50Hz數(shù)字陷波器的設(shè)計(jì)

1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 50Hz數(shù)字陷波器的設(shè)計(jì)學(xué) 生：孫全成學(xué) 號(hào)：04021030312專 業(yè)：通信工程班 級(jí)：2004.3指導(dǎo)教師：徐永俊 四川理工學(xué)院電子與信息工程系二OO八年六月- II -四川理工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文摘 要在分析了FIR數(shù)字濾波器主要特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,利用MATLAB設(shè)計(jì)了50Hz的FIR數(shù)字陷波濾波器，并給出了基于AT89S52的硬件實(shí)現(xiàn)方案和相應(yīng)的C51程序。通過軟件仿真，驗(yàn)證了濾波器的可行性和實(shí)時(shí)性。關(guān)鍵詞：陷波濾波器；MATLAB；單片機(jī)ABSTRACTBasing upon analyzing main characteristics of the

2、digital FIR filter and designing a 50Hz FIR digital notch filter by MATLAB is presented in this paper, as well as the hardware scheme and corresponding C51 program based on AT89S52.The filter's feasibility and real time disposal was confirmed through the software simulation.KEY WORDS: Notch Filt

3、er；MATLAB；MCU53目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 引 言11.1 數(shù)字濾波器簡介11.1.1 陷波濾波器的原理11.1.2 陷波濾波器類型的選取21.2 設(shè)計(jì)的總體思路和方法2第2章 數(shù)字濾波器的基本概念32.1數(shù)字濾波器模型32.1.1 數(shù)字濾波器的類型32.2系統(tǒng)的描述42.3系統(tǒng)的傳遞函數(shù)5第3章 數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)運(yùn)算單元63.1濾波器的基本結(jié)構(gòu)運(yùn)算單元63.2 線性相位FIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)63.2.1 線性相位的條件63.2.2 濾波器的線性相位特性63.2.3 線性相位特性FIR 濾波器的零、極點(diǎn)分布特性83.2.4 FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)9第4章 F

4、IR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)114.1 FIR的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法114.1.1 FIR濾波器的窗函數(shù)截取設(shè)計(jì)方法114.1.2 幾種常用的窗函數(shù)124.1.3 FIR濾波器的窗函數(shù)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)步驟134.2 利用MATLAB進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)154.2.1 FDATool工具箱簡介154.2.2 帶阻濾波器設(shè)計(jì)174.2.3 沖擊響應(yīng)h(n)的輸出20第5章 FIR濾波器在單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)215.1 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器簡介215.1.1 A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543簡介215.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器TLC5618簡介255.2 TLC2543和TLC5618與單片機(jī)的連接圖285.3 TLC2543和TLC561

5、8的C51程序295.4 FIR濾波器在AT89S52上的實(shí)現(xiàn)315.4.1 16位有符號(hào)乘法程序的設(shè)計(jì)315.4.2 FIR的C51程序32第5章 FIR濾波器的調(diào)試395.1 Emu51Form簡介和使用395.2 A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序的調(diào)試405.3 對(duì)16位有符號(hào)乘法程序的調(diào)試415.4 FIR濾波程序的編譯與調(diào)試42第6章 結(jié)束語43致 謝44參考文獻(xiàn)45附 錄47四川理工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文第1章 引 言1.1 數(shù)字濾波器簡介數(shù)字濾波器是一種用來過濾時(shí)間離散信號(hào)的數(shù)字系統(tǒng)，通過對(duì)抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理來達(dá)到頻域?yàn)V波的目的。可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，讓它滿足一定的要求，從而對(duì)通過該

6、系統(tǒng)的信號(hào)的某些特定的頻率成分進(jìn)行過濾，這就是濾波器的基本原理。如果系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)，則濾波器稱為模擬濾波器。如果系統(tǒng)是一個(gè)離散系統(tǒng)，則濾波器稱為數(shù)字濾波器。由于計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步，依靠傳統(tǒng)的模擬電路來實(shí)現(xiàn)的電子系統(tǒng)已不適應(yīng)?，F(xiàn)在都在開始采用數(shù)字化技術(shù)，傳統(tǒng)的模擬濾波器，正在被數(shù)字濾波器所代替，數(shù)字濾波器的輸入是個(gè)數(shù)字序列，輸出是另一個(gè)數(shù)字序列。從本質(zhì)上說它只是一個(gè)序列的運(yùn)算加工過程。但另方面因?yàn)樗且粋€(gè)離散系統(tǒng)，而一個(gè)離散系統(tǒng)具有一定的頻率響應(yīng)特性，適當(dāng)?shù)乜刂齐x散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使其頻率特性滿足一定的要求，就可以起到和模擬濾波器同樣的作用。但數(shù)字濾波器卻具有精度高，可靠性強(qiáng)，靈活性大

7、，適應(yīng)范圍廣(在甚低頻范圍)，快速等優(yōu)點(diǎn)。而且可以分時(shí)復(fù)用，同時(shí)處理若干不同信號(hào)，因此已得到越來越廣泛的應(yīng)用。在心電信號(hào)分析系統(tǒng)中, 影響心電自動(dòng)分析結(jié)果可靠性的因素很多。其中一個(gè)重要原因就是心電信號(hào)中存在各種干擾, 如隨機(jī)噪聲、基線漂移、肌電干擾以及50 Hz 工頻干擾。由于這些干擾的存在, 往往對(duì)心電各波段的識(shí)別造成影響,從而影響自動(dòng)診斷結(jié)果。在心電信號(hào)的記錄過程中, 由于內(nèi)外環(huán)境因素的影響, 50 Hz工頻干擾是經(jīng)常存在的。通常可采用點(diǎn)阻濾波、分段濾波等手段來抑制50 Hz干擾信號(hào)。但由于50 Hz 干擾信號(hào)落在心電信號(hào)的有效頻帶內(nèi), 以上方法往往對(duì)心電的有效成份造成一定影響。本設(shè)計(jì)介紹

8、一種性能卓越又容易設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的50Hz陷波濾波器，這種方法對(duì)50 Hz 干擾信號(hào)消除徹底, 而對(duì)心電信號(hào)的有效成份影響很小。1.1.1 陷波濾波器的原理當(dāng)帶阻濾波器的阻帶很窄時(shí),又稱為陷波濾波器。陷波濾波器的設(shè)計(jì)是以模擬濾波器為原型,通過一定變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器。陷波濾波器的設(shè)計(jì)有兩種:一是先利用模擬頻域帶阻變換法,再利用數(shù)字化法設(shè)計(jì)數(shù)字帶阻型濾波器。方法二是直接從模擬低通原型濾波器通過s 平面變換成數(shù)字帶阻濾波器的z平面。模擬低通到模擬帶阻的變換關(guān)系為: (1-1)方法三是利用MATLAB的強(qiáng)大運(yùn)算功能，基于MATLAB信號(hào)處理工具箱（Signal Processing Toolbox）的數(shù)

9、字濾波器設(shè)計(jì)法7可以快速有效的設(shè)計(jì)由軟件組成的常規(guī)數(shù)字濾波器，設(shè)計(jì)方便、快捷，極大的減輕了工作量。在設(shè)計(jì)過程中可以對(duì)比濾波器特性，隨時(shí)更改參數(shù)，以達(dá)到濾波器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。這里利用方法三進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1.1.2 陷波濾波器類型的選取根據(jù)濾波器單位沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性可分為兩類3：無限 沖激響應(yīng)（IIR）濾波器和有限沖激響應(yīng)（FIR）濾波器。與IIR濾波器相比，F(xiàn)IR的實(shí)現(xiàn)是非遞歸的，總是穩(wěn)定的；更重要的是，F(xiàn)IR濾波器在滿足幅頻響應(yīng)要求的同時(shí)，可以獲得嚴(yán)格的線性相位特性。再者，CPU的字長是有限的，在數(shù)據(jù)的處理中總會(huì)有計(jì)算的誤差，F(xiàn)IR濾波器是非遞歸的，它不會(huì)把誤差累積起來。因此，它在高保真的信

10、號(hào)處理，如數(shù)字音頻、圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。所以本設(shè)計(jì)選擇FIR型濾波器來設(shè)計(jì)。1.2 設(shè)計(jì)的總體思路和方法本設(shè)計(jì)先用MATLAB設(shè)計(jì)出符合要求的濾波器，再根據(jù)FIR波器的的循環(huán)卷積方程： (1-2)選擇ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)，在KEILC上進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)如圖1-1：濾波輸出CPUAT89S52(notch filter)A/D轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)圖1-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)四川理工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文第2章 數(shù)字濾波器的基本概念2.1數(shù)字濾波器模型這里所講的數(shù)字濾波器都是一個(gè)離散的LTI系統(tǒng)，離散LTI系統(tǒng)模型如圖2-1：H(E)y(n

11、)=H(E)x(n)x(n)圖2-1 離散LTI系統(tǒng)模型x(n)、 y(n)分別是系統(tǒng)的輸入輸出序列，H(E)是系統(tǒng)本身的特性（轉(zhuǎn)移算子）。系統(tǒng)對(duì)于輸入的離散序列x(n) 總有對(duì)應(yīng)的輸出y(n）。x(n)是離散的信號(hào)，每個(gè)x(i)可能有不同的幅值，有了前后不同幅值的變化，就可以引出離散信號(hào)的頻率這一性質(zhì)。數(shù)字濾波器就是對(duì)不同頻率的數(shù)字信號(hào)從頻域進(jìn)行信號(hào)分離的時(shí)序電路或器件或一段程序，H(E)可由一段程序來或一個(gè)電路完成。2.1.1 數(shù)字濾波器的類型數(shù)字濾波器按功能分為低通、高通、帶通、帶阻、全通濾波器3。離散信號(hào)的傅氏變換公式為： (2-1)由序列傅氏變換公式可知，離散信號(hào)的傅氏變換是的函數(shù)，

12、周期為2。只需研究，不需要在整個(gè)軸上分析其信號(hào) 。所以，數(shù)字濾波器的通帶分布如圖2-2：圖2-2 數(shù)字濾波器的通帶分布2.2系統(tǒng)的描述模擬系統(tǒng)通常用微分方程來描述，離散系統(tǒng)則用差分方程來描述。差分方程可分為非遞歸型和遞歸型兩大類3：非遞歸型：輸出對(duì)輸入無反饋，輸出值僅僅取決于輸入值。 (2-2) 若系統(tǒng)是線性、非移變、因果的，則有 (2-3)若又有i>N時(shí)， ，則 （2-4）遞歸型：輸出對(duì)輸入有反饋，輸出取決于輸入和反饋 (2-5) 若系統(tǒng)是線性、非移變、因果的，則有 (2-6) FIR系統(tǒng)，他的脈沖響應(yīng)是有限的周期。在FIR系統(tǒng)中，所有的項(xiàng)等于零。因此，F(xiàn)IR系統(tǒng)的輸出可由下列方程式表

13、示： (2-7) 實(shí)際上，系數(shù)系統(tǒng)的單位沖擊函數(shù)h(n)。2.3系統(tǒng)的傳遞函數(shù)對(duì)FIR數(shù)字濾波器的差分方程的一般形式 (2-8)FIR數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)： (2-9)令，則傳遞函數(shù)還可表示為： (2-10) (2-11)式中，稱為幅度特性，稱為相位特性。這里的不同于,為w的實(shí)函數(shù)，可能取負(fù)值，而總為正值。四川理工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文第3章 數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)運(yùn)算單元3.1濾波器的基本結(jié)構(gòu)運(yùn)算單元·基本結(jié)構(gòu) 運(yùn)算單元： ·加法器： y (n)=x1(n)+x2(n) ，x1(n)x2(n)x1(n)+ x2(n)·延遲單元： y (n)=x(n-1) ，z-

14、1x(n)x(n-1)·乘法器： y (n)=a x (n) ， ax(n)ax(n)3.2 線性相位FIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)3.2.1 線性相位的條件線性相位FIR濾波器是指其相位函數(shù)滿足線性方程3: (是常數(shù)) (3-1) 如果滿足下式： 是起始相位 (3-2)嚴(yán)格地說，此時(shí)不具線性相位，但以上兩種情況都滿足群時(shí)延是一個(gè)常數(shù)，即： (3-3)也稱這種情況為統(tǒng)一線性相位。一般稱滿足(3-1)式是第一類線性相位，滿足(3-2)式的為第二類線性相位。3.2.2 濾波器的線性相位特性 系統(tǒng)的時(shí)延特性：描述濾波器的相位特性有兩個(gè)參數(shù)：1）濾波器的相位延時(shí)： (3-4)2）濾波器的群延時(shí)： (

15、3-5)如果濾波器的相位延時(shí)和群延時(shí)是不隨變化的常量，則該濾波系統(tǒng)稱為恒延時(shí)系統(tǒng)。 線性相位的充要條件為：hk=±hN-k (3-6) 設(shè)FIR濾波器的沖擊響應(yīng)為一對(duì)稱序列：，N為奇數(shù)，對(duì)稱中心點(diǎn)是。則有： (3-7) (3-8)對(duì)頻率響應(yīng)特性： (3-9) (3-10) 即線性相位特性。系統(tǒng)相延時(shí)和群延時(shí)等于，為一常量?？梢宰C明，在其他幾種對(duì)稱情況下(沖擊響應(yīng)h(n)為偶、奇對(duì)稱，無論N為偶數(shù)或奇數(shù))，F(xiàn)IR濾波器相位特性也都滿足線性相位特性。N為偶數(shù)，偶對(duì)稱 N為偶數(shù)，奇對(duì)稱 N為奇數(shù)，偶對(duì)稱 N為奇數(shù)，奇對(duì)稱 偶對(duì)稱 相延時(shí)和群延時(shí)都為常量奇對(duì)稱 群延時(shí)為常量所以，只要使FIR

16、濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)為對(duì)稱序列，就可以取得線性相位特性。群延時(shí)為。 (3-11)3.2.3 線性相位特性FIR 濾波器的零、極點(diǎn)分布特性FIR 數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)只在 Z=0 處有N-1 階極點(diǎn)。在Z平面有 N-1 個(gè)零點(diǎn)，如系統(tǒng)具有線性相位特性，則系統(tǒng)零點(diǎn)有一些規(guī)律。FIR數(shù)字濾波器的線性相位特性，則系統(tǒng)沖擊響應(yīng)序列滿足4：。 (3-12)，設(shè) (3-13) (3-14)若是系統(tǒng)的一個(gè)零點(diǎn)，則也是系統(tǒng)的一個(gè)零點(diǎn)。因?yàn)闆_積響應(yīng)序列h(n)為實(shí)數(shù)序列，方程H(z)=0的根為共軛對(duì)稱，所以也是系統(tǒng)零點(diǎn)。具有線性相位特性的FIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)零點(diǎn)具有對(duì)稱和共軛對(duì)稱特性(互為倒數(shù)的共軛對(duì))

17、。FIR系統(tǒng)的零點(diǎn)分布：一般情況下零點(diǎn)對(duì)稱和共軛對(duì)稱特性有相應(yīng)的4個(gè)零點(diǎn)。 當(dāng)零點(diǎn)在單位圓上，有兩個(gè)對(duì)稱點(diǎn)在單位圓上。 當(dāng)零點(diǎn)在實(shí)軸上，有兩個(gè)對(duì)稱點(diǎn)在實(shí)軸上。 當(dāng)零點(diǎn)，對(duì)稱點(diǎn)是它自己。單個(gè)零點(diǎn)。圖3-1 FIR系統(tǒng)的零點(diǎn)分布 四種不同類型的線性相位系統(tǒng)在zk=±1的零點(diǎn)：(1) I 型FIR濾波器(N為偶)：在=1和= -1無零點(diǎn)或者有偶數(shù)個(gè)零點(diǎn)。(2) II 型FIR濾波器(N為奇)：在= -1有奇數(shù)個(gè)零點(diǎn)，在=1無零點(diǎn)或者有偶數(shù)個(gè)零點(diǎn)。(3) III 型FIR濾波器(N為偶)： 在=1和= -1有奇數(shù)個(gè)零點(diǎn)。(4) IV 型FIR濾波器(N為奇)：在=1有奇數(shù)個(gè)零點(diǎn)，在=-1無零

18、點(diǎn)或者有偶數(shù)個(gè)零點(diǎn)。 3.2.4 FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) FIR數(shù)字濾波器的直接型結(jié)構(gòu)3N階FIR 數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為: (3-15)其直接型結(jié)構(gòu)如圖3-2，具有N+1個(gè)乘法器，N個(gè)延遲器，N個(gè)加法器：x(n)1-z1-z1-z0b1b2b1-NbNby(n)圖3-2 N階FIR濾波器的直接型結(jié)構(gòu) 線性相位FIR結(jié)構(gòu)3利用hk的對(duì)稱特性： hk = ±hN-k 當(dāng)N為奇數(shù)是，系統(tǒng)函數(shù)化為： (3-16) 其結(jié)構(gòu)如圖3-3，相同系數(shù)的濾波器，只需(M+1)/2個(gè)乘法器。圖3-3 線性相位FIR濾波器結(jié)構(gòu),N為奇數(shù)1-z1-z1-z1±1±1±1&#

19、177;1-z1-z1-zy(k)h0h1h2hN/2-1xkhN/2當(dāng)N為偶數(shù)時(shí),濾波器結(jié)構(gòu)如圖3-4，相同系數(shù)的濾波器，也只需N/2+1個(gè)乘法器。圖3-4線性相位FIR濾波器結(jié)構(gòu),N為偶數(shù) FIR數(shù)字濾波器的級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)3將H(z)分解為若干個(gè)實(shí)系數(shù)一階二階因子相乘如下式所示: (3-17)此時(shí)濾波器的結(jié)構(gòu)如圖3-5。此結(jié)構(gòu)中，有2L=N個(gè)延遲器，2L+1=N+1個(gè)乘法器，2L=N個(gè)加法器。它的特點(diǎn)是：可以分別控制每個(gè)子系統(tǒng)的零點(diǎn)。圖3-5 FIR濾波器的級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)四川理工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文第4章 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)4.1 FIR的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法FIR的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要有三種6。 以

20、窗函數(shù)為基礎(chǔ)的窗函數(shù)截取法：以傳統(tǒng)的窗函數(shù)為基礎(chǔ)，利用已有的窗函數(shù)特性曲線和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行FIR濾波器的設(shè)計(jì)。具有設(shè)計(jì)簡單，工程實(shí)用價(jià)值高的優(yōu)點(diǎn)。是本課程主要介紹的方法。 局部優(yōu)化設(shè)計(jì)法：(等波紋逼近法)以理想濾波器特性為基礎(chǔ)，設(shè)定一、二個(gè)過渡帶逼近點(diǎn)，然后對(duì)FIR濾波器差分方程系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算得H(z)。由于需要部分優(yōu)化計(jì)算，所以計(jì)算量較大。局部優(yōu)化設(shè)計(jì)法主要是針對(duì)過渡帶進(jìn)行優(yōu)化，而通帶波動(dòng)，阻帶特性等不一定很好。 最優(yōu)化設(shè)計(jì)法：(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))在某種最小化誤差準(zhǔn)則下，建立差分方程系數(shù)對(duì)理想特性的逼近方程，使用迭代方法解方程組得到最佳逼近系統(tǒng)。由于此方法計(jì)算量大，需要借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這

21、里介紹窗函數(shù)截取法，它是設(shè)計(jì)FIR濾波器的主要要方法。4.1.1 FIR濾波器的窗函數(shù)截取設(shè)計(jì)方法窗函數(shù)截取法以傳統(tǒng)的窗函數(shù)為基礎(chǔ)，利用已有的窗函數(shù)特性曲線和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行FIR濾波器的設(shè)計(jì)。具有設(shè)計(jì)簡單，工程實(shí)用價(jià)值高的優(yōu)點(diǎn)1。 理想濾波特性的傅立葉級(jí)數(shù)逼近：理想數(shù)字低通濾波器的頻率特性為： 是以為周期的函數(shù)。其傅立葉級(jí)數(shù)展開式： (4-2)其中 (4-3)理想濾波器系統(tǒng)是一個(gè)具有無限沖擊響應(yīng)的非因果系統(tǒng)。 理想濾波器沖擊序列的加窗處理6為了獲得FIR形式的濾波函數(shù)，需要把理想濾波器沖擊響應(yīng)序列 進(jìn)行截?cái)?，以得到有限長度的因果序列h(n)?？梢宰C明函數(shù)的傅立葉級(jí)數(shù)展開是一種最佳逼近。即在相同的

22、階數(shù)N中，展開式是理想濾波器特性的誤差最小的多項(xiàng)式。并且，隨著N的增大，逼近誤差逐步減少。實(shí)際濾波器是穩(wěn)定因果系統(tǒng)，所以得到： (4-4)誤差隨N的增加，單調(diào)減少。直接截?cái)酁椋?假設(shè)N為奇數(shù)。 (4-5)截?cái)嗪蟮膆(n)作為FIR濾波器的沖擊響應(yīng)(也是差分方程系數(shù)),與理想濾波器的差別主要有：存在誤差、非因果特性、如何保證線性相位特性(恒時(shí)延特性)。4.1.2 幾種常用的窗函數(shù)在濾波器的設(shè)計(jì)用到的窗函數(shù)主要有：矩形窗、哈明（Hamming）窗(改進(jìn)的升余弦窗)、布拉克曼(Blackman)窗和凱塞（Kaiser）窗。本設(shè)計(jì)選用的是Kaiser窗,這里對(duì)Kaiser窗作個(gè)簡要介紹，其它窗就不作介

23、紹3。Kaiser窗的函數(shù)為：，其余。 (4-6)式中為主瓣寬度參數(shù)，由下式計(jì)算： (4-7)可以控制窗的形狀。一般加大，主辨加寬，旁辨幅度減小，典型取值為49。為零階第一類貝塞爾函數(shù)，可用下面級(jí)數(shù)計(jì)算： (4-8)當(dāng)N=64、=7.0時(shí)，Kaiser窗的幅度特性如下：圖4-1 Kaiser窗和其幅度特性 4.1.3 FIR濾波器的窗函數(shù)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)步驟(1) 給出要求數(shù)字濾波器逼近的理想頻率響應(yīng)特性 為了滿足線性相位要求，一般可選定為實(shí)偶函數(shù)。所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器可以是任何類型的濾波器（包括復(fù)雜特性濾波器）。一般是一可積表達(dá)式，（或可分段積分的多個(gè)表達(dá)式）。甚至可以是特性曲線的多個(gè)樣本點(diǎn): ，。

24、 (4-9)(2) 選定濾波器的截?cái)啻昂瘮?shù)根據(jù)給定的幅度頻率特性的阻帶衰耗設(shè)計(jì)指標(biāo)選取截?cái)啻昂瘮?shù)。一般是給定。對(duì)于有特殊濾波特性要求的情況，可以選擇那些比較復(fù)雜的窗函數(shù)。如凱塞窗可以通過參數(shù)來改變特性。(3) 選定濾波器的階數(shù)N： 階數(shù)N主要考慮幅度頻率特性的過渡帶寬或系統(tǒng)的時(shí)間延遲。過渡帶寬（值與選定的窗函數(shù)有關(guān)，見窗函數(shù)特性表）。即: 。時(shí)間延遲。(4) 計(jì)算理想濾波器的沖擊響應(yīng)序列 (4-10)因?yàn)樾蛄惺桥紝?duì)稱的，所以數(shù)據(jù)只需要計(jì)算一半。另外一半對(duì)稱擴(kuò)展得到。 （N為奇數(shù)） （N為偶數(shù)）對(duì)于M個(gè)樣本點(diǎn)積分計(jì)算為： (4-12)(5) 為了得到FIR濾波器具有因果特性，將序列進(jìn)行時(shí)間平移N

25、為奇數(shù)： 其中：N為偶數(shù)： 其中： (4-13)可見當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，而。 (4-13)(6) 窗函數(shù)修正根據(jù)選定的窗函數(shù) ,計(jì)算：， 窗函數(shù)： (4-14)因?yàn)闆_擊序列是對(duì)稱序列，所以相位特性是線性的。(7) 給出實(shí)現(xiàn)流程圖根據(jù)FIR濾波器的差分方程系數(shù)與沖擊響應(yīng)序列的關(guān)系，可得系數(shù)。 ， (4-15)當(dāng)FIR濾波器的階數(shù)很高，或輸入信號(hào)序列很長時(shí)可以考慮用FFT方法實(shí)現(xiàn)。，或分段卷積方法。4.2 利用MATLAB進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)MATLAB具有強(qiáng)大的功能，利用MATLAB信號(hào)處理工具箱（Signal Processing Toolbox）進(jìn)行數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)可以快速有效地設(shè)計(jì)出各種常規(guī)數(shù)字濾波

26、器，使用這種方法方便、快捷，極大的減輕了工作量。在設(shè)計(jì)過程中可以對(duì)比濾波器的特性，隨時(shí)更改參數(shù)，以達(dá)到濾波器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化7。 4.2.1 FDATool工具箱簡介FDATool（Filter Design & Analysis Tool）是MATLAB信號(hào)處理工具箱里專用的濾波器設(shè)計(jì)分析工具，MATLAB6.0以上的版本還專門增加了濾波器設(shè)計(jì)工具箱（Filter Design Toolbox）。FDATool可以設(shè)計(jì)幾乎所有的基本的常規(guī)濾波器，包括FIR和IIR的各種設(shè)計(jì)方法。它操作簡單，在設(shè)計(jì)過程中，可以對(duì)比濾波器幅頻相頻特性和設(shè)計(jì)要求，隨時(shí)調(diào)整參數(shù)和濾波器類型，以便得到最佳效果，方

27、便靈活7。FDATool界面總共分兩大部分，一部分是Design Filter，在界面的下半部，用來設(shè)置濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)，另一部分則是特性區(qū)，在界面的上半部分，用來顯示濾波器的各種特性。在MATLAB的命令窗口鍵入：fdatool命令就可以打開工具箱，彈出FDATool界面如圖4-2。圖4-2 FDATool界面Design Filter部分主要分為：(1)：Filter Type(濾波器類型)選項(xiàng)，包括Lowpass(低通)、Highpass(高通)、Bandpass(帶通)、Bandstop(帶阻)和特殊的FIR濾波器。(2)：Design Method(設(shè)計(jì)方法)選項(xiàng)，包括IIR濾波器的

28、Butterworth(巴特沃思)法、Chebyshev Type I(切比雪夫I型)法、 Chebyshev Type II(切比雪夫II型)法、Elliptic(橢圓濾波器)法和FIR濾波器的Equiripple法、Least-Squares(最小乘方)法、Window(窗函數(shù))法。(3)：Filter Order(濾波器階數(shù))選項(xiàng)，定義濾波器的階數(shù)，包括Specify Order（指定階數(shù)）和Minimum Order(最小階數(shù))。在Specify Order中填入所要設(shè)計(jì)的濾波器的階數(shù)(N階濾波器，Specify OrderN-1)，如果選擇Minimum Order則MATLAB根據(jù)

29、所選擇的濾波器類型自動(dòng)使用最小階數(shù)。(4)：Frenquency Specifications選項(xiàng)，可以詳細(xì)定義頻帶的各參數(shù)，包括采樣頻率Fs和頻帶的截止頻率。它的具體選項(xiàng)由Filter Type選項(xiàng)和Design Method選項(xiàng)決定，例如Bandpass(帶通)濾波器需要定義Fstop1(下阻帶截止頻率)、Fpass1(通帶下限截止頻率)、Fpass2(通帶上限截止頻率)、Fstop2(上阻帶截止頻率)，而Lowpass(低通)濾波器只需要定義Fstop1、Fpass1。采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，由于過渡帶是由窗函數(shù)的類型和階數(shù)所決定的，所以只需要定義通帶截止頻率，而不必定義阻帶參數(shù)。(5)

30、：Magnitude Specifications選項(xiàng)，可以定義幅值衰減的情況。例如設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，可以定義Wstop1(頻率Fstop1處的幅值衰減)、Wpass(通帶范圍內(nèi)的幅值衰減)、Wstop2(頻率Fstop2處的幅值衰減)。當(dāng)采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，通帶截止頻率處的幅值衰減固定為6db，所以不必定義。(6)：Window Specifications選項(xiàng)，當(dāng)選取采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，該選項(xiàng)可定義，它包含了各種窗函數(shù)。4.2.2 帶阻濾波器設(shè)計(jì)陷波濾波器是一種特殊的帶阻濾波器，當(dāng)帶阻濾波器的阻帶很窄時(shí)就成了陷波濾波器。因此 Filter Type 選項(xiàng)中選擇 Bandstop。設(shè)計(jì)時(shí)先設(shè)計(jì)出

31、理想的陷波器，再通多次過調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)來降低濾波器的階數(shù)以減少處理難度。這樣可以得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)。通過多次調(diào)整后，可得出：FIR濾波器的窗函數(shù)選Kaiser窗，其beta=4.7，濾波器階數(shù)為64階，采樣頻率Fs=100Hz,阻帶下限頻率Fc1=45Hz,阻帶是限頻率Fc2=55Hz時(shí)為最優(yōu)的，陷波器的特性非常好。在FDATool上的參數(shù)設(shè)置如圖4-3所示。圖4-3 陷波器的各參數(shù)設(shè)置設(shè)置完以后點(diǎn)擊窗口下方的Design Filter，在窗口上方就會(huì)看到所設(shè)計(jì)濾波器的幅頻響應(yīng)，如圖4-4。將設(shè)計(jì)好的濾波器保存為Notch50.fda。圖4-4 陷波器的幅頻響應(yīng)由濾波器的幅頻響應(yīng)圖可知，3dB陷波帶

32、寬W=56.18 - 43.81 = 12.37Hz，50Hz的陷波點(diǎn)衰減為90.33dB。完全滿足設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用的要求，也容易在MCU上實(shí)現(xiàn)。通過菜單選項(xiàng)Analysis還可以看到濾波器的相頻響應(yīng)、組延遲、脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)、零極 點(diǎn)配置等。濾波器的相位響應(yīng)如圖4-5。圖4-5 濾波器的相位響應(yīng)由圖可知，濾波器的為第一類線性相位濾波器。相位函數(shù)為：。在濾波器的理論分析中就指出：具有線性相位特性的FIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)零點(diǎn)具有對(duì)稱和共軛對(duì)稱特性。通過菜單選項(xiàng)Analysis看濾波器的零極點(diǎn)分布，與理論分析相同。如其零極點(diǎn)分布圖4-6。圖4-6 濾波器零極點(diǎn)分布再看系統(tǒng)的單位沖擊響應(yīng)，如圖4

33、-7。由圖有：h(n)=h(N-1-n)。因?yàn)闉V波器的階數(shù)為64階，所以N=65，為奇數(shù)。所以濾波器的單位沖擊響應(yīng)為偶對(duì)稱的。圖4-7 濾波器的單位沖擊響應(yīng) 4.2.3 沖擊響應(yīng)h(n)的輸出選擇targets項(xiàng)中的gnerate C header file,選擇以16位定點(diǎn)數(shù)方式輸出，并保存為hn.h。const int BL = 65;const int16_T B65 = 30, 0, -60, 0, 94, 0, -123, 0, 131, 0, -96, 0, 0, 0, 176, 0, -441, 0, 795, 0, -1222, 0, 1695, 0, -2173, 0, 26

34、13, 0, -2967, 0, 3197, 0, 29491, 0, 3197, 0, -2967, 0, 2613, 0, -2173, 0, 1695, 0, -1222, 0, 795, 0, -441, 0, 176, 0, 0, 0, -96, 0, 131, 0, -123, 0, 94, 0, -60, 0, 30;上面的輸出的濾波器系數(shù)，有Bn=B_TBBL-1-n,即hn=hN-1-n。第5章 FIR濾波器在單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80

35、C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32條I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為

36、止。5.1 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器簡介系統(tǒng)的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器為TI公司的TLC2543、TLC5618，它們是12位串行轉(zhuǎn)換器件，能節(jié)省單片機(jī)的I/O口，并且具有較高的轉(zhuǎn)換速率，滿足設(shè)計(jì)要求。5.1.1 A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543簡介TLC2543是TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機(jī)I/O資源；且價(jià)格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用9。 TLC2543的特點(diǎn)：（1）12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器；（6）線性誤差±1LSBmax；（2）在工作溫度范圍內(nèi)10s轉(zhuǎn)換時(shí)間；（7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出E

37、OC；（3）11個(gè)模擬輸入通道；（8）具有單、雙極性輸出；（4）3路內(nèi)置自測(cè)試方式；（9）可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；（5）采樣率為66kbps；（10）可編程輸出數(shù)據(jù)長度。 TLC2543的引腳排列及說明：TLC2543有兩種封裝形式：DB、DW或N封裝以及FN封裝，這兩種封裝的引腳排列如圖5-1。圖5-1 TLC引腳說明TLC2543的引腳功能，如表5-1表5-1 TLC2543的引腳功能引腳號(hào)名稱I/O說明191112AIN0AIN10I模擬量輸入端。11路輸入信號(hào)由內(nèi)部多路器選通。對(duì)于4.1MHz的I/OCLOCK，驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于50，而且用60pF電容來限制模擬輸入電壓的斜

38、率15I在 端由高變低時(shí)，內(nèi)部計(jì)數(shù)器復(fù)位。由低變高時(shí)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)禁止DATAINPUT和I/O、CLOCK17DATAINPUTI串行數(shù)據(jù)輸入端。由4位的串行地址輸入來選擇模擬量輸入通道16DATA OUTOA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端。 為高時(shí)處于高阻抗?fàn)顟B(tài) 為低時(shí)處于激活狀態(tài)19EOCO轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸為止10GND地。GND是內(nèi)部電路的地回路端。除另有說明外，所有電壓測(cè)量都相對(duì)GND而言18I/O CLOCKI輸入/輸出時(shí)鐘端。I/OCLOCK接收串行輸入信號(hào)并完成以下四個(gè)功能：（1）在I/O CL

39、OCK的前8個(gè)上升沿，8位輸入數(shù)據(jù)存入輸入數(shù)據(jù)寄存器。（2）在I/OCLOCK的第4個(gè)下降沿，被選通的模擬輸入電壓開始向電容器充電，直到I/OCLOCK的最后一個(gè)下降沿為止。（3）將前一次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的其余11位輸出到DATA OUT端，在I/OCLOCK的下降沿時(shí)數(shù)據(jù)開始變化。（4）I/OCLOCK的最后一個(gè)下降沿，將轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)傳送到內(nèi)部狀態(tài)控制位14REF+I正基準(zhǔn)電壓端。基準(zhǔn)電壓的正端（通常為Vcc）被加到REF+，最大的輸入電壓范圍由加于本端與REF-端的電壓差決定13REF-I負(fù)基準(zhǔn)電壓端。基準(zhǔn)電壓的低端（通常為地）被加到REF-20Vcc電源 TLC2543接口時(shí)序：可以用四種傳輸

40、方法使TLC2543得到全12位分辯率，每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞可以使用12或16個(gè)時(shí)鐘周期。一個(gè)片選（）脈沖要插到每次轉(zhuǎn)換的開始處，或是在轉(zhuǎn)換時(shí)序的開始處變化一次后保持為低，直到時(shí)序結(jié)束。    圖5-2顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用16個(gè)時(shí)鐘周期和在每次傳遞周期之間插入的時(shí)序。其它方式的時(shí)序這里不再說明。 圖5-2 時(shí)鐘傳送時(shí)序圖（使用，MSB在前） TLC2543通道的選擇：TLC2543有11個(gè)模擬通道，要選擇哪個(gè)通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換可能通過編程來控制，通道的選擇命令字表5-2。表5-2 模擬通道的選擇ANLOG INPUT SELECTEDVALUE SHIFTED

41、INTO DATA INPUTBINARYHEXAIN000000x00AIN100010x01AIN910010x09AIN1010100x0a TLC2543輸入輸出關(guān)系：TLC2543的模擬輸入量與轉(zhuǎn)換后的數(shù)字輸出量之間的關(guān)系如圖5-3。圖5-3 TLC2543輸入輸出關(guān)系 TLC2543的編程要點(diǎn)(控制字的格式)：控制字為從DATA INPUT 端串行輸入TLC2543芯片內(nèi)部的8位數(shù)據(jù),它告訴TLC2543 要轉(zhuǎn)換的模擬量通道、轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)長度、輸出數(shù)據(jù)的格式。其中高4 位( D7 D4) 決定通道號(hào),對(duì)于0 通道至10 通道,該4位分別為0000、0001、1010 ,該4位為

42、其它數(shù)字時(shí)的功能,用于檢測(cè)校正,本文不作具體介紹。低4位決定輸出數(shù)據(jù)長度及格式, 其中D3、D2 決定輸出數(shù)據(jù)長度, TLC2543 的輸出數(shù)據(jù)長度有8位、12位、16位,但由于TLC2543 為12位A/D轉(zhuǎn)換芯片,經(jīng)過分析可以看出,8位、16位輸出對(duì)TLC2543的應(yīng)用意義不大, 宜定在12位輸出, D3、D2兩位為00即可。D1決定輸出數(shù)據(jù)是高位先送出,還是低位先送出,若為高位先送出,該位為0 ,反之為1。D0決定輸出數(shù)據(jù)是單極性(二進(jìn)制) 還是雙極性(2 的補(bǔ)碼) ,若為單極性,該位為0 ,反之為1。舉例說明:設(shè)采集第6 通道、輸出數(shù)據(jù)為12 位、高位先送出、輸出數(shù)據(jù)的格式為二進(jìn)制,則

43、控制字為:0110 0000 ,用十六進(jìn)制表示即為60 H,本文基于此格式說明轉(zhuǎn)換過程。5.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器TLC5618簡介TLC5618是美國TexasInstruments公司生產(chǎn)的帶有緩沖基準(zhǔn)輸入的可編程雙路12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。DAC輸出電壓范圍為基準(zhǔn)電壓的兩倍，且其輸出是單調(diào)變化的。該器件使用簡單，用5V單電源工作，并包含上電復(fù)位功能以確保可重復(fù)啟動(dòng)。通過CMOS兼容的3線串行總線可對(duì)TLC5618實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。器件接收用于編程的16位字產(chǎn)生模擬輸出。數(shù)字輸入端的特點(diǎn)是帶有斯密特觸發(fā)器，因而具有高的噪聲抑制能力9。 TLC5618的特點(diǎn)：（1）可編程至0.5LSB的建立時(shí)間；（2

44、）兩個(gè)12位的CMOS電壓輸出DAC；（3）單電源工作；(4)3線串行接口；(5)高阻抗基準(zhǔn)輸入；(6)電壓輸出范圍為基準(zhǔn)電壓的兩倍；(7)軟件斷電方式；(8)內(nèi)部上電復(fù)位；(9)低功耗,慢速方式為3mW,快速方式為8mW；(10)1.21MHz輸入數(shù)據(jù)更新速率；(11)在工作溫度范圍內(nèi)單調(diào)變化。 TLC5618引腳排列與引腳功能：(1) DIN（1）：數(shù)據(jù)輸入；(2) SCLK（2）：串行時(shí)鐘輸入；(3) CS（3）：芯片選擇，低電平有效；(4) OUTA（4）：DACA模擬輸出； 圖5-4 TLC5618引腳(5) AGND（5）：模擬地；(6) REFIN（6）：基準(zhǔn)電壓輸入； (7)

45、OUTB（7）：DACB模擬輸出；(8) VDD（8）：正電源。 TLC5618的串口簡介：當(dāng)片選（CS）為低電平時(shí)，輸入數(shù)據(jù)由時(shí)鐘定時(shí)，以最高有效位在前的方式讀入16位移位寄存器，其中前4位為編程位，后12位為數(shù)據(jù)位。SCLK的下降沿 把數(shù)據(jù)移入輸入寄存器，然后CS的上升沿把數(shù)據(jù)送到DAC寄存器。所有CS的跳變應(yīng)當(dāng)發(fā)生在SCLK輸入為低電平時(shí)?？删幊涛籇15D12的功能見表5-2所示。表5-2 可編程位D15-D12功能表編 程 位器件功能D15D14D13D121XXX把串行接口寄存器的數(shù)據(jù)寫入鎖存器A并用緩沖器鎖存數(shù)據(jù)更新鎖存器B0XX0寫鎖存器B和雙緩沖鎖存器0XX1僅寫雙緩沖鎖存器X

46、1XX14uS建立時(shí)間X0XX3uS建立時(shí)間XX0X上電(Power-up)操作XX1X斷電(Power-down)方式從表5-2可知, TLC5618 可工作于三種數(shù)據(jù)傳送方式:方式1 為鎖存器A 寫,鎖存器B 更新。此時(shí)串行接口寄存器的數(shù)據(jù)寫入鎖存器A ,雙緩沖鎖存器的數(shù)據(jù)寫入鎖存器B ,雙緩沖鎖存器的內(nèi)容不受影器中,鎖存器A 不受影響。方式2 為鎖存器B 和雙緩沖鎖存器寫。即將串行接口寄存器的數(shù)據(jù)寫入鎖存器B 和雙緩沖鎖存器中,鎖存器A 不受影響。方式3 為僅寫雙緩沖鎖存器。即將串行接口寄存器的數(shù)據(jù)寫入雙緩沖鎖存器。鎖存器A 和B 的內(nèi)容不受影響。 TLC5618接口時(shí)序：圖5-5 TL

47、C5618接口時(shí)序圖 TLC5618應(yīng)用介紹：TLC5618使用由運(yùn)放緩沖的電阻串網(wǎng)絡(luò)把12位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓電平，其輸出極性與基準(zhǔn)電壓輸入相同（見表5-3）。輸出電壓由下式給出：2（VREFIN）CODE/4096，上電時(shí)內(nèi)部電路把DAC寄存器復(fù)位至0。輸出緩沖器具有可達(dá)電源電壓幅度的輸出，它帶有短路保護(hù)并能驅(qū)動(dòng)具有100pF負(fù)載電容器的2k負(fù)載。基準(zhǔn)電壓輸入經(jīng)過緩沖，它使DAC輸入電阻與代碼無關(guān)。采用2.048V的參考電壓，可獲得04.096V的模擬電壓輸出。當(dāng)系統(tǒng)不使用DAC時(shí)，應(yīng)當(dāng)把DAC寄存器設(shè)置為全0，以便使基準(zhǔn)電阻器陣列和輸出負(fù)載所消耗的功率最小。TLC5618的最大串行時(shí)

48、鐘速率為： (5-1)表5-3 二進(jìn)制代碼表(0至2VREFIN輸出，增益=2)5.2 TLC2543和TLC5618與單片機(jī)的連接圖TLC2543和TLC5618與單片機(jī)的連接如圖5-6所示。TLC2543的I/O CLOCK，DATA INPUT，DATA OUT和依次接單片機(jī)的P1.6、P1.4、P1.3和P1.5。AIN0接經(jīng)前一級(jí)處理后的信號(hào)，REF+接+5V電源，REF-接GND9。TLC5618的SCLK、DIN依次接P1.0、P1.1、P1.2。REFIN接+2.048V參考電壓。圖5-6 TLC2543和TLC5618與單片機(jī)的連接圖5.3 TLC2543和TLC5618的C

49、51程序TLC2543和TLC5618的驅(qū)動(dòng)程序必須要嚴(yán)格按照芯片資料上給出的時(shí)序圖來編寫，否則芯片將不能正常工作。 TLC2543的C51程序：/ */ 名 稱：readTLC2543 / 功 能：TLC2543驅(qū)動(dòng)模塊 / 輸入?yún)?shù)：portNum，為通道號(hào) / 輸出參數(shù)：adValue,12-bitA/D轉(zhuǎn)換值 / *sbit TLC2543CLK = P16;sbit TLC2543DIN = P14;sbit TLC2543DOUT = P13;sbit TLC2543CS = P15;INT16S readTLC2543 (INT8U portNum) / 從TLC2543讀取A/

50、D轉(zhuǎn)換值 INT16S data adValue;INT8U data i;INT8U data al = 0, ah = 0;TLC2543CS = 0;TLC2543CLK = 0;for(i = 0; i < 8; i+) / 前8個(gè)CLOCKTLC2543DIN = (BOOLEAN) (portNum & 0x80);if (TLC2543DOUT) / 如果TLC2543的DOUT引腳為1,則ah置1ah = 0x01; ah <<= 1; / ah左移1位portNum <<= 1; / portNum左移1位TLC2543CLK = 0;

51、/ 產(chǎn)生一個(gè)CLK脈沖_nop_();TLC2543CLK = 1;for (i = 0; i < 4; i+) / 填充4個(gè)CLOCKif(TLC2543DOUT) al = 0x01;al <<= 1;TLC2543CLK = 0;_nop_();TLC2543CLK = 1;TLC2543CS = 1;adValue = (INT16U) ah;adValue <<= 4;adValue |= al; / 得到A/D轉(zhuǎn)換值return (adValue); / 返回A/D轉(zhuǎn)換值 / End of ADConvert TLC5618的C語言程序：/ */ 名 稱：DAconvert /