基于dsp_fir數字濾波器的設計-資料下載頁

【導讀】器、加法器和延時單元組成的一種算法或裝置，可作為應用系統對信號的前期處理。DSP芯片實現的數字濾波器具有穩定性好、精確度高、靈活性強及不受外界影響等特性。識別、自動控制等領域，具有廣闊的發展空間。濾波器四種類型及七種窗函數的仿真程序，進行了具體的仿真分析。濾波器的方法，主要是在MATLAB中調試仿真DSP程序來尋找系數的快速傳遞法。貯器FLASH電路、擴展RAM存貯器等基本外圍電路的設計。F工R濾波器在截止頻率的邊沿陡峭性能雖然不及11R濾。所謂數字濾波器，是指輸入、輸出均為數字信號，通過一定運算關系改變輸。數字濾波器和模擬濾波器相比，因為信號的形式和實現濾。隨著信息時代的到來，數字信號處理已成為當今一門極其重要的學科和技術領域。要求比較嚴格的條件下，采用F1R數字濾波器。而普通的單片機例如MCS-51難以滿足這一要求。數字濾波器的參數調節比起模擬濾波器來更加方便、靈活。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。

　　

【正文】 64Kx16位，數據存取時間為 10ns，能滿足高速運行需要。其工作電壓為 ，與 C55X 工作電壓一致，無需電平轉 換。與 C55X 連接圖如圖 。這是一種優化的混和程序和數據區外接 RAM 的方法，省去了 C55X 的地址線 A15，這種方法可充分利用外部擴展 RAM，不會因內部 RAM 和外部 RAM 的地址重疊而造成外部 RAM 的浪費。 圖 與 RAM 連接電路 5FIR 濾波器的 DSP 程序實現 使在初期階段，因 DSP 的性能指標較低，主要用匯編語言來編寫高效、專用的程序代碼，后來隨著 DSP 運算速度的提高，采用 C 語言編程來降低開發難度、縮短開發周期，但關鍵程序段仍結合 DSP 硬件編寫 DSP 匯編程序。如今，高效的信號處理工具 MATLAB逐漸滲透到 DSP 設計中。利用 MATLAB 輔助 DSP 程序開發，提高了程序開發效率，縮短了軟件開發周期。 TMS320C55x 對數字濾波器算法的實現在指令集和硬件結構上都有考慮。它有 MAC指令，該指令將數據區的兩個數相乘，然后再與累加器中的值累加，運算結果仍存在累加器中為下次操作準備 。在硬件上有間接尋址時的循環尋址功能，即將濾波器系數保存在一個可循環尋址的數據緩沖區，尋址指針由低地址自動增長，當達到緩沖區頂部時，自動返回低地址重新尋址，這樣，配合單指令重復指令 RPT，就可以快速實現卷積操作。 傅氏級數法的 DSP 程序實現 在第三章最后算出了濾波器四種類型的系數表達式?？梢愿鶕禂当磉_式采用 C語言來編程實現濾波算法。下面是 FIR 帶通濾波器算法程序段 : voidfirbpf(doublelpass,doublehpass) { intt。 for（ t=O。tFLen。t++) { doublem。 m=sin((t(FLen1)/)*hpass*pi)/((t(FLen1)/)*pi)。 h(t)=msin((t(FLen1)/)*lpass*pi)/((t(FLen1)/)*pi)。 } if(t==((FLen1)12)) h[t]=hpasslpass。 } 相應的其它三種類型 FIR 濾波器算法程序都可以由對應的系數表達式編寫出來。 利用匯編程序實現 FIR 濾波器 匯編程序調試首先在 CCS 中建立新的工程 ,然后將匯編語言源文件 (.asm或 .c)文件以及中斷向量文件 (.asm)、位文件 (.cmd)添加到工程中。 編譯通過后，生成可執行文件 (*.out 文件 )，下載到 DSP 程序存儲器中， 這時打開 Momery 窗口 ,可以看到數據存儲器已經被劃分 coff_fir,d_data_buffer,in_buffer,out_buffer 等區。編譯并將整個 FIR 項目成功地下載到目標系統板后 ,FIR 程序就可以在 EVM 板上運行 進行調試（程序見附錄 A）。下圖為程序流程圖。 圖 程序流程圖 在主程序中，在 flag=0 處設置斷點；單擊“ Run”運行程序，程序將運行至斷點處停止；用 View/Graph/Time/Frequency 打開一個圖形觀察窗口如圖 示。 圖 圖形參數設置窗口 主程序 系統初始化 輸入緩沖區初始化為零 根據指標生成系數 開放中斷 等待中斷 中斷程序 是否采集到256 個數據 輸入信號值歸一化 輸入緩沖區值下移一位，加入最新輸入信號 進行乘加運算 返回 是 否 設置觀察圖形窗口變量及參數為：采用雙蹤觀察啟始地址分別為 x 和 y，長度為 256的單元中數值的變化，數值類型為 32 位浮點型變量，這兩個數組中分別存放的是經 A/D轉換后的輸入混疊信號（輸入信號）和對該信號進行 FIR 濾波的結果；單擊“ Animate”運行程序，調整觀察窗口并觀察濾波結果如下圖 圖 輸入混頻與濾波后信號 比較濾波前與濾波后的信號，可以看到， 通過測試波形可以看到， 濾波后的信號比濾波前的信號要平滑很多，確實達到了濾波效果。 在實驗中，還可通過改變混頻信號的混疊情況，來觀察濾波器的濾波情況， 如加大或減小高頻率的幅度 (頻率 )或者改變濾波器的長度及采樣頻率來觀察 DSP 芯片的濾波效果。圖為 加大高頻率信號的幅度時濾波效果。圖 為加大濾波器階數到 80 的濾波效果。圖 為減小濾波器階數到 30 階的濾波效果，可看出濾波器的階數越高，濾波效果相對越好。 圖 加大濾波的濾波情況 圖 階濾波效果 圖 階濾波效果 小結 一般用 DSP 芯片實現 FIR 濾波器，都是先在 MATLAB 里設計相應的濾波器，得到濾波器系數，然后在 DSP 匯編程序中，對相應的系數進行 Q15 格式轉換處理 ，如系數 ，轉換成 Q15 格式，采用偽指令寫成 .*32768 形式，再采用相關的匯編指令來實現 FIR 濾波器算法。 得到濾波器系數的方法很多，但在調試仿真階段，每改變一次濾波器參數，相關的系數就會改變，在 DSP 程序中也要做相應修改，這給調試仿真帶來很大麻煩，濾波器設計效率低，這樣就想尋求更快更便捷的設計方法。如果在 MATLAB 中生成濾波器系數后，以某種形式建立一種連接，把系數傳到 CCS 中，供 DSP 濾波算法程序使用，當 MATLAB中設計的濾波器系數改變時，相應在 CCS 中也改變，這樣就可達到 快速設計的目的。在解決的過程中，發現可通過 FDATooI 中的 Exporttocodeposerstudio(IDE)，把濾波器的系數以頭文件形式傳到 CCS 中，頭文件中包含濾波器的階數和系數數組。在 DSP 程序中包含該頭文件，便于采用 C 語言來實現程序。頭文件名不變，每當 MATLAB 中的系數改變時，相應的頭文件中系數也改變，方便了調試仿真。 本文中采用匯編語言編寫 FIR 濾波子程序，在主程序中用 C 語言調用。這樣就需要了解 DSP 匯編程序與 C語言之間的參數傳遞及有關的調用關系。通過 TI 相關英文文檔，知道在 C55X 自帶的 dsplib 庫中有相應的用匯編語言編寫并已優化的 FIR 濾波器源程序，這些程序都符合 TI的軟件編程規范，在 CCS 中的對選項 buildoptions 進行設置就可直接調用，另外還要把 C55X 的 dsplib 加到工程中，在程序中包含 頭文件。下面是庫的幾種 FIR 函數。 （ 1） hortfir(data*x,data*h,*r,data,*dbuffer,ushortnh,ushortnx) 這是一種直接型的濾波器函數， x為輸入樣本向量， h為系數向量， r為輸出向量，dbuffer 為緩沖區， nh 為系數個 數， nx 為輸入樣本數。 （ 2） firdec(data*x,data*h,data*r,data*dbuffer,ushortnh,ushortnx)采用抽取法。 （ 3） firinterp(data*x,data*h,data*r,data*dbuffer,ushortnh,ushortnx)采用插入法。 （ 4） intfirs(data*x,data*r,data*dbuffer,ushortnh2,ushortnx)對稱、均衡型。 （ 5） intfirs2(data*x,data*h,data*r,data*dbuffer,ushortnh2,ushortnx)一般型。 也可以把庫的函數復制到自己的工程名下，再進行編譯，這跟函數調用一樣，直接使用。在 C 程序中，參數是以指針形式建立的 。在匯編程序中，通過建立局部幀的形式來從右到左接受參數的地址，即建立了匯編與 C 的調用關系。其中，由 FDATooI 得到的頭文件的數據類型與 dsplib 庫中函數的類型不同， C55X 的數據是 16 位，由 FDATool傳遞系數給 CCS 時，應選擇有符號的 16 位整數，還有相應的修改。 版本以上的 MATLAB 中都集成了 MATLABLinktoCodeComposerStudio(tm)功能，可以通過特殊函數 run， reset， write， read,create 等在 MATLAB 中直接調試目標系統，并能將目標系統的輸出結果返送給 MATLAB。具體過程為 :先在 MATLAB 中設計 FIR 濾波器，編寫模擬信號，通過濾波器濾波，得到相應的濾波信號，以數據文件的形式保存模擬信號與濾波后的信號。然后在 CCS 中編寫 DSP 程序，編譯并修改，直到沒有錯誤，然后 MATLAB 把模擬信號寫給 DSP 程序，經 DSP 芯片濾波后， MATLAB 把濾波信號讀回，跟MATLAB 中的濾波信號 進行比較，即 MATLAB 直接控制運行 CCS 中的 DSP 程序。此方法在仿真、調試中非常有用。 結論 與展望 本文首先介紹了數字濾波器的概念及分類，以及數字濾波器的實現方法。在理解FIR 濾波器的工作原理及其設計方法的基礎上，在 MATLAB 環境下利用矩形窗設計實現FIR 濾波器。然后通過 DSP 結合 軟件進行編程，最終實現了基于 DSP 的 FIR 數字低通濾波器的設計。仿真結果表明，基于 DSP 實現的濾波器具有穩定性好、精確度高、靈活性強等優點，并能實現對信號的實時濾波。 經過 20 多年的發 展， DSP 產品的應用已擴大到人們的學習、工作和生活的各個方面，并逐漸成為電子產品更新換代的決定因素。 目前 DSP 正處于高速發展時期，它的技術可以說是日新月異，它的應用領域也隨之擴展。相信 DSP 技術發展和應用將會對社會的發展以及我們的工作生活產生更大的影響，前景十分可觀。