基于DES5402PP的IIR濾波器設(shè)計與實現(xiàn)

1、基于des5402pp的iir濾波器設(shè)計與實現(xiàn)在許多實際應(yīng)用系統(tǒng)中，輸入信號既可以是語音信號、調(diào)制的電話信號、編碼的數(shù)字信號、壓縮后的圖像信號，也可以是各種輸出的模擬信號，這就需要dsp通過a/d和d/a轉(zhuǎn)換完成數(shù)字信號和模擬信號之間的轉(zhuǎn)換，從而能使dsp處理模擬信號和將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成易于人機交互的聲、光、電等信號。des5402pp是一個采納ti公司的tms320c5402為核心處理器的試驗開發(fā)板，它提供的tlc320ac01能很好的完成這一功能。1 iir的matlab設(shè)計盡管iir濾波器的算法比fir濾波器要復(fù)雜，且不是因果穩(wěn)定的，但iir濾波器也具有多種優(yōu)越性，它可充分利用模擬濾波器的

2、設(shè)計成績，工作量相對較小；在相同的設(shè)計指標(biāo)下，可以用較低的階數(shù)獲得較好的性能；所用的存儲單元少，因此對于硬件來說，在相同時鐘速率和存儲空間下可以提供更好的帶外衰減特性。設(shè)低通iir切比雪夫濾波器的采樣點為256個，采樣頻率為600hz，輸入為兩個頻率分離為100hz和300hz的正弦信號的合成信號。設(shè)定截止頻率為200hz，可以預(yù)料，將保留100hz的信號，300hz的信號基本被濾掉。按照系統(tǒng)的設(shè)計流程，先在matlab中求得iir濾波器的系數(shù)。主要分為三個步驟：產(chǎn)生本系統(tǒng)的測試信號；調(diào)用matlab中的濾波器函數(shù)，求出濾波器的系數(shù)；調(diào)用filter函數(shù)舉行濾波，輸出濾波后的信號。驗證濾波器的

3、性能后，將濾波器的系數(shù)通過程序?qū)懗?inc的文件，通過.include語句將其寫入dsp匯編程序中。2 c5402的緩沖串口（bsp）工作方式tms320c5402是ti公司生產(chǎn)的16位定點、速度為100、ram為1616位、rom為4k16位、可編程、低功耗和高性能的dsp。它提供的各種類型的串口都可以在全雙工方式下通信，其串口信號與許多符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行設(shè)備兼容，可以挺直銜接。當(dāng)串口復(fù)位時，可通過dsp來關(guān)閉或打開串口工作時鐘，并允許串口運行在低功耗模式下。緩沖串口在bsp在標(biāo)準(zhǔn)串口的基礎(chǔ)上增強一個自動緩沖單元abu，是一種增加型標(biāo)準(zhǔn)串口。允許8、10、12、16、20、24或32位的數(shù)據(jù)

4、傳輸。因為abu是一個附加規(guī)律，它允許串口單元挺直將數(shù)據(jù)讀寫到c5402的內(nèi)部自立存儲器，不需要cpu參加，從而使bsp傳輸速度更快。表1給出了bsp發(fā)送和接收數(shù)據(jù)初始化的操作步驟。表1 bsp的發(fā)送和接收初始化步驟3 ac01的特點tlc320ac01也是ti公司生產(chǎn)的一款集成有a/d和d/a的芯片，通過串口與dsp或其他設(shè)備通信。ac01的最高采樣頻率為25khz，其數(shù)據(jù)精度為16位，采納單一5v電源供電。c5402與ac01銜接后，可以只用法一個緩沖通道串口來同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和輸出，從而節(jié)約了dsp的硬件開銷。因此，dsp與ac01的銜接用法在信號處理中得到了廣泛的應(yīng)用。試驗系統(tǒng)des

5、5402pp用法ac01作為模擬信號接口，有兩個ac01，分離工作于“主”、“從”模式。利用“主ac01”產(chǎn)生合成的輸入信號，“從ac01”將該信號轉(zhuǎn)換成濾波的數(shù)據(jù)信號并輸入到dsp芯片。其中，dsp還可以通過讀寫ac01的寄存器，控制ac01的采樣頻率、增益、低通、高通濾波器的截止頻率等參數(shù)。ac01的九個控制寄存器如表2。表2 tlc320ac01的數(shù)據(jù)存儲器功能在ac01正常工作前，必需對它舉行正確的初始化。初始化的操作主要工作是配置ac01的以上各個數(shù)據(jù)存儲器。采樣頻率fs=mclk/2ab，其中，mclk為dsp的工作頻率，a，b分離為a，b寄存器的內(nèi)容。因為試驗設(shè)置采樣頻率為600

6、hz，因此設(shè)a，b寄存器的內(nèi)容分離為5和4。即：4 c5402和ac01的銜接方式41 c5402和ac01的硬件銜接在主/從模式下，dsp可以不通過其他器件而挺直與兩個ac01相連。其硬件銜接1所示：圖1 主/從tlc320ac01和tms320c5402的銜接42 c5402和ac01的軟件銜接先在c5402的數(shù)據(jù)存儲空間寫入256個數(shù)據(jù)（即三個正弦信號混合而成的測試信號的離散表示），然后通過緩沖串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到“主ac01”，利用“主ac01”的d/a通道產(chǎn)生一個模擬信號作為iir濾波器的輸入信號。因為試驗中des5402pp的信號輸出通道與輸入通道相連，即“主ac01”的輸出作為“從a

7、c01”的輸入，“從ac01”的dout端口與dsp芯片的dr端相連。另外，在串口通訊中，由于數(shù)據(jù)時鐘和幀同步信號都由ac01產(chǎn)生，所以c5402將用法外部時鐘和幀同步信號。在用法串口前，需要對它舉行初始化，包括串口收發(fā)中斷設(shè)置和串口寄存器的初始化，主要代碼如下：同時，要修改中斷向量表以便正確響應(yīng)串口的接收和發(fā)送中斷哀求，其中發(fā)送中斷產(chǎn)生測試信號和完成對ac01的初始化。事實上對信號濾波的實現(xiàn)，就是指從a/d讀到一個數(shù)據(jù)后調(diào)用濾波程序，然后輸出數(shù)據(jù)到d/a。5 試驗過程與結(jié)果分析試驗程序主要包括以下幾個步驟：（1），對dsp的寄存器、緩沖串口以及定時器初始化，確保能提供ac01正確的時鐘信號。

8、完成該步驟后，檢測dsp的clkr和fsr引腳可以看到延續(xù)輸出的信號。（2），同過dsp的緩沖串口對ac01舉行初始化，正確設(shè)置ac01的采樣率控制寄存器（表2中的r1），設(shè)置其采樣頻率。完成該步驟后，檢測ac01的dout引腳可以發(fā)覺有延續(xù)輸出的信號。（3），設(shè)置dsp的中斷，從緩沖串口讀取數(shù)據(jù)。這一步可以通過ccs環(huán)境查看讀取的數(shù)據(jù)是否正確。假如正確，將采樣數(shù)據(jù)送到濾波程序中，舉行濾波處理，得到結(jié)果后，挺直送到ac01的d/a單元輸出。否則，返回步驟（1）。濾波前后的波形2和圖3所示?？梢钥吹剑绕馂V波前的（a）圖，（b）圖的時域和頻域波形得到顯然充實，300hz的信號基本被濾除。（a）濾波前的信號波形 （b）濾波后的信號波形圖2 濾波前后信號的時域波形（a）濾波前的信號頻率 （b）濾波后的信號頻率圖3 濾波前后信號的頻域波形在圖2(b)中，可以看到，只剩下一種頻率的正弦信號。從頻域來看，在圖3（b）中，高頻部分已經(jīng)基本減弱，同時低頻也有少量損失，只要將濾波器的階數(shù)高一些或者截止頻率略微定低一些，便能更大程度的保留低頻信號、消退高頻信號。6 結(jié)語在信號與信息的過濾、檢測和預(yù)測等處理中，都要用法濾波器，數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中用法最廣泛的一種辦法。iir數(shù)字濾波器的設(shè)計過程中，可以借助模擬濾波器的設(shè)計成績或挺直采納典型的濾波器類型，削減工作量。而在信號的輸