形，輸入混頻信號(hào)的時(shí)域和頻域波形圖如下： 圖1 三種疊加信號(hào)的時(shí)域波形圖2 三種疊加信號(hào)的頻域圖2.在入口地址為0x2400下查看輸出信號(hào)波形，下面為輸入混頻信號(hào)經(jīng)過設(shè)計(jì)的FIR器濾波后的時(shí)域(圖3)和頻域（圖4）波形的輸出圖像：圖3 經(jīng)FIR濾波器濾波后的信號(hào)時(shí)域圖圖4 經(jīng)FIR濾波器濾波后的信號(hào)頻域圖七、總結(jié)通過圖2與圖4的分析比較，可以很清楚地看出，本次設(shè)計(jì)的FIR濾波器濾可以較好的濾除噪聲信號(hào)，保留目標(biāo)信號(hào)