本科畢業(yè)論文__基于dsp的數(shù)字濾波器設(shè)計(專業(yè)版)

　　

【正文】 plot(n,abs(Xk))。 設(shè)計界面如圖 32 所示： 圖 31 fdatool 界面 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 32 Design filter 界面 設(shè)計結(jié)果 由 Targets 菜單下的 Generate c header 導(dǎo)出的內(nèi)容，可得到 ()hn 的系數(shù)，并將系數(shù)保存在 文件下，以下是導(dǎo)出的內(nèi)容： /* * DiscreteTime FIR Filter (real) * * Filter Structure : DirectForm FIR * Filter Length : 33 * Stable : Yes * Linear Phase : Yes (Type 1) */ /* General type conversion for MATLAB generated Ccode */ include /* * Expected path to * D:\matlab\extern\include\ */ xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 const int BL = 33。本文利用 MATLAB 中的 fdatool工具設(shè)計一個 fir 數(shù)字低通濾波器。1()firs 和 ()remez 的基本格式用于設(shè)計 I 型和 Ⅱ 型線性相立 FIR 濾波器，是偶對稱濾波器， I 型和 Ⅱ 型的區(qū)別在于濾波器的階數(shù)是偶數(shù)還是奇數(shù)。它們體積小、保密性好，具有極高的性能，然而靈活性差。直接型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有兩個，一是移位寄存器存儲的是位寬較小的輸入數(shù)據(jù) ； 二是當(dāng) FIR 濾波器為線性相位時，可以利用其系數(shù)對稱的特點，將乘法器個數(shù)減半，加法器個數(shù)不變。其結(jié)構(gòu)圖如圖 2－ 1 所示。最大誤差最小準則即是在所要求頻域上找出使 （ 2－ 18） 式的最大加權(quán)逼近誤差達最小的頻響 ()jeAe? 。 用頻率抽樣法設(shè)計 FIR 濾波器 所謂頻率抽樣法就是從頻域出發(fā)，根據(jù)頻域的采樣定理，對給定的理想濾波器的頻域響應(yīng)進行等間隔采樣 [4][5] ( 2 )( ) ( )jddk NH e H k? ??? ? 0,1... 1kN?? （ 2－ 12） 把 ()dHk當(dāng)作待設(shè)計 的濾波器頻率響應(yīng)的采樣值 ()Hk ，通過下式可求出濾波器的系統(tǒng)函數(shù) ()Hz和頻率響應(yīng) ()jHe? ： 110 ()1( ) ( ) (1 ) 1NNkk NHkH Z ZN WZ??????? ?? （ 2－ 13） 102( ) ( ) ( )NjkH e H k kN? ???????? （ 2－ 14） 其中， ()??是一個內(nèi)插函數(shù) ： ( 1 ) 2s in ( )1 2()s in ( )2jNNeN ???? ? ??? 2j NNWe?? （ 2－ 15） 由于頻譜的有限個采樣值恢復(fù)出來的頻率響應(yīng)實際上是對理想頻率響應(yīng)的逼近，因此，這種方法必然有一定的逼近誤差。 通常上述三點很難同時滿足。 在數(shù)字濾波器中， FIR 濾波器的最主要的特點是沒有反饋回路，故不存在不穩(wěn)定的問題 ； 同時，可以在幅度特性是隨意設(shè)置的同時，保證精確的線性相位。而且在 MATLAB 下的部分仿真程序還可以通過轉(zhuǎn)化為 C 語言，再通過DSP 的 C 編譯器直接在 DSP 硬件上運行。 1980 年日本 NEC 公司推出的 ? PD7720 是第一個具有乘法器的商用 DSP 芯片。在許多應(yīng)用中都希望根據(jù)期望的指標把一個信號的頻譜加以修改、整形或運算。MATLAB xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 摘要 …… .................................................................................. 錯誤 !未找到引用源。 DSP 芯片是一種特別適合數(shù)字信號處理運算的微處理器，主要用來實時、快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。 using the MATLAB software to learn basic knowledge of digital filter: calculating the coefficient of digital filter。 在數(shù)字信號處理中，數(shù)字濾波占有極其重要的地位。 2． 對干擾信號的抑制能力有了明顯提高，這對系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性的提高起到了促進作用。 分布式算法 (distributed arithmetic， DA)的主要特點是巧妙的利用 ROM 查找表將固定系數(shù)的乘累加 (Multiplyaccumulator， MAC)運算轉(zhuǎn)化為查表操作，它與傳統(tǒng)算法實現(xiàn)乘累加運算的不同在于執(zhí)行部分積運算的先后順序不同。 比較以上方法可見 ： 可以采用 MATLAB 等軟件來學(xué)習(xí)數(shù)字濾波器的基本知識，計算數(shù)字濾波器的系數(shù)，研究算法的可行性，對數(shù)字濾波器進行前期的設(shè)計和仿真。 任何數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng) ()jAe? 都是 ? 的周期函數(shù)，它的傅立葉級數(shù)展開式為 ： 10( ) ( )Nj jndnH e h n e??? ??? ? （ 2－ 1） 其中 201s in [ ( ) ]1 2( ) ( )12 ()2cj j nddLnh n H e e d Ln??????????? ??? （ 2－ 2） 其中的 c? 為濾波器的歸一化的截止頻率。 3．布萊克曼 (Blackman)窗 布萊克曼窗又稱二階升余弦窗。 對于 I 型 FIR 數(shù)字濾波器，其頻響可表示為 ： 1( ) (0 ) 2 ( ) c o s ( )Lje e enA e h h n n? ???? ? （ 2－ 16） 其中， ()ehn為濾波器系數(shù)， 2ML? ， M 為濾波器階數(shù)。 通過 (2－ 22)式可計算通帶和阻帶中多處頻域的 ()jeAe? 和 ()E? 值。一個有限長序列可以由相同長度頻域采樣值唯一 確定。但是這種方法速度慢，難以對信號進行實時處理，雖然可以用快速傅立葉變換算法來加快計算速度，但要達到實時處理要付出很高的代價，因而該方法多用于教學(xué)與科研。它提供了強大的科學(xué)運算、靈活的程序設(shè)計流程、高質(zhì)量的圖形可視化與界面設(shè)計、便捷的與其他程序和語言接口的功能。用戶可以在 MATLAB 中調(diào)用這些圖形化的功能模塊及 SIMLTLINK 環(huán)境中的其他模塊建立數(shù)字信號處理的模型，并可以對模塊進行仿真驗證，然后生成 DSP 的 C 語言代碼及 CCS 的工程項目文件，在 CCS 中修改、編譯后就可以下載到 DSP 目標板中運行 [12]。選為窗函數(shù)法 (Window)，采用凱塞 (kaiser)窗函數(shù)設(shè)計濾波器。 kf=fs/2。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 第 4章 數(shù)字濾波器的 DSP 實現(xiàn) 數(shù)字信號處理器 (Digital Signal Processor)是一種適合對數(shù)字信號進行高速實時處理的專用處理器，其主要用來實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。 %采樣間隔 n=0:T:400。選為低通 (Lowpass)。該工具包是 TI 公司與 Mathmorks 公司共同開發(fā)的產(chǎn)品，在MATLAB/SIMULINK 環(huán) 境中嵌入了 eXpressDSP 工具箱，支持 C24X 及 C28X系列的 DSP 處理器。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 第 3章 基于 MATLAB 的 FIR 濾波 器的設(shè)計 MATLAB 簡介 MATLAB 語言是當(dāng)今國際上科學(xué)界最具影響力、也是最有活力的軟件之一。利用計算機的存儲器、運算器和控制器把濾波所要完成的 運算編成程序通過計算機來執(zhí)行，軟件可由使用者自己編寫，也可以使用現(xiàn)成的。其單位沖擊響應(yīng)有如下特性 ： ( ) ( 1 )h n h N n? ? ? （ 2－ 26） 當(dāng) N 為偶數(shù)時， 12 ( 1 )0( ) [ ][ ]N n N nnH z h n z Z? ? ? ? ????? （ 2－ 27） 其網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu) (信號流圖 )如圖 23(a)所示 當(dāng) N 為奇數(shù)， 12 1[]( 1 ) 201( ) [ ] [ ] ( )2N nn N nnNH z h n z Z h z? ??? ? ? ???? ? ?? （ 2－ 28） 其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (信號流圖 )如圖 23(b)所示 x ( n )Z 1Z 1h [ N / 2 1 ]h [ 0 ] h [ 1 ]y ( n )Z 1h [ N / 2 ]h [ 2 ]Z 1Z 1Z 1 (a) N 為偶數(shù) x ( n )Z 1Z 1h [ ( N 3 ) / 2 ]h [ 0 ] h [ 1 ]y ( n )Z 1h [ ( N 1 ) / 2 ]h [ 2 ]Z 1Z 1Z 1Z 1 (b) N 為奇數(shù) 圖 23 線性相位 FIR 濾波器的直接型結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是 ： 簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 另一種更為有效的方法是多項式內(nèi)插公式，可求得 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 21121()( 1)()iL jkdkkLk kb H eW????????? ??? （ 2－ 21） 其中 21,1Lki i k kib xx???? ??， 也即若 ()jeAe? 由滿足 (2－ 17)、 (2－ 19)式確定的 ka 并且 ? 由 (2－ 21)式給出，則誤差函數(shù)就會通過 (L+2)個頻率 i? 上的 ?? 處。 數(shù)字濾波器頻域設(shè)計的最優(yōu)方法 —— 等波紋切比雪夫法，是采用最大誤差最小準則得到最優(yōu)數(shù)字濾波器，而且其最優(yōu)解唯一。 2．海明 (Hamming)窗 海明窗又稱改進的升余弦窗。因此這種方法的重點在于選擇某種合適的窗函數(shù)和一種理想濾波器。由于 FPGA 產(chǎn)品的迅速發(fā)展，人們可以利 用 Atera、 Xilinx 等產(chǎn)品，使用其相關(guān)開發(fā)工具和 VHDL 等硬件開發(fā)語言，通過軟件編程用硬件實現(xiàn)特定的數(shù)字濾波算法。 位串行乘法器的實現(xiàn)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。用可編程 DSP 芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波的又一優(yōu)勢是 ： 通過修改濾波器的參數(shù)十分方便的改變?yōu)V波器的特性。采用 DSP 芯片來實現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)展的趨勢 。 applies DSP integrated developing surroundingsCCS to debug assembler。 本課題主要應(yīng)用 MATLAB 軟件設(shè)計 FIR 數(shù)字濾波器，并對所設(shè)計的濾波器進行仿真；應(yīng)用 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 —— CCS 調(diào)試匯編程序，用 TMS320C5416來實現(xiàn)了 FIR 數(shù)字濾波。 第 1 章 緒論 ................................................................................................................ 1 數(shù)字濾波器的優(yōu)越性 ....................................................................................... 1 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的相關(guān)進展 ........................................................................... 2 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法 ................................................................................... 3 主要研究內(nèi)容 ................................................................................................... 3 第 2 章 FIR 濾波器基礎(chǔ) ...................................................