基于DSP的FIR濾波器的設計

1、基于DSP的FIR濾波器的設計與實現(xiàn) # 基于DSP的FIR濾波器的設計與實現(xiàn)摘要DSP技術一般指將DSP處理器用于完成數(shù)字信號處理的方法與技術。目前的DSP芯片以其強大的數(shù)據(jù)處理功能在通信和其他信號處理領域得到廣泛注意并已成為開發(fā)應用的熱點技術。許多領域對于數(shù)字信號處理器的應用都是圍繞美國德州儀器所開發(fā)的DSP處理器來進行的。DSP芯片是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器。主要應用是實時快速的實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法,如卷積及各種變換等。其中利用DSP來實現(xiàn)數(shù)字濾波器就是很重要的一種應用，本文深入研究基于美國德州儀器公司(TI)TMS320C5410DSP芯片的濾波器系統(tǒng)軟件實現(xiàn)方

2、法，用窗口設計法實現(xiàn)FIR濾波器,給出了MATLAB仿真結果，并在以TITMS320C5410為微處理器的DSK上實現(xiàn)，實驗結果表明濾波結果效果良好，達到了預期的性能指標，用時間抽取法實現(xiàn)的FFT/IFFT算法,介紹了自適應濾波器的基本原理及應用，并對LMS算法進行了深入的研究。關鍵詞：DSP；TMS320C5410；FIR濾波器；FFT/IFFT；自適應濾波器 #基于DSP的FIR濾波器的設計與實現(xiàn)目錄TOC o 1-5 h z1緒論3引言3 HYPERLINK l bookmark0 課題背景及研究意義4 HYPERLINK l bookmark2 課題背景4 HYPERLINK l bo

3、okmark4 研究意義4 HYPERLINK l bookmark6 1.3國內外相關領域的研究4 HYPERLINK l bookmark8 1.4主要研究內容5DSP及其開發(fā)環(huán)境7 HYPERLINK l bookmark10 DSP系統(tǒng)的構成7 HYPERLINK l bookmark12 DSP系統(tǒng)硬件電路圖8TIDSP介紹9 HYPERLINK l bookmark20 CCS開發(fā)環(huán)境10CCS集成開發(fā)環(huán)境11FIR濾波器的設計13 HYPERLINK l bookmark24 FIR濾波器的基本理論13 HYPERLINK l bookmark22 FIR濾波器的特點13 HYP

4、ERLINK l bookmark28 FIR濾波器的常規(guī)設計方法14 HYPERLINK l bookmark30 窗函數(shù)法14 HYPERLINK l bookmark46 Chebyshev逼近法16FIR濾波器的MATLAB實現(xiàn)17 HYPERLINK l bookmark58 3.3.1帶通濾波器的MATLAB實現(xiàn)17低通濾波器的MATLAB實現(xiàn)19FIR濾波器的應用及其DSP實現(xiàn)20FFT/IFFT算法程序及應用21 HYPERLINK l bookmark62 FFT設計方法21 HYPERLINK l bookmark70 FFT算法的實現(xiàn)22FFT算法的仿真和測試結果24FI

5、R濾波器的DSP的實現(xiàn)25 HYPERLINK l bookmark80 FIR濾波器的實現(xiàn)方法25FIR濾波器的軟件設計及其調試26參考文獻31附錄AMATLAB程序32附錄BFFT的DSP實現(xiàn)程序34基于DSP的FIR濾波器的設計與實現(xiàn)基于DSP的FIR濾波器的設計與實現(xiàn) 1緒論1.1引言隨著信息時代和數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號處理已成為如今一門極其重要的學科和技術領域。數(shù)字信號處理在通信、語音、圖像、自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領域得到了廣泛的應用。數(shù)字信號處理（DSP）包括兩重含義：數(shù)字信號處理技術（DigitalSignalProcessing）和數(shù)字信號處理器

6、（DigitalSignalProcessor）。數(shù)字信號處理（DSP）是利用計算機或專用處理設備，以數(shù)值計算的方法、對信號進行采集、濾波、增強、壓縮、估值和識別等加工處理，借以達到提取信息和便于應用的目的，其應用范圍涉及幾乎所有的工程技術領域。在數(shù)字信號處理的應用中，數(shù)字濾波器很重要而且得到了廣泛的應用。按照數(shù)字濾波器的特性，它可以被分為線性與非線性、因果與非因果、無限長沖擊響應（IIR）與有限長沖擊響應（FIR）等等。其中，線性時不變的數(shù)字濾波器是最基本的類型；而由于數(shù)字系統(tǒng)可以對延時器加以利用，因此可以引入一定程度的非因果性，獲得比傳統(tǒng)的因果濾波器更靈活強大的特性；IIR濾波器的特征是具

7、有無限持續(xù)時間沖激響應，這種濾波器一般需要用遞歸模型來實現(xiàn)，因而有時也稱之為遞歸濾波器，而FIR濾波器的沖激響應只能延續(xù)一定時間，在工程實際中可以采用遞歸的方式實現(xiàn)，也可以采用非遞歸的方式實現(xiàn)，但其結構主要還是是非遞歸結構，沒有輸出到輸入的反饋，并且FIR濾波器很容易獲得嚴格的線性相位特性，避免被處理信號產生相位失真，而線性相位體現(xiàn)在時域中僅僅是h（n）在時間上的延遲，這個特點在圖像信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中是非常重要的，且不會發(fā)生阻塞現(xiàn)象，能避免強信號淹沒弱信號，因此特別適合信號強弱相差懸殊的情況。相對于IIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器有著易于實現(xiàn)和系統(tǒng)絕對穩(wěn)定的優(yōu)勢，因此得到廣泛的應用；

8、對于時變系統(tǒng)濾波器的研究則導致了以卡爾曼濾波為代表的自適應濾波理論的產生。自適應濾波即利用前一時刻已獲得的濾波器參數(shù)等結果，自動地調節(jié)（更新）現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)，以適應信號和噪聲未知的統(tǒng)計特性，或者隨時間變化的統(tǒng)計特性，從而實現(xiàn)最優(yōu)濾波。幾種主要的自適應濾波器為：最小均方（LMS）自適應濾波器、遞推最小二乘（RLS）自適應濾波器、格型自適應濾波器、無限沖擊響應（IIR）自適應濾波器。而自適應去噪電路是信號處理領域一個簡單應用，一個被噪聲污染的信號借助于相關噪聲可以把信號提取出來，而噪聲不斷變化,為了得到較清晰的語音信號必須采用自適應去噪技術,隨噪聲變化進行自適應濾波.濾波器自動調整它們的系數(shù)。

9、目前FIR濾波器的實現(xiàn)方法大致可分為三種：利用單片通用數(shù)字濾波器集成電路、DSP器件和可編程邏輯器件實現(xiàn)。單片通用數(shù)字濾波器使用方便，但由于字長和階數(shù)的規(guī)格較少，不能完全滿足實際需要，使用以串行運算為主導的通用DSP芯片實現(xiàn)要簡單，是一種實時、快速、特別適合于實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理運算的微處理器，借助于通用數(shù)字計算機按濾波器的設計算法編出程序進行數(shù)字濾波計算。由于它具有豐富的硬件資源、改進的哈佛結構、高速數(shù)據(jù)處理能力和強大的指令系統(tǒng)而在通信、航空、航天、雷達、工業(yè)控制、網(wǎng)絡及家用電器等各個領域得到廣泛應用2。課題背景及研究意義1.2.1課題背景數(shù)字信號處理就是用數(shù)字信號處理器(DSP)來實現(xiàn)各種

10、算法，由于具有精度高、靈活性強等優(yōu)點，已廣泛應用在數(shù)字圖像處理、數(shù)字通信、數(shù)字音響、聲納、雷達等領域。數(shù)字濾波技術又是進行數(shù)字信號處理的最基本手段之一，它是對數(shù)字輸人信號進行運算，產數(shù)字輸出信號，以改善信號品質，提取有用信息，或者把組合在一起的多個信號分量分離開來為目的。在信號處理領域中，對于信號處理的實時性、快速性的要求越來越高，因此在許多信息處理過程中，如對信號的過濾、檢測、預測等，都要廣泛地用到濾波器。其中數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、設計靈活、實現(xiàn)方便等許多突出的優(yōu)點，避免了模擬濾波器所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題，因而隨著數(shù)字技術的發(fā)展，用數(shù)字技術實現(xiàn)濾波器的功能越來越

11、受到人們的注意和廣泛的應用。而有限沖激響應(FIR)濾波器能在設計任意幅頻特性的同時保證嚴格的線性相位特性，在示否音、數(shù)據(jù)傳輸中應用非常廣泛3。1.2.2研究意義用可編程DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波可通過修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性。因此，我們有必要對濾波器的設計方法進行研究，理解其工作原理，優(yōu)化設計方法，設計開發(fā)穩(wěn)定性好的濾波器系統(tǒng)。我們將通過DSP設計平臺，實現(xiàn)較為重要的FIR和自適應濾波器系統(tǒng)。從而通過本課題的研究，掌握濾波器的設計技術，為通信、信號處理等領域實用化數(shù)字濾波器設計提供技術準備。本科題的研究，將為今后設計以DSP為核心部件的嵌入式系統(tǒng)集成提供技術準備，這不僅具有重要

12、的理論意義，同時還具有重要的實際意義。國內外相關領域的研究20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術應運而生，并得到了迅猛的發(fā)展。當時還沒有DSP，數(shù)字信號處理只能依靠MPU來完成。但MPU（微處理器）的速度無法滿足高速實時的要求。因此數(shù)字信號處理技術多是停留在理論上，得不到廣泛的應用，但這為DSP的誕生打下了基礎。70年代至80年代初是DSP發(fā)展的第二階段。70年代初，有人提出了DSP的理論和算法基礎。但是直到1978,世界上第一個世界上第一枚DSP才誕生，它是由1978AMI公司發(fā)布的S2811。1979年美國Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSP芯

13、片的一個主要里程碑；980年NEC公司推出的PD7720是第一個具有乘法器的商用DSP芯片。美國德州儀器公司TexasInstruments也于1982年推出了其第一代DSP芯片TMS32010及其系列產品，它們都是基于NMOS工藝。此時的DSP運行速度較以前的MPU有了較大的提高，但由于制造工藝所限，體積和功耗都比較大，內部資源較少，且價格昂貴。80年代中期直到現(xiàn)在是DSP得到了蓬勃發(fā)展并廣泛應用的時期。80年代中期，隨著大規(guī)模集成電路技術尤其是CMOS技術的發(fā)展，基于CMOS工藝的DSP應運而生，體積功耗都大大減少，而存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術的基礎；

14、80年代后期，DSP運算速度進一步提高，應用范圍逐步擴大到通信、計算機領域。90年代直到現(xiàn)在，DSP發(fā)展最快，此時的DSP集成度極高，體積、功耗進一步減少，內部資源更是成倍增加，而價格卻進一步下降。此時，DSP芯片不僅在通信、計算機領域大顯身手，而且已擴大到人們的學習、工作和生活的各個方面。生產DSP器件的公司也不斷壯大，目前，市場占有率前四名依次為:TexasInstruments、Lucent、AnalogDevice、Motorola。在所有生產DSP的公司中，TI可謂一枝獨秀，它是世界上最大的DSP供應商，TI系列的DSP也是公認的最成功的DSP。其DSP市場份額占全世界份額近50%。

15、其產品覆蓋了高、中、低端幾乎所以市場，廣泛應用于各種領域。自從在1982年成功推出了其第一代DSPTMS32010及其系列產品TMS32011、TMS320C10/C14/C15等，TI相繼推出了第二代DSPTMS32020、TMS320C25/C26/C28,第三代DSPTMS320C30/C31/C32，第四代DSPTMS320C40/C44，第五代DSPTMS3205X/C54X/C55X及目前速度最快的第六代DSPTMS320C62X/C67X等等。DSP器件應用面從起初的局限于軍工，航空航天等軍事領域,擴展到今天的諸多電子行業(yè)及消費類電子產品中。在TI公司的DSP產品中C1X、C2X

16、、C2XX、C5XX、C54X、C62X等系列是定點運算指令系統(tǒng)的DSP；C3X、C4X、C67X等系列是浮點運算指令系統(tǒng)的DSP；AV7100、AV7110等系列是用于視頻、音頻領域的專用數(shù)字壓縮產品。1.4主要研究內容本課題是基于TI公司近年推出的高性能定點DSPTMS320C5410設計濾波器系統(tǒng)，如：有限沖擊響應濾波器（FIR）。本次課題的主要任務，就是掌握DSP芯片開發(fā)技術,完成如下工作：1、用窗函數(shù)法實現(xiàn)FIR濾波器，通過調用四種窗口函數(shù)，截取不同的帶通與低通濾波原型，滿足以下性能要求：帶通濾波器：下阻帶邊緣：二0.2兀，A二60dB；下通帶邊緣：二0.35兀，R二1dB1ss1p

17、p上通帶邊緣：co=0.65兀，R=1dB；上阻帶邊緣：=0.8兀，A=60dB2pp2ss低通濾波器：o=0.2兀，R=0.25dB；o=0.3兀，A=50dBppss2、用時間抽取法實現(xiàn)FFT/IFFT算法，通過此算法，對信號進行頻域分析、頻域處理；3、自適應濾波器是目前數(shù)字濾波器領域中最為活躍的分支，討論采用經(jīng)過改進的LMS（最小圴方誤差）算法實現(xiàn)自適應濾波器。4、研究DSP的結構特點，了解TI公司的TMS3205410DSP器件，掌握DSP系統(tǒng)的構成及軟硬件設計方法和CCS軟件的調試方法；并以TI公司的TMS3205410DSP為核心處理器，在DSK上實現(xiàn)FIR濾波器系統(tǒng)。本論文共分為

18、五個部分，第一章為緒論部分，介紹DSP及其濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀；第二章詳細介紹DSP的特點、性能指標、軟件開發(fā)工具、指令系統(tǒng)及硬件結構；第三章介紹了FIR濾波器的設計方法，并詳細闡述了用窗口設計方法設計FIR濾波器及MATLAB實現(xiàn)；第四章介紹FIR濾波器的應用及其實現(xiàn)；第五章介紹自適應濾波器基本理論、算法及其應用。其中，三、四章是本論文的核心部分。DSP及其開發(fā)環(huán)境2.1DSP系統(tǒng)2.1.1DSP系統(tǒng)的構成一個典型的DSP系統(tǒng)如圖2.1示。圖2.1典型的DSP系統(tǒng)圖2.1是一個用DSP做信號處理的典型框圖。由于DSP是用來對數(shù)字信號進行處理的，所以首先必須將輸入的模擬信號變換為數(shù)字信號。于是先對

19、輸入模擬信號進行調整，輸出的模擬信號經(jīng)過A/D變換后變成DSP可以處理的數(shù)字信號，DSP根據(jù)實際需要對其進行相應的處理，如FFT、卷積等；處理得到的結果仍然是數(shù)字信號，可以直接通過相應通信接口將它傳輸出去，或者對它進行D/A變換將其轉換為模擬采樣值，最后再經(jīng)過內插和平滑濾波就得到了連續(xù)的模擬波形模擬信號。當然，圖中的有些環(huán)節(jié)并不是必需的。如A/D轉換，如果輸入的是數(shù)字信號，就可以直接交給DSP進行運算。2.1.2DSP系統(tǒng)的特點及設計過程由于數(shù)字信號處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理理論為基礎，所以具有數(shù)字信號處理的全部優(yōu)點：接口方便DSP系統(tǒng)與其它以數(shù)字技術為基礎的系統(tǒng)或設備都是相互兼容的，比模擬系統(tǒng)

20、與這些系統(tǒng)接口要容易的多。編程方便DSP系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可以使設計人員在開發(fā)過程中靈活方便的進行修改和升級，可以將C語言與匯編語言結合使用。(3)具有高速性DSP系統(tǒng)的運行較高，最新的DSP芯片運行速度高達10GMIPS以上。(4)穩(wěn)定性好DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎，受周圍環(huán)境，如噪聲、溫度等的影響小、可靠性高；(5)精度高例如16位數(shù)字系統(tǒng)可以達到10-5的精度；(6)可重復性好模擬系統(tǒng)的性能受元件參數(shù)性能變化影響大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，更便于測試、調試和大規(guī)模生產。(7)集成方便DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模生產。當然DSP也存在一定的缺點。例如，對于一些簡單

21、的信號處理任務，如與模擬交換線的電話接口，若采用DSP則使成本增加。另外，DSP系統(tǒng)中的高速時鐘通常在幾十兆赫，可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題，而且DSP的功率消耗在系統(tǒng)中也是較大的。此外，DSP技術發(fā)展得很快，數(shù)學知識要求多，開發(fā)和調試工具還很不完善。雖然DSP系統(tǒng)還存在一些缺點，但是隨著近兩年來DSP技術突飛猛進的發(fā)展，成本的下降，很多問題都得到了緩解。其突出的優(yōu)點已經(jīng)使其在通信、語音、圖像、雷達、生物醫(yī)學、工業(yè)控制、儀器儀表等許多領域得到越來越廣泛的應用。一般來說DSP的設計過程應遵循一定的設計流程，如圖2.2示。圖2.2DSP基本設計流程2.1.3DSP系統(tǒng)硬件電路圖根據(jù)使用DSP芯

22、片的相關原則，以及芯片手冊具體決定未用端子是接上拉電阻還是懸空?？梢缘贸鯠SP數(shù)字濾波器的整體硬件電路連線圖，如圖2.3所示AtNCSr-AVddSDJNDVddSDOUTAGNDD&ND5CLKTLV5?agaF-=NONCNCGXDNCEN-LFBENSl】ININOCTNCiRISET-NCNC2ONDNC2EN-25EN5EUN2OCTUN2OCTNCNCNCNCMODEOCTADINAVddWCTDVddAGND5CLKDGNDXFBDLBDRIBFSXBCLOOBCLKXLBChKMECIKKIRW-ES-XiX-LKJNEMULOFF-CVddEMLiQ1ACK-DVidNT3-

23、ND-NT1-NTO-READYHOLD-GNDVC54OI圖2.3DSP系統(tǒng)硬件電路圖WJVCCRWDOPFIR5TGND2.2TIDSP介紹TI公司DSP種類多，品種齊全，適合各種需要。目前，使用較為廣泛的主要有三個系列：C2000,C5000和C6000。其他系列產品應用較少或已經(jīng)淘汰。每個系列又有多種DSP可供選擇。同一系列的DSP具有相同的內核、相同或兼容的匯編指令集；它們之間的差別是具有不同大小的片內存儲器、不同的片內外設和外部接口等，工作電壓和速度也有所區(qū)別。以上3大系列DSP實現(xiàn)功能的側重點不同，也就是說應用領域有所不同：C2000系列是16位定點DSP。它是一個控制器系列，主

24、要應用于工業(yè)控制領域，它除了具有一個DSP內核外，還有大量的片內外設資源，如A/D、定時器、各種同步和異步串口、看門狗、CAN總線接口等；加上其價格低廉，速度更高，可靠性更強，可以取代傳統(tǒng)單片機。內部具有Flash，方便固化程序，而其他系列DSP都沒有內部Flash。C5000系列DSP是16位定點低功耗DSP，性價比極高，主要應用于無線通信系統(tǒng)及手持式通訊產品，如手機，PDA和GPS等。C5000又分為C54X和C55X兩個系列。相對C2000系列來說，其內部存儲更大，運行速度更快，更適合執(zhí)行較為復雜的數(shù)字信號處理任務，但控制功能相對較弱。一般由核心電壓和I/O電壓兩種電壓供電。核心電壓較低

25、，所以功耗很低，且體積很小，方便集成。(3)C6000系列是32位的DSP系列。在TI的所有系列DSP中運行速度最快。其中C62XX是定點DSP,而C64XX和C67XX是浮點DSP,它主要應用于需要大量快速運算的場合，如數(shù)字視頻處理、無線基站等。由于速度很高，所以功耗也很大。C54x芯片在本設計中使用的DSP是TMS320VC5410。它屬于TIC5000系列中的C54X系列，正如前面所說,同一系列的DSP具有相同的內核、相同或兼容的匯編指令集,差別僅在于內存儲器的大小，片內外設等等，所以就首先介紹一下C54系列DSP普遍具有的特點和性能。54X具有改進的哈佛結構，使其處理能力達到最大。分開

26、的程序空間和地址空間提供了高度的并行性，可以同時訪問程序指令和數(shù)據(jù)，例如三次讀操作和一次寫操作可以在一個周期內完成。帶并行存儲的指令和具有特殊應用的指令充分利用了這種結構。這種并行性支持一套強大的算術運算、邏輯運算和位操作運算，所以使得這些運算可以在單個機器周期內完成。而且54X的運行機制還支持中斷處理、重復操作和函數(shù)調用等等6。對于任意通用可編程芯片來說，一般都具備以下幾個部分：內部存儲器：主要用來存儲程序、執(zhí)行程序、存儲數(shù)據(jù)等；中央處理單元(CPU):用來實現(xiàn)各種運算功能；片內外設：用來實現(xiàn)一些特定功能，如時鐘發(fā)生器、硬件定時器等等；外部總線接口:用來和其他芯片接口，協(xié)同工作；通信接口:用

27、來從外圍芯片獲得數(shù)據(jù)或者將處理完的數(shù)據(jù)傳輸出去；內部總線:用來連接芯片中不同的單元。也就是說，以上各個部分的通信是通過內部總縣來完成的。2.3.CCS開發(fā)環(huán)境本節(jié)將介紹CCSCodeComposerStudio的基本開發(fā)環(huán)境、軟件開發(fā)過程、CCS組件。CCS提供了配置、建立、調試、跟蹤和分析程序的工具，它便于實時、嵌入式信號處理程序的編制和測試，能夠加速開發(fā)進程，提高工作效率。CCS概述CCS全稱是CodeComposerStudio它提供了基本的代碼生成工具，具有一定的調試、分析能力，在CCS下的程序開發(fā)過程如圖2.4示8。圖2.4程序開發(fā)過程CCS包括：1、CCS代碼生成工具2、CCS集成

28、開發(fā)環(huán)境IDE3、DSP/BIOS插件程序和APIRTDX插件，主機接口和API等。下面將著重介紹前兩項。2.3.1CCS集成開發(fā)環(huán)境調試DSP目標程序，它主要由幾個主要的窗口組成：工程組顯示窗口、程序內容顯示窗口、編輯信息提示窗口和主要工具欄。另外，在編輯過程中還可以顯示諸如存儲器觀察窗口、變量監(jiān)視框、圖形顯示框等調試界面，他們?yōu)槌绦蚓帉懻{試提供多種手段為軟件開發(fā)提供了極大的方便。圖2.5就是基本編輯界面。圖2.5CCS基本編輯界面在利用CCS編程的過程中，不可避免的要遇到如何將程序變量分配到內存中去的問題。因為，即使DSP的存儲空間比較大，速度也十分快，但是如果內存空間分配不當?shù)脑挘€是會

29、出現(xiàn)空間不夠行速度下降，甚至程序跑飛的情況，這樣會時程序調試起來十分麻煩。所以，一定要分配好內存空間CCS提供了兩種分配空間的方法：利用cmd文件或rcp文件分配空間，其中cmd文件是純文本格式的描述性的空間分配方式,它的優(yōu)點是程序員對空間的可控制性較高，可以將不同的塊分配到指定的地址，并規(guī)定長度。但它對于初學者來說，要求對C5410的內存空間的分配有較清楚的認識，否則容易將數(shù)據(jù)分配到不該分配的地方，引起程序運行的沖突，甚至程序跑飛。所以，一般在編程過程中，使用rcp文件對程序進行內存分rcp文件全稱是recipe文件，這是一種圖形化界面的內存分配文件。對于一個新生成的工程組rep文件的生成方

30、法是：選擇CCS菜單上的Tools項，選擇linkerconfiguration項，將分配方式改為usethevisuallinker之后直接編譯，編譯信息提示窗口中會顯示出錯信息，提示找不到rep文件，雙擊提示CCS會自動彈出rep生成向導，按照要求選擇rep模板，就會生成這個工程對應的rep文件，雙擊生成的rep文件，通過visuallinker連接器可以打開這個文件。當程序中新增加了變量后，在rep文件中會出現(xiàn)Notyetplaeed項，只要將其下的文件夾，根據(jù)類型拖動到run_view下的相應的數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器即可。還可以選擇用何種類型的存儲器空間裝載，通過觀察存儲空間以使用的狀

31、況自行分配空間，所以十分靈活，并且不會出現(xiàn)空間重疊的現(xiàn)象，避免了程序跑飛。3FIR濾波器的設計FIR濾波器的基本理論FIR濾波器的特點數(shù)字濾波器的功能，就是把輸入序列通過一定的運算變換成輸出序列?？梢杂脙煞N方法來實現(xiàn)數(shù)字濾波器：種方法是采用通用計算機，利用計算機的存儲器、運算器和控制器把濾波器所要完成的運算編成程序通過計算機來執(zhí)行，也就是采用計算機軟件來實現(xiàn)；另一種方法是設計專用的數(shù)字硬件(通常稱之為數(shù)字信號處理器)。數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法是多種多樣的，其中比較常用到的是無限長脈沖響應濾波器IIR和有限長脈沖響應濾波器FIR兩種，另外還有維納濾波器、自適應濾波器等，但是在一般通信領域，尤其是信號

32、傳輸領域，在一個信號的發(fā)送與接收端都是發(fā)出或接收一路信號。所以，前兩種濾波器還是現(xiàn)在濾波器設計的主要方面，例如在線譜分析、基音檢測、線性預測編碼等方面都有著廣泛的應用。本來在計算量相等的情況下，IIR數(shù)字濾波器比FIR濾波器的幅頻特性優(yōu)越，頻率選擇性也好，但是，它有著致命的缺點，相位特性不好控制。它的相位特性f(w)=argH(ejw)是使頻率產生嚴重的非線性的原因，這種與的非線性關系，使數(shù)字濾波器與模擬濾波器在響應與頻率的對應關系上發(fā)生了畸變。如果需要線性相位，就必須用全通網(wǎng)絡進行復雜的相位校正，但是，在對程序運行周期數(shù)要求十分嚴格的DSP處理中加上一個全通均衡器是十分浪費資源的。另外，即使

33、加上全通均衡器，對于因果的IIR濾波器，仍將得不到線性的相位。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，如圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中都越來越多的要求信道具有線性的相位特性。在這方面FIR濾波器具有獨到的優(yōu)點，它可以在幅度特性隨意設計的同時，保證精確、嚴格的線性相位，因此這類濾波器應用很廣泛。FIR濾波器的基本結構數(shù)字濾波是將輸入的信號序列，按規(guī)定的算法進行處理，從而得到所期望的輸出序列。一個線性位移不變系統(tǒng)的輸出序列y(n)和輸入x(n)之間的關系，應滿足常系數(shù)線性差分方程，見公式3.1，y(n)=Sbx(n-i)一迓ay(n一i)n0(3.1)iii=0i=1其中，x(n)為輸入序列，y(n)為輸出序列，a

34、和b為濾波器系數(shù)，N是濾波器的階數(shù)。kk若上式中所有的b均為零，則有FIR濾波器的差分方程為:k(3.2)(3.3)y(n)=1ax(n-k)kk=0對上式進行Z變換得到FIR濾波器的傳遞函數(shù)為：H(z)=牢=匸bz-kXz丿ki=0由上式可以看出，H(z)是Z-1的N-1次多項式，它在z平面內有N-1個零點，同時在原點處有N-1個重極點。N階濾波器通常采用N個延遲單元、N個加法器與N+1個乘法器，取圖3-1中(a)、(b)兩種結構。3心圖3.1FIR濾波器的一般結構因為FIR濾波器的單位抽樣響應是有限長的，所以它永遠是穩(wěn)定的。另外，若對h(n)提出一些約束條件，那么可以很容易地使H(z)具有

35、線性相位，這在信號處理的很多領域是非常重要的。FIR濾波器的設計任務，是要決定一個轉移函數(shù)H(z)，使它的頻率響應滿足給定的要求。這里所說的要求，除了通帶頻率、阻帶頻率及兩個帶上的最大p和最小衰減d和3夕卜，很重要的一條是保證H(z)具有線性相位。ps3.2FIR濾波器的常規(guī)設計方法FIR濾波器的設計任務就是給定要求的頻率特性，按一定的最佳逼近準則，選取濾波器轉移函數(shù)H(z)中的各個參數(shù)h(n)，即濾波器的單位抽樣響應及階數(shù)N,使得頻率特性滿足設計要求。通常FIR濾波器的設計方法主要有三種：窗函數(shù)法、頻率抽樣法和切比雪夫等波紋逼近法。其中窗函數(shù)法可以應用比較現(xiàn)成的窗函數(shù)，因而設計簡單，在指標要

36、求不高的場合使用方便靈活。下面我們來簡單介紹一下這三種設計方法。3.2.1窗函數(shù)法窗函數(shù)法也稱為傅立葉級數(shù)法。理想的數(shù)字濾波器頻率特性H(ejw)是無法實現(xiàn)的，F(xiàn)IR的設計就是要尋找一個可以得到的頻率特性H(ejw)=匸h(n)e-w來逼近H(ejw)，這相當于用一個可實現(xiàn)的單位脈沖響應h(n)去逼近一個理想單位脈沖響應h(n)。h(n)可dd由理想頻率特性H(e；w)通過傅氏反變換得到，dh(n)=FH(ejw)ejwd(3.4)d2兀_冗d一般來說，這樣得到的理想單位脈沖響應序列h(n)是個無限長序列，因而是非因d果的。設有一個截止頻率為的理想線性相位低通，延時為t其頻率特性是：c0W屈c

37、|Kc(3.5)得到：h(n)=dsinLd(n-tc兀(n-t)ang(3.6)這是一個以n=T為中心偶對稱的無限長非因果序列，要想用一個有限長的因果序列去逼近它，最簡單的方法是截取n從0到N-1的一段來表示它，即h(n)=h(n)d(0nN1)；其他N：h(n)=0。同時，為了保證線性相位，還要滿足偶對稱h(n)=h(N-1-n)。這就好像通過一個窗口觀看到的一段h(n)，因此h(n)就表示成h(n)和一個窗口函數(shù)的乘積，這樣對h(n)的求dd解就變?yōu)閔(n)=h(n)*W，這里的W就稱為窗口函數(shù)，既然一個頻域上的標準的矩形窗dnn口對應于時域是一個無限長的序列，那么在時域上截取一段勢必造

38、成頻域的矩形窗口的失真。結果就是截取出的信號也相應失真，為了補償這種失真，只有改變原來窗口的形狀，修正經(jīng)過時域截取后的窗口失真。窗函數(shù)設計方法的基本步驟是：把HJw)展成FS,得h(n)；dd對h(n)自然截短到所需的長度，如2M+1；d(3)將截短后的h(n)右移M個采樣間隔，得h(n)；d將h(n)乘以合適的窗口，即得所要濾波器的沖擊響應，窗函數(shù)以n=M對稱。利用所求得的單位抽樣響應，即可用硬件構成濾波器的轉移函數(shù)H(z)，也可利用h(n)在計算機上用軟件來實現(xiàn)濾波。jw)jw(3.7)3.2.2頻率抽樣法d出發(fā)，將給定的理想頻響H(jw)加以等間隔抽樣。d窗函數(shù)法是從時域出發(fā)，用窗函數(shù)截

39、取理想的hd(n)得到h(n)，以此有限長的h(n)近(n),這樣得到的頻率響應H(妙)逼近于理想的頻響HCw)。頻率抽樣法是從頻率d沁d=N然后以此H()作為FIR濾波器的頻率響應抽樣值H(k)，再根據(jù)DFT(離散付氏變d換)定義由頻域這N個抽樣值來唯一確定一個有限長序列h(n)，同樣也可以算出FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)及頻率響應H(妙)，可以推出頻率響應H(妙)是頻率抽樣值H(k)與線性相位因子e-D1)/2及如下內插函數(shù)S(,k)的線性組合。(3.8)1j比sinS(dk)=-e-丿nN.(兀ksm-I12N丿所以，在各頻率取樣點上，實際濾波器的頻響是嚴格地和所要求的濾波器的頻響一致

40、的，逼近誤差為零，但在抽樣點之間的頻響是各取樣點的內插函數(shù)的延伸疊加而成，有一定的逼近誤差，誤差大小取決于頻率響應曲線的圓滑程度和抽樣點的密度為了減少誤差就要增加抽樣點數(shù)目即增大采樣頻率，抽樣點之間的理想頻率特性變化越陡，則逼近誤差越大，在理想頻率特性的不連續(xù)點附近會產生肩峰和紋波。頻率抽樣法的優(yōu)點是可以直接在頻域設計，適于利用最優(yōu)化方法，而且這種方法特別適用于窄帶選頻濾波器，但頻率抽樣法的抽樣頻率只能是2n/N的整數(shù)倍或2n/N的整數(shù)倍加上n/N不能保證截止頻率3c的準確取值，要實現(xiàn)精確的3c就必須取N大，相應的計算量也大。此外，它的阻帶最大衰減一般，也只有30-50dB左右，很難滿足頻域特

41、性要求較高的場Chebyshev逼近法窗函數(shù)法和頻率采樣法設計出的濾波器的頻率特性都是在不同意義上對所給理想頻率特性H(川)的逼近。由數(shù)值逼近理論可知，對某個函數(shù)f(x)的逼近一般有以下三d種方法：插值法(InterpolatingWay)最小平方逼近法(LeastSquareApproachingWay)一致逼近法(ConsistentApproachingWay)切比雪夫最佳一致逼近的基本思想是，對于給定區(qū)間a,b上的連續(xù)函數(shù)f(x)，在所有n次多項式的集合倒中，尋找一個多項式p(x)，使它在a,b上對f(x)的偏差和n其它一切屬于倒的多項式p(x)對f(x)的偏差相比是最小的，即n(3.

42、9)max|p(x)-f(x)=minmax(p(x)-f(x)切比雪夫逼近理論，這樣的多項式是存在的，且是唯一的，并指出了構造這種最佳一致逼近多項式的方法，就是有名的“交錯點組定理”。切比雪夫逼近理論解決了p(x)的存在性、唯一性和如何構造等問題。J.H.McClellan、T.W.Parks、L.R.Rabiner等人應用切比雪夫逼近理論提出了一種設計FIR濾波器的計算機輔助算法。這種算法由于是在一致意義上對H(川)作最佳逼近，因d而獲得了較好的通帶和阻帶性能，并能準確地指定通帶和阻帶的邊緣。但它的效率依賴于初始極值頻率點的估計，且通帶和阻帶內波紋數(shù)較多，這是Chebyshev方法的兩個主

43、要缺點。3.3FIR濾波器的MATLAB實現(xiàn)MATLAB信號處理工具箱提供了基于窗函數(shù)法的FIR濾波器的設計函數(shù)firl。fir1是采用經(jīng)典窗函數(shù)法設計線性相位FIR數(shù)字濾波器，且具有標準低通、帶通、高通和帶阻等類型1112。語法格式：B=fir1(n,W)nB=fir1(n,W,ftype)nB=fir1(n,W,window)nB=fir1(n,W,ftype，window)n其中，n為FIR濾波器的階數(shù)，對于高通、帶阻濾波器n取偶數(shù)。W為濾波器截止n頻率，取值范圍為01。對于帶通、帶阻濾波器，W=W，W，且W圖4.5測試結果通過測試波形可以看到，該DSP5410實際濾波表現(xiàn)達到了算法仿真

44、的要求?？紤]到DSP5410是定點DSP，所以將輸入信號以及濾波器系數(shù)都轉換成了定點數(shù)，為了防止溢出,將輸入信號的幅值進行縮小，將其控制在-1到1之間。參考文獻1（日）谷秋隆嗣著.數(shù)字濾波器與信號處理.科學出版社.2003.趙剛，黃建明，隋燕.基于數(shù)字濾波器設計的討論J.南開大學學報（自然科學版）,2003.26（3）:15218.潘松，黃繼業(yè)，王國棟.現(xiàn)代DSP技術.西安電子科技大學出版社.2003陳金鷹.DSP技術及應用.機械工業(yè)出版社.2004.6孫宗瀛.DSP原理設計與應用M.北京：清華大學出版社，2002.TMS320C54XDSPREFERRENCESETVOL.3:Algebra

45、icInstructionSet.TexasInstrumentsIncorporated.2001汪安民.TMS320C54XXDSP實用技術.清華大學出版社.2002:5-15TMS320C54xCodeComposerStudioTutorial.TexasInstrumentsIncorporated.2000薛年喜.Matlab在數(shù)字信號處理中的應用M北京：清華大學出版社，2003.樓順天，李博菡.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設計-信號處理M.西安:西安電子科技大學出版社.2001.王立寧.Matlab與通信仿真M.北京：人民郵電出版社，2000.276281.余成波，楊菁，楊如民編

46、著.數(shù)字信號處理及MATLAB實現(xiàn).清華大學出版社.2005.程佩青.數(shù)字濾波與快速傅里葉變換.北京:清華大學出版社，1988胡廣書.數(shù)字信號處理理論、算法與實現(xiàn).清華大學出版社.1997彭啟.DSP與實時數(shù)字信號處理.成都:電子科技大學出版社,1995付麗琴，桂志國，王黎明.數(shù)字信號處理原理及實現(xiàn).國防工業(yè)出版社.2004張雄偉，陳亮，徐光輝.DSP集成開發(fā)與應用實例M.北京：電子工業(yè)出版社.2002.張雄偉曹鐵勇.DSP芯片的原理與開發(fā)應用.電子工業(yè)出版社.2000周霖.DSP算法設計與系統(tǒng)方案.國防工業(yè)出版社，2004.7.WidrowB,StearsSD.自適應信號處理M.成都：四川大

47、學出版社，1989.附錄AMATLAB程序A1:產生窗函數(shù)波形的MATLAB程序：%MATLABPROGRAM%ComparethedifferentwindowclfNwin=21;N=0:Nwin-1;fori=1:4switchicase1W=boxcar（Nwin）;Stext=RectangularWindow;case2W=hanning（Nwin）;Stext=HammingWindow;Case3w=bartlett（Nwin）;stext=BartlettWindow;endPosplot=22int2str（i）;Subplot（posplot）;Stem（n,w）;hol

48、donplot（n,w,r）;xlabel（n）;ylabel（w（n）;title（stext）;holdoffgridendA2:產生窗函數(shù)幅頻響應曲線的MATLAB程序:%MATLABPROGRAM%ComparethedifferentwindowclfNfft=512;Nwin=20fori=1:4switchicase1W=boxcar(Nwin);Stext=RectangularWindow;case2W=hanning(Nwin);Stext=HanningWindow;case3w=hamming(Nwin);stext=HammingWindow;case4w=bartl

49、ett(Nwin);stext=BartlettWindow;endy,f=frez(w,1,Nfft);mag=abs(y);posplot=22int2str(i);subplot(posplot);plot(f/pi,20*log10(mag/max(mag);xlable(NormalizedFreqeuency);ylable(MagnitudedB);title(stext);gridendA3:窗口函數(shù)設計FIR帶通濾波器的MATLAB程序:ws1=0.2*pi;wp1=0.35*pi;wp2=0.65*pi;ws2=0.8*pi;As=60;tr_width=min(wp1-w

50、s1),(ws2-wp2);N=ceil(11*pi/tr_width)+1n=0:1:M-1;wc1=(ws1+wp1)/2*pi;wc2=(ws2+wp2)/2*pi;delta_w=pi/500;Rp=-min(db(wp1/delta_w+1:1:wp2/delta_w)%Actua;PasshandRippleRp=0.0030As=-round(max(db(ws2/delta_w+1:1:501)%MinStophandAttenuationAs=75b=fir1(N,wc1,wc2,window)A4：hamming窗設計FIR低通濾波器wp=0.2*pi;ws=0.3*pi;

51、tr_width=ws-wp;N=ceil(6.6*pi/tr_width)+1n=0:1:N-1;wc=(ws+wp)/2;delta_w=2*pi/1000;Rp=-min(db(1:1:wp/delta_w+1)Rp=0.0394As=-round(max(db(ws/delta_w+1:1:501)As=52B=fir1(N,wc,hanmming)附錄BFFT的DSP實現(xiàn)程序B1:FFT.c程序externvoidInitC5410(void);externvoidOpenMcBSP(void);externvoidCloseMcBSP(void);externvoidREADAD5

52、0(void);externvoidWRITEAD50(void);*MainFunctionProgram/#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#includestdio.h#includemath.hvoidkfft(pr,pi,n,k,fr,fi,l,il)intn,k,l,il;double

53、pr,pi,fr,fi;intit,m,is,i,j,nv,l0;doublep,q,s,vr,vi,poddr,poddi;for(it=0;it=n-1;it+)m=it;is=0;for(i=0;i=k-1;i+)j=m/2;is=2*is+(m-2*j);m=j;frit=pris;fiit=piis;pr0=1.0;pi0=0.0;p=6.283185306/(1.0*n);pr1=cos(p);pi1=-sin(p);if(l!=0)pi1=-pi1;for(i=2;i=n-1;i+)p=pri-1*pr1;q=pii-1*pi1;s=(pri-1+pii-1)*(pr1+pi1)

54、;pri=p-q;pii=s-p-q;for(it=0;it=0;l0-)m=m/2;nv=2*nv;for(it=0;it=(m-1)*nv;it=it+nv)for(j=0;j=(nv/2)-1;j+)p=prm*j*frit+j+nv/2;q=pim*j*fiit+j+nv/2;s=prm*j+pim*j;s=s*(frit+j+nv/2+fiit+j+nv/2);poddr=p-q;poddi=s-p-q;frit+j+nv/2=frit+j-poddr;fiit+j+nv/2=fiit+j-poddi;frit+j=frit+j+poddr;fiit+j=fiit+j+poddi;i

55、f(l!=0)for(i=0;i=n-1;i+)fri=fri/(1.0*n);fii=fii/(1.0*n);if(il!=0)for(i=0;i=n-1;i+)pri=sqrt(fri*fri+fii*fii);if(fabs(fri)0)pii=90.0;elsepii=-90.0;elsepii=atan(fii/fri)*360.0/6.283185306;voidmain(void)inti,n,k=0;doublex128,pr128,pi128,fr128,fi128,mo128;intxm,zm;int*px=(int*)0 x3000;int*pz=(int*)0 x308

56、0;n=128;InitC5410();/*initializeC5410DSP*/OpenMcBSP();for(;)READAD50();px=(int*)0 x3000;for(i=0;i=n-1;i+)xm=*px;xi=xm/32768.0;pri=xi;pii=0;px+;kfft(pr,pi,128,7,fr,fi,0,1);pz=(int*)0 x3080;for(i=0;iVECSPAGE0/*interruptvectortable*/.text:PROGPAGE0/*programcode*/.data:PROGPAGE0/*initializeddata*/.coeff

57、s:PROGPAGE0/*initializedparameters*/.stack:STCKPAGE1/*softwarestacksection*/.variable:DAT1PAGE1/*uninitializedvarsforDSP&AIC10*/.bss:DAT2PAGE1/*uninitializedvarsforapplications*/#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J

58、*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*EndofFile-AIC10EVM.cmd/#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*

59、#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*/附錄CFIR的DSP實現(xiàn)程序C1：FIR.c/V/#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*#J*V#J*#J*#J*#J*#J*#J*TheprogrammeoftheFIRfilter.UsingINT2togettheinputsignal.Ar