本科畢業論文__基于dsp的數字濾波器設計-wenkub

　

【正文】 14 第 3 章 基于 MATLAB 的 FIR 濾波器的設計 ....................................................... 15 MATLAB 簡介 ................................................................................................ 15 基于 MATLAB 的 FIR 濾波器的設計 .......................................................... 16 設計要求 .................................................................................................. 16 濾波器指標 .............................................................................................. 16 設計過程 .................................................................................................. 16 設計結果 .................................................................................................. 18 FIR 濾波器的 MATLAB 仿真 ........................................................................ 20 本章小結 ......................................................................................................... 22 第 4 章 數字濾波器的 DSP 實現 ............................................................................. 23 DSP 的基本特征 .............................................................................................. 23 TMS320C54xDSP 的硬件結構 ....................................................................... 24 總線結構 .................................................................................................. 24 中央處理單元 .......................................................................................... 25 內部存儲器 .............................................................................................. 26 片內外設 .................................................................................................. 27 DSP 系統的設計與開發 .................................................................................. 27 DSP 系統的特點 ....................................................................................... 28 xx 大學學士學位論文 IV DSP 系統的設計流程 ............................................................................... 28 DSP 系統的開發工具 ............................................................................... 28 FIR 濾波器的 DSP 實現 ................................................................................. 29 系數量化 .................................................................................................. 29 量化誤差 .................................................................................................. 30 FIR 數字濾波器的實現結構 .................................................................... 31 FIR 匯編程序及 CCS 調試 ...................................................................... 31 FIR 濾波器的 DSP 實現 .......................................................................... 34 本章小結 ......................................................................................................... 35 結論 ............................................................................................................................ 36 致謝 ............................................................................................................................ 37 參考文獻 .................................................................................................................... 38 附錄 A ........................................................................................................................ 40 附錄 B ........................................................................................................................ 47 xx 大學學士學位論文 1 第 1章 緒論 數字濾波器的優越性 21 世紀是數字化的時代，隨著越來越多的電子產品將數字信號處理 (DSP)作為技術核心， DSP 已經成為推動數字化進程的動力。DSP。 studying the feasibility of the way of calculation。 imitates the designed filter。 本課題主要應用 MATLAB 軟件設計 FIR 數字濾波器，并對所設計的濾波器進行仿真；應用 DSP 集成開發環境 —— CCS 調試匯編程序，用 TMS320C5416來實現了 FIR 數字濾波。相對于模擬濾波器，數字濾波器沒有漂移，能夠處理低頻信號，頻率響應特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以達到很高，容易集成等，這些優勢決定了數字濾波器的應用越來越廣泛。同時 DSP(數字信號處理器 )的出現和 FPGA 的迅速發展也促進了數字濾波器的發展，并為數字濾波器的硬件實現提供了更多的選擇。具體工作包括：對 FIR 數字濾波器的基本理論進行了分析和探討；采用 MATLAB 軟件來學習數字濾波器的基本知識，計算數字濾波器的系數，研究算法的可行性，對 FIR 低通數字濾波器進行前期的設計和仿真；系統介紹了 TI 公司 TMS320C54x 系列數字信號處理器的硬件結構、性能特點和 DSP 的集成開發環境 CCS；應用 DSP 集成開發環境 —— CCS 調試匯編程序，用 TMS320C5416 來實現了 FIR 數字濾波。 applies DSP integrated developing surroundingsCCS to debug assembler。 designing and imitating the earlier stage of FIR digital filter。FIR。作為數字化最重要的技術之一， DSP 無論在其應用的深度還是廣度，正在以前所 未有的速度向前發展。采用 DSP 芯片來實現數字信號處理系統是當前發展的趨勢 。在許多信號處理應用中用數字濾波器替代模擬濾波器具有許多優勢。幾乎每一科學和工程領域例如聲學、物理學、通信、數據通信、控制系統和雷達等都涉及信號。FIR 濾波器具有不含反饋環路、結構簡單以及可以實現的嚴格線性相位等優點，因而在對相位要求 比較嚴格的條件下，采用 FIR 數字濾波器。用可編程 DSP 芯片實現數字濾波的又一優勢是 ： 通過修改濾波器的參數十分方便的改變濾波器的特性。 4．數字濾波器可以實現數據的并行處理，提高了系統運行速度。 1979 年美國 Intel 公司發布的商用可編程器 S2920 是 DSP芯片的一個重要里程碑。經過 20 年的 發展， DSP 器件在高速度，可編程，小型化，低功耗等方面都有了長足的發展，單片 DSP 芯片最快每秒可完成 16 億次 (1600MIPS)的運算，生產 DSP 器件的公司也不斷壯大。 位串行乘法器的實現方法主要是通過對乘法運算進行分解，用加法器來完成乘法的功能，也即無乘法操作的乘法器。 DA 算法設計的FIR 濾波器的速度可以顯著的超過基于 MAC 的設計。比如用 MATLAB 就幾乎可以實現所 有數字濾波器的仿真。這些特點都非常適合數字信號處理中的濾波器設計的有效實現，并且它速度快、穩定性好、編程方便。由于 FPGA 產品的迅速發展，人們可以利 用 Atera、 Xilinx 等產品，使用其相關開發工具和 VHDL 等硬件開發語言，通過軟件編程用硬件實現特定的數字濾波算法。本課題設計的 FIR 數字濾波器就是用 MATLAB 進行設計和仿真，用 DSP 處理器來實現。 FIR 濾波器不斷地對輸入樣本 x(n)延時后，再作乘法累加算法，將濾波結果 y(n)輸出，因此， FIR 實際上是一種乘法累加運算。 FIR 濾波器的設計方法 FIR 濾波器的設計方法主要有窗函數設計法和頻率抽樣設計法等，其中窗函數設計法是最基本的設計方法。因此這種方法的重點在于選擇某種合適的窗函數和一種理想濾波器。獲得有限沖激響應數字濾波器的一種可能方法就是把 xx 大學學士學位論文 5 無窮級數截取為有限項級數 來近似，而吉布斯 (Gibbs)現象使得直接截取法不甚令人滿意 [1]。 表 21 幾種常用窗函數對比 窗函數 旁瓣峰值衰減 (db) 過渡帶 (△ω ) 阻帶最小衰減 (db) 矩形窗 13 4π /N 21 三角形 27 8π /N 25 漢寧窗 31 8π /N 44 海明窗 41 8π /N 53 布萊克曼窗 57 12π /N 74 凱塞窗 57 10π /N 80 窗函數的選擇原則是： 1．具有較低的旁瓣幅度，尤其是第一旁瓣幅度； 2． 旁瓣幅度下降速度要大，以利增加阻帶衰減； 3．主瓣的寬度要窄，以獲得較陡的過渡帶。在保證主瓣寬度達到一定要求的條件下，適當犧牲主瓣寬度來換取旁瓣波動的減少。 2．海明 (Hamming)窗 海明窗又稱改進的升余弦窗。 24( ) [ 0 . 4 2 0 . 5 c o s ( ) 0 . 0 8 c o s ( ) ] ( )11 Nnnw n R nNN??? ? ??? （ 2－ 9） ()wn的頻率響應的幅度特性為 22( ) 0 . 4 2 ( ) 0 . 2 5 [ ( ) ( ) ]11440 . 0