DSPFIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

1、封面作者：PanHon glia ng僅供個(gè)人學(xué)習(xí)學(xué)校 logo基于DSP的FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1引言數(shù)字信號處理器（DSP）擁有強(qiáng)大的數(shù)字信號處理能力，與其配套的集成可視化開發(fā)環(huán)境CCS（Coder Composer Stu-diO更方便了DSP應(yīng)用程序的開發(fā)。DSP/BIOS是CCS的重要組成部 分，它實(shí)質(zhì)上是一種基于DSP平臺(tái)的規(guī)?？煽氐膶?shí)時(shí)操作系統(tǒng) 內(nèi)核。這里主要研究在DSP上利用DSP，BIOS實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字 濾波器的方法。2 TMS320F2812及DSP/BIOS內(nèi)核介紹TMS320F2812是基于TMS320C2XXX內(nèi)核的定點(diǎn)數(shù)字信號處理器，具有數(shù)字信號處理及強(qiáng)大的事件

2、管理和嵌入式控制功 能，適于有大批量數(shù)據(jù)處理的控制系統(tǒng)。其性能可用于數(shù)字濾 波器設(shè)計(jì)。TMS320F2812采用高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)，時(shí)鐘頻率 達(dá)150 MHz；低功耗（內(nèi)核電壓19 V，I/O口電壓33 V）； 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，片上集成許多片上外設(shè)，可實(shí)現(xiàn)更多功 能。開發(fā)環(huán)境是集成開發(fā)環(huán)境CCS,支持C/C+/匯編嵌入 式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DSP/BIOS，JTAG調(diào)試接口。DSP/BIOS內(nèi)核是一個(gè)尺寸可伸縮的實(shí)時(shí)內(nèi)核，它是為實(shí) 時(shí)信號處理應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，主要包括：（1）DSP/BIOS配置工 具。該工具可用來創(chuàng)建和配置在應(yīng)用程序中使用的DSP/BIOS內(nèi)核對象，也可使用該工具配置存儲(chǔ)器，線

3、程優(yōu)先權(quán)以及中斷 處理；( (2)DSP/BIOS實(shí)時(shí)分析工具。CCS中的分析丁具使用 戶可測試和分析目標(biāo)DSP上應(yīng)用程序的運(yùn)行，包括監(jiān)測CPU負(fù)荷、日志、線程執(zhí)行情況等；(3)DSPBIOS API函數(shù)。用戶 在PC端采用C、C+或匯編語言編寫調(diào)用DSP/BIOS API函 數(shù)的應(yīng)用程序；(4)器件支持庫。 提供許多宏和函數(shù)， 用來簡化 片上外設(shè)的配置和管理。3數(shù)字濾波器分析 數(shù)字濾波器根據(jù)沖激響應(yīng)持續(xù)時(shí)間可分為有限沖激響應(yīng)濾 波器(FIR)和無限沖激響應(yīng)濾波器(IIR)。其中FIR濾波器能夠 保證嚴(yán)格的線性相位特性，且不存在穩(wěn)定性問題。窗函數(shù)法和 頻率采樣法等是設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的常用方

4、法。窗函數(shù)法在 時(shí)域中進(jìn)行，其原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但存在在相同設(shè)計(jì)指標(biāo) 下濾波器的階數(shù)通常會(huì)偏大的問題。頻率采樣法對于只有少數(shù) 幾個(gè)非零值采樣的窄帶選頻濾波器較有效。這里分析如何在DSK2812板上利用CCS本身所帶的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一種通過窗函 數(shù)法實(shí)現(xiàn)的FIR濾波器。FIR濾波器的各項(xiàng)指標(biāo)可以通過現(xiàn)有 的表查找，其設(shè)計(jì)步驟如下：(1)給定所要求的理想頻率響應(yīng)函數(shù)Hd(ejw)；(2)對理想頻 率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行反傅里葉變換，則得到系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)為：hd(n)=IDFTFTHd(ejw)；(3)根據(jù)過渡帶及阻帶衰減最小的要 求查表，可選定窗3(n)的形狀及除數(shù)，N的大小，一般N的值 要做幾次試探才

5、能最終確定；(4)得到所設(shè)計(jì)的FIR濾波器的單 位抽樣響應(yīng)( (該響應(yīng)逼近理想) )：h(n)=hd(n)3(n),n=0,1，N-1;(5)求H(ejw)=DTFTh(n)，檢查是否滿足設(shè)計(jì)要求，若不 滿足，則需重新按照上述步驟設(shè)計(jì)。4數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)的低通FIR濾波器：通帶邊緣頻率3p=10 kHz，阻 帶邊緣頻率3s=22 kHz,阻帶衰減A2=75 dB,采樣頻率fs=50 kHz。 根據(jù)對濾波器的分析可求得系統(tǒng)的差分方程。所求得的h(n)在程序設(shè)計(jì)過程中可用一個(gè)數(shù)組存放。X(n)是A/D轉(zhuǎn)換器 采樣值。讓其逐項(xiàng)相加,再輸出即可。實(shí)現(xiàn)濾波器所采用的硬 件平臺(tái)為DSK2812,實(shí)現(xiàn)

6、流程如圖1所示。(1)啟動(dòng)CCS,新建一個(gè)丁程，命名為FILTER0(2)新建一個(gè)DSP/BIOS的配置文件,命名為Fiher.cmd,并將其加入該工程中。在配置文件中設(shè)置所用到 的硬件中斷,它對應(yīng)A/D采樣的硬件中斷0還需設(shè)置一個(gè)軟 件中斷,用來對A/D轉(zhuǎn)換模塊采集到的數(shù)據(jù)濾波0因?yàn)闉V波 器處理數(shù)據(jù)需一定時(shí)間,所以將其放到軟件中斷中,通過BIOS的任務(wù)調(diào)度實(shí)現(xiàn)對信號的濾波0(3)配置系統(tǒng)時(shí)鐘,系統(tǒng)有基于PLL的時(shí)鐘模塊,為器件及 各種外設(shè)提供時(shí)鐘信號0在X1/XCLKIN和X2兩個(gè)引腳間連 接一個(gè)30MHz的晶體振蕩器(可采用外部時(shí)鐘),將輸入的時(shí)鐘 信號直接接到X1/XCLKIN引腳,而X

7、2引腳懸空,這種情況 下,不使用內(nèi)部振蕩器0然后經(jīng)PLL倍頻后,為系統(tǒng)提供時(shí) 鐘。通過PLLCR寄存器的值可配置15150 MHz的時(shí)鐘。則TMS320F2812得到SYSCLKOUT，通過配置高速外設(shè)時(shí)鐘HISPCP和慢速外設(shè)時(shí)鐘LOSPCP控制外設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系 統(tǒng)的時(shí)鐘系統(tǒng)控制。這里設(shè)置系統(tǒng)的時(shí)鐘HSPCLK為150 MHz。(4)數(shù)字濾波器通過EVA1模塊設(shè)置采樣頻率。首先將該模 塊配置為連續(xù)增計(jì)數(shù)模式。當(dāng)周期寄存器和定時(shí)器的值相等 時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)外設(shè)中斷請求，選擇其啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換器，則在 中斷標(biāo)志位置位的同時(shí)將A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號送至A/D轉(zhuǎn)換 模塊。故只需配置定時(shí)器的周期值，便可改變A

8、D轉(zhuǎn)換器的 采樣頻率。濾波器的通用定時(shí)器采用內(nèi)部CPU時(shí)鐘(HSPCLK)作為時(shí)鐘源，而內(nèi)部時(shí)鐘源可通過時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)參數(shù)寄存器設(shè) 置。這里設(shè)置的內(nèi)部高速外設(shè)時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘。(5) A/D轉(zhuǎn)換模塊的配置。A/D轉(zhuǎn)換模塊的A/D轉(zhuǎn)換器 有16個(gè)通道，可配置為2個(gè)獨(dú)立的8通道模塊，分別服務(wù)于事 件管理器A和B。兩個(gè)獨(dú)立的8通道模塊也可級聯(lián)構(gòu)成一個(gè)16通道模塊。盡管在模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中有多個(gè)輸入通道和兩個(gè)排序 器，但僅有一個(gè)轉(zhuǎn)換器。 將其配置為兩個(gè)獨(dú)立8通道模塊， 讓EVA事件管理器A觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換器、信號從ADINAO引腳輸 入，從ADCRESULTO結(jié)果寄存器中讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。(6)處理采集到的數(shù)據(jù)，即是

9、對采集的信號進(jìn)行濾波。首先 根據(jù)信號通過濾波器設(shè)計(jì)過程進(jìn)行運(yùn)算，得到系統(tǒng)差分方程的 系數(shù)，用一個(gè)數(shù)組存放該系數(shù)，以方便計(jì)算。主程序的數(shù)據(jù)采 集即硬件中斷所要完成的工作。為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)濾波器的濾波效果，將其應(yīng)用于某電路實(shí)驗(yàn) 的實(shí)測信號濾波，濾波前后波形如圖2所示。由圖2可看出， 濾波效果較好。5結(jié)論所設(shè)計(jì)的濾波器濾波效果理想，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在DSP/BIOS多任務(wù)的調(diào)度下，不但可在濾波算法的基礎(chǔ)上添加新任 務(wù)，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)系統(tǒng)，而且還能較好地滿足需進(jìn)行濾波處理的 系統(tǒng)開發(fā)。本文來自：DZ3W.COM原文網(wǎng)址：版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整 理。版權(quán)為潘宏亮個(gè)人所有Th

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