數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及DSP實(shí)現(xiàn)報(bào)告

1、帶通數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)及DSP實(shí)現(xiàn)班級(jí): 物聯(lián)網(wǎng)1121 我是 學(xué)號(hào)： 1132106124 我是 姓名： 我是傻子 現(xiàn)場(chǎng)答辯（20分）書面報(bào)告（80分）成績(jī)Matlab設(shè)計(jì)（20分）DSP程序（25分）輸入輸出分析（20分）格式規(guī)范（15分）總分等級(jí)1.課程設(shè)計(jì)目的1.1鞏固和加深對(duì)DSP原理和知識(shí)的理解；1.2培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍、查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料的能力；1.3學(xué)會(huì)方案論證的比較方法，拓寬知識(shí)，初步掌握工程設(shè)計(jì)的基本方法；1.4掌握matlab、ccs的正確使用方法，學(xué)會(huì)軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法；1.5能按課程設(shè)計(jì)的要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能用ccs進(jìn)行仿真。2

2、.課程設(shè)計(jì)要求2.1 A/D采樣率為100KHZ；采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)一個(gè)通帶截止頻率為5KHZ、15KHZ的帶通濾波器，并在DSP上仿真實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。2.2利用matlab進(jìn)行相應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)，給出設(shè)計(jì)過程及設(shè)計(jì)結(jié)果。2.3利用上述設(shè)計(jì)所計(jì)算的濾波器系數(shù)，編寫相應(yīng)的DSP實(shí)現(xiàn)程序，2.4輸入信號(hào)為1.5KHz、10KHz、20KHz的疊加信號(hào)，即x(t)=sin(3000t)+sin(20000t)+ sin(40000t)，觀察其經(jīng)過濾波器后的響應(yīng)，記錄輸入、輸出的時(shí)域、頻域波形圖，并對(duì)結(jié)果作相應(yīng)分析。3. matlab設(shè)計(jì)3.1 濾波器設(shè)計(jì)原理假設(shè)FIR濾波器的系數(shù)為h(0)、h(1

3、)、h(N-1),x(n)表示濾波器在n時(shí)刻的輸入，則n時(shí)刻的輸出為：y(n)=h(0)x(n)+h(1)x(n-1)+h(N-1)xn-(N-1)=對(duì)應(yīng)的濾波器傳遞函數(shù)為：橫截型濾波器的結(jié)構(gòu)圖為：若FIR 數(shù)字濾波器的單位沖激響應(yīng)序列為h(n)，它就是濾波器系數(shù)向量b(n)。傳統(tǒng)的濾波器分析與設(shè)計(jì)均使用繁瑣的公式計(jì)算，改變參數(shù)后需要重新運(yùn)算，從而在分析與設(shè)計(jì)濾波器尤其是高階濾波器時(shí)工作量特別大。這里應(yīng)用MATLAB 設(shè)計(jì)FIR濾波器，根據(jù)給定的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)H(z)，使其逼近這一指標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算并確定濾波器的系數(shù)b(n)，再將所設(shè)計(jì)濾波器的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)曲線作為輸出，與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，

4、對(duì)設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)完成之后將得到FIR濾波器的單位沖激響應(yīng)序列h(n)的各個(gè)參數(shù)值。3.2 濾波器設(shè)計(jì)思路1）先通過對(duì)濾波器重要參數(shù)的計(jì)算，算出歸一化的上通帶截止頻率，和下通帶截止頻率。由于所給的上截止頻率和下截止頻率為5KHZ和15KHZ，所以wp1=5/100*pi=0.1pi,wp2=15/100*pi=0.3pi,即wc=0.10 0.30。2）選擇合適的窗函數(shù)，確定要選用的濾波器階數(shù)。本次設(shè)計(jì)，我用的是hamming窗函數(shù)，所以，M=6.6*pi/過渡帶寬。在此，我選的階數(shù)為37。3）根據(jù)得到的截止頻率和濾波器階數(shù)編寫matlab程序，得到單位沖擊響應(yīng)序列各個(gè)參數(shù)值。4）根

5、據(jù)輸入信號(hào)，加上幅值，編寫matlab程序，得到37個(gè)n時(shí)刻的x(n)值。5）將兩組數(shù)值帶入dsp程序中進(jìn)行仿真。程序流程圖： 計(jì)算濾波器w和N Matlab編程得出沖擊序列根據(jù)輸入信號(hào)得出n時(shí)刻值帶入dsp程序進(jìn)行仿真，得波形3.3 matlab程序1） 濾波器設(shè)計(jì)程序：wc=0.10 0.30;M=37; b=fir1(M-1,wc); freqz(b);/畫幅頻響應(yīng)圖/ figure;/畫單位沖擊響應(yīng)圖/ stem(b,'.'); line(0,25,0,0);xlabel('n');ylabel('h(n)'); fid=fopen(&#

6、39;input.dat','w'); fprintf(fid,'%dn',round(b*32768);/把浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化為1位符號(hào)位，0位整數(shù)位，15位小數(shù)位的定點(diǎn)數(shù)/ fclose(fid);2) 輸入信號(hào)設(shè)計(jì)程序：n=0:1:199;T=1/100000;x=sin(3000*pi*n*T)+sin(20000*pi*n*T)+sin(40000*pi*n*T);fid=fopen('in.dat','w'); fprintf(fid,'%dn',round(x*230);fclose(fid);plo

7、t(t,x);程序分析：由于x是由三個(gè)頻率不同的正弦函數(shù)疊加而成的，所以若要設(shè)置一個(gè)周期的數(shù)據(jù)，就要計(jì)算出這三個(gè)正弦函數(shù)的最小公約數(shù)。通過計(jì)算得到最小公約數(shù)，并且得到一個(gè)周期中的n正好是200個(gè)，所以把n設(shè)置成步長(zhǎng)為1，0到199。因?yàn)椴介L(zhǎng)為1，所以T等于抽樣頻率的倒數(shù)。3.4 matlab仿真圖圖（1）帶通濾波器的頻率響應(yīng)圖（2）帶通濾波器單位沖擊響應(yīng)圖（3）輸入信號(hào)x=sin(3000*pi*n*T)+sin(20000*pi*n*T)+sin(40000*pi*n*T)波形圖（4）輸入信號(hào)x(t)=sin(3000t)+sin(20000t)+ sin(40000t)沖擊響應(yīng)4. DSP

8、實(shí)現(xiàn)4.1 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)步驟1)運(yùn)行CCS。2）FIR濾波器的DSP軟件仿真。a在CCS環(huán)境下新建fir工程和四個(gè)文件：fir.asm、fir.cmd、in.dat、out.dat。b.分別編輯四個(gè)文件并將文件fir.asm、fir.cmd、添加到fir工程中。c.編譯、鏈接、裝載程序d設(shè)置探針、斷點(diǎn)、及文件關(guān)聯(lián)。e按F12運(yùn)行程序并設(shè)置圖形查看窗口。4.2源程序1）asm程序 .title "fir.asm" .mmregs .def _c_int00 .bss y,1indata .usect "buffer",1outdata .usect "

9、;buffer",1xn .usect "xn",37h .usect "h",37 .datatable: .word -17,27,108,197,215,98,-98,-181,0,312 .word 293,-519,-2056,-3480,-3574,-1628,1838,5169,6541,5169 .word 1838,-1628,-3574,-3480,-2056,-519,293,312,0,-181 .word -98,98,215,197,108,27,-17 .text_c_int00: SSBX FRCT STM #x

10、n,AR1 RPT #36 ST #0,*AR1+ STM #h,AR1 RPT #36 MVPD #table,*AR1+ STM #xn+36,AR3 STM #h+36,AR4 STM #37,BK STM #-1,AR0 STM #indata,AR5 STM #outdata,AR2 ;LD #xn,DP;PORTR PA1,xn ;LD #y,DPFIR: NOP MVDD *AR5,*AR3+0% RPTZ A,#36 MAC *AR3+0%,*AR4+0%,A STH A,*AR1 MVDD *AR1,*AR2 NOP;STH A,y;PORTW y,PAO B FIR ;B

11、FIR;PORTR PA1,*AR3+0% .end2）連接文件程序fir.obj -o fir.out -m fir.map -estart MEMORY PAGE 0: EPROM: org=0100H,len=0F70H PAGE 1: SPRAM: org=1000H,len=1000H DARAM: org=2000h,len=2000H SECTIONS .text :> EPROM PAGE 0 .data :> EPROM PAGE 0 .bss :> SPRAM PAGE 1 xn : align(128)> DARAM PAGE 1 h : alig

12、n(128)> DARAM PAGE 1 buffer :>DARAM PAGE 1 4.3 輸入信號(hào)in.dat內(nèi)容1651 1 1025 1 10,376,397148,1,104,207,57,-196,-181,186,552,562,300,139,227,313,146,-126,-129219,565,555,274,94,163,230,46,-243,-263,71,404,383,91,-98,-36,26,-161,-452,-471-135,202,186,-98,-278,-205,-130,-304,-580,-583,-230,125,128,-137

13、,-297,-205,-111-265,-522,-506,-135,237,256,6,-141,-36,69,-76,-325,-304,71,445,465,213,63,163261,107,-152,-143,219,578,582,313,146,227,306,133,-146,-156,186,526,511,225,40104,168,-19,-311,-332,0,332,311,19,-168,-104,-40,-225,-511,-526,-186,156,146,-133,-306,-227,-146,-313,-582,-578,-219,143,152,-107,

14、-261,-163,-63,-213,-465-445,-71,304,325,76,-69,36,141,-6,-256,-237,135,506,522,265,111,205,297,137,-128,-125,230,583,580,304,130,205,278,98,-186,-202,135,471,452,161,-26,36,98-91,-383,-404,-71,263,243,-46,-230,-163,-94,-274,-555,-565,-219,129,126,-146-313,-227,-139,-300,-562,-552,-186,181,196,-57,-2

15、07,-104,-1,-148,-397,-376 5. 仿真結(jié)果圖（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)地址圖：分析：有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的地址可以看出，輸入數(shù)據(jù)的地址為0x1025，輸出數(shù)據(jù)的地址為0x1026。圖（6）圖形窗口設(shè)置圖：分析：對(duì)圖形窗口進(jìn)行設(shè)置，修改輸入輸出的地址。圖（7）輸入、輸出時(shí)域波形仿真圖：分析：上面是in.dat中的輸入信號(hào)波形，是三個(gè)正弦波的疊加圖；下面是out.dat的輸出波形圖，是通過帶通濾波器濾波后出來的中間的一個(gè)正弦波，即：x=sin（20000*pi*t）。 圖（8）輸入信號(hào)頻域波形圖：分析：這是輸入信號(hào)的頻域波形圖，因?yàn)檩斎胄盘?hào)是由三個(gè)不同頻率的信號(hào)疊加而成的，所以，圖中一個(gè)周期中有三個(gè)脈沖信號(hào)，分別表示不同頻率的正弦波。最左邊的是高通的波形，中間的是帶通的波形，最右邊的是低通的波形。圖（9）輸出信號(hào)頻域波形圖：分析：由圖中可以驗(yàn)證，我所設(shè)計(jì)的濾波器是帶通的濾波器。因?yàn)榕c上圖相比較，我輸出的波形的橫坐標(biāo)所在位置，正好與上圖中帶通的沖激波的位置相符合。6. 設(shè)計(jì)心得體會(huì)為了這次大作業(yè)設(shè)計(jì)，自己自學(xué)了數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中窗函數(shù)的有關(guān)知識(shí)。實(shí)際中遇到的離散時(shí)間信號(hào)總是有限長(zhǎng)的，因此不可避免地要遇到數(shù)據(jù)截?cái)鄦栴}。而在信號(hào)處理中，對(duì)離散序列的數(shù)據(jù)截?cái)嗍峭ㄟ^序列與窗函數(shù)相乘