基于MATLAB的IIR與FIR濾波器的課程設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目 錄1前言12軟件簡(jiǎn)介22.1 Matlab軟件簡(jiǎn)介22.2 CCS軟件簡(jiǎn)介33 FIR濾波器設(shè)計(jì)53.1設(shè)計(jì)背景53.2FIR濾波器的設(shè)計(jì)原理63.3FIR設(shè)計(jì)方法63.4 FIR低通濾波器的Matlab設(shè)計(jì)83.4.1 FIR性能指標(biāo)的確定83.4.2 Matlab正弦波與方波的確定93.5 FIR低通濾波器的CCS軟件設(shè)計(jì)113.5.1 CCS匯編程序113.5.2由CCS所得的正弦波與方波仿真圖134 IIR低通濾波器的設(shè)計(jì)164.1設(shè)計(jì)背景164.2 IIR低通濾波器的設(shè)計(jì)原理與方法174.3 IIR低通濾波器的Matlab設(shè)計(jì)184.3.1 Matlab正弦波與

2、方波程序184.4 IIR低通濾波器的CCS軟件設(shè)計(jì)204.4.1 IIR低通濾波器的CCS軟件仿真204.4.2 IIR低通濾波器CCS程序225心得體會(huì)26參考文獻(xiàn)271前言DSP數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。傳感器數(shù)字信號(hào)處理是利用傳感器對(duì)模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集并把其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的電信號(hào)，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理以達(dá)到計(jì)算機(jī)輔助控制或是計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的目的。DSP 芯片是一種特別適合

3、數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，主要用來(lái)實(shí)時(shí)、快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。用DSP 芯片實(shí)現(xiàn)IIR 數(shù)字濾波器，不僅具有精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，而且因DSP 芯片的可編程性，可方便地修改濾波器參數(shù)，從而改變?yōu)V波器的特性，設(shè)計(jì)十分靈活。本課程是電子信息工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，目的為通過(guò)對(duì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)的完成，使學(xué)生理解課程教學(xué)的理論內(nèi)容，并且能夠掌握和熟悉DSP的開(kāi)發(fā)流程和基本的編程方法。FIR濾波器具有嚴(yán)格的線性相位特性，由于圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶的信息系統(tǒng)。在數(shù)字信號(hào)處理中，濾波占有極其重要的地位。數(shù)字濾波是數(shù)字信號(hào)處理的一個(gè)基本方法。一個(gè)DSP芯片執(zhí)行數(shù)字濾波算法的能力，反應(yīng)了這

4、種芯片的功能大小。隨著信息與數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)成為當(dāng)今極其重要而學(xué)科與技術(shù)領(lǐng)域之一。它在通信、語(yǔ)音、圖像、自動(dòng)控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字信號(hào)處理的基本方法中，通常會(huì)涉及到變換、濾波、頻譜分析、調(diào)制解調(diào)和編碼解碼等處理。其中濾波是應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)字濾波器的理論和相關(guān)設(shè)計(jì)也一直都是人們研究的重點(diǎn)之一。FIR濾波器的是非遞歸的，穩(wěn)定性好，精度高；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)格的線性相位特征。因此，它在高保真的信號(hào)處理，如數(shù)字音頻、圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在數(shù)字信號(hào)處理中，

5、濾波占有極其重要的地位。數(shù)字濾波是語(yǔ)音信號(hào)處理、圖像處理、模式識(shí)別、頻譜分析等應(yīng)用的基本處理算法。用DSP芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)外，還具有靈活性好等特點(diǎn)。2軟件簡(jiǎn)介2.1 Matlab軟件簡(jiǎn)介MATLAB的名稱(chēng)源自Matrix Laboratory，它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專(zhuān)門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作，而且利用MATLAB產(chǎn)品的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，可以非常容易地對(duì)MATLAB的功能進(jìn)行擴(kuò)充，從而在不斷深化對(duì)問(wèn)題認(rèn)識(shí)的同時(shí)

6、，不斷完善MATLAB產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競(jìng)爭(zhēng)能力。MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)

7、用,用戶也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。 圖2-1 Matlab主界面2.2 CCS軟件簡(jiǎn)介CCS是一種針對(duì)TMS320系列DSP的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,在Windows操作系統(tǒng)下，采用圖形接口界面，提供有環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等工具。 CCS有兩種工作模式，即 軟件仿真器模式：可以脫離DSP芯片，在PC機(jī)上模擬DSP的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。 硬件在線編程模式：可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在DSP芯片上,與硬件開(kāi)發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。 CCS的

8、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要由以下組件構(gòu)成： TMS320C54x集成代碼產(chǎn)生工具； CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境； DSP/BIOS實(shí)時(shí)內(nèi)核插件及其應(yīng)用程序接口API； 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的RTDX插件以及相應(yīng)的程序接口API； 由TI公司以外的第三方提供的各種應(yīng)用模塊插件。 CCS的功能十分強(qiáng)大，它集成了代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能，而且支持C/C+和匯編的混合編程，其主要功能如下： 具有集成可視化代碼編輯界面，用戶可通過(guò)其界面直接編寫(xiě)C、匯編、.cmd文件等； 含有集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化C編譯器、鏈接器等，將代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能集成到一個(gè)軟件環(huán)境中； 高性能編輯器支持匯編文件的動(dòng)

9、態(tài)語(yǔ)法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤； 工程項(xiàng)目管理工具可對(duì)用戶程序?qū)嵭许?xiàng)目管理。在生成目標(biāo)程序和程序庫(kù)的過(guò)程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過(guò)跟蹤信息對(duì)不同的程序進(jìn)行分類(lèi)管理； 基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼、查看寄存器、存儲(chǔ)器、反匯編、變量窗口等功能，并支持C源代碼級(jí)調(diào)試； 斷點(diǎn)工具，能在調(diào)試程序的過(guò)程中，完成硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)和條件斷點(diǎn)的設(shè)置； 探測(cè)點(diǎn)工具，可用于算法的仿真，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視等； 分析工具，包括模擬器和仿真器分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能、評(píng)價(jià)代碼執(zhí)行的時(shí)鐘； 數(shù)據(jù)的圖形顯示工具，可以將運(yùn)算結(jié)果用圖形顯示,包括顯示時(shí)域/頻域波形、眼圖、星座圖、圖像等，并能進(jìn)行自

10、動(dòng)刷新； 提供GEL工具。利用GEL擴(kuò)展語(yǔ)言，用戶可以編寫(xiě)自己的控制面板/菜單，設(shè)置GEL菜單選項(xiàng)，方便直觀地修改變量，配置參數(shù)等； 圖2-2CCS主界面3 FIR濾波器設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)背景在許多數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，F(xiàn)IR濾波器是最常用的組件之一，它完成信號(hào)預(yù)調(diào)、頻帶選擇和濾波等功能。FIR濾波器在截止頻率的邊沿陡峭性能雖然不及11R濾波器，但是，考慮到FIR濾波器嚴(yán)格的線性相位特性和不像IIR濾波器存在穩(wěn)定性的問(wèn)題，F(xiàn)IR濾波器能夠在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)字濾波器（Digital Filter，簡(jiǎn)稱(chēng)為DF）是指用來(lái)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的硬件和軟件。所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)

11、字信號(hào)，通過(guò)一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的器件。數(shù)字濾波器和模擬濾波器相比，因?yàn)樾盘?hào)的形式和實(shí)現(xiàn)濾波的方法不同，數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于一般的數(shù)字濾波器，按照單位沖激響應(yīng)可分為無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)IIR系統(tǒng)和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)FIR系統(tǒng)。在FIR系統(tǒng)中，則用一個(gè)有理多項(xiàng)式表示的系統(tǒng)函數(shù)去逼近所需要的頻率響應(yīng)，即其單位沖激響應(yīng)h（n）在有限個(gè)n值處不為零。FIR濾波器則可在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí)，保證精確、嚴(yán)格的線性相位特性。這在要求相位線性信道的現(xiàn)代電子系統(tǒng)，如圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中，是具有很大吸引力的。而且，其單位沖激

12、響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，不存在不穩(wěn)定的因素，并且可用因果系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。相較于IIR濾波器， FIR濾波器有以下的優(yōu)點(diǎn)：可以很容易地設(shè)計(jì)線性相位的濾波器。 線性相位濾波器延時(shí)輸入信號(hào)，卻并不扭曲其相位。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。 在大多數(shù)DSP處理器， 只需要對(duì)一個(gè)指令積習(xí)循環(huán)就可以完成FIR計(jì)算。在實(shí)際中，所有的DSP濾波器必須用有限精度實(shí)現(xiàn)，而在IIR濾波器中使用有限精度會(huì)產(chǎn)生很大的問(wèn)題，由于采用的是反饋電路，因此IIR通常用非常少的bit實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)者就能解決更少的與非理想算術(shù)有關(guān)的問(wèn)題。可以用小數(shù)實(shí)現(xiàn)。 不像IIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器通常可能用小于1的系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用定點(diǎn)DSP的時(shí)候，這也是一個(gè)考慮因素，它能使得

13、實(shí)現(xiàn)更加地簡(jiǎn)單。3.2FIR濾波器的設(shè)計(jì)原理有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本的元件?？梢栽诒ＷC任意幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時(shí)其單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。FIR濾波器在通信、圖像處理、模式識(shí)別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。FIR濾波器無(wú)反饋回路，是一種條件穩(wěn)定系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成具有線性相位特性。設(shè)FIR濾波器的系數(shù)為h(0)、h(1)、h(2)、h(3)···h(N-2)、h(N-1)；X(n)表示濾波器在n時(shí)刻的輸入，則n時(shí)刻的輸出為：FIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示: 圖3-1 數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)框圖3.3FI

14、R設(shè)計(jì)方法本次利用CCS軟件完成一個(gè)15階FIR的低通濾波器的設(shè)計(jì)，并根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)知，周期信號(hào)可以由若干離散頻率的正弦波的疊加形成，通過(guò)對(duì)方波和不同諧波正弦波的疊加的濾波，完成對(duì)高頻的濾除，剩下一次基波正弦波。其中在CCS軟件中實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)不同長(zhǎng)度的序列的時(shí)域卷積，即實(shí)現(xiàn)的是頻域中的低通濾波。FIR低通濾波器的時(shí)域參數(shù)，不同正弦波的疊加所產(chǎn)生的序列，以及方波的序列參數(shù)均由MATLAB軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)加載到CCS編程過(guò)程中開(kāi)辟的數(shù)據(jù)空間，由卷積程序?qū)崿F(xiàn)濾波過(guò)程。實(shí)現(xiàn)濾波之后需要對(duì)所濾出的波形及數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，可通過(guò)CCS軟件所提供的頻譜進(jìn)行分析；濾波之后的數(shù)據(jù)可通過(guò)與MATLAB卷積后的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

15、進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否正確和符合設(shè)計(jì)要求。 本設(shè)計(jì)采用循環(huán)緩沖區(qū)法：循環(huán)緩沖區(qū)法特點(diǎn)如下：1 對(duì)于N級(jí)FIR濾波器，在存儲(chǔ)區(qū)中開(kāi)辟一個(gè)N單元的緩沖區(qū)（滑窗），用來(lái)存放最新的N個(gè)輸入樣本；2 從最新樣本開(kāi)始取數(shù)；3 讀完最后一個(gè)樣本（最老樣本）后，輸入最新樣本來(lái)代替最老樣本，而其他數(shù)據(jù)不變；4 用片內(nèi)BK（循環(huán)緩沖區(qū)長(zhǎng)度）寄存器對(duì)緩存區(qū)進(jìn)行間接尋址，使循環(huán)緩沖區(qū)首尾相鄰。3.4 FIR低通濾波器的Matlab設(shè)計(jì)3.4.1 FIR性能指標(biāo)的確定MATLAB確定濾波器程序如下 b=fir1(15,0.4);freqz(b,1);figure(1);figure(2);title('頻率特性&

16、#39;)plot(w1/pi,20*log10(abs(h1);axis(0,1,-100,20);grid;xlabel('歸一化頻率/p')ylabel('幅度/dB')%產(chǎn)生測(cè)試用正弦信號(hào)和噪聲信號(hào)濾波器的幅頻特性和相頻特性與歸一化波形如圖3-2，圖3-3所示 圖3-2 FIR低通濾波器的幅頻特性和相頻特性圖3-3歸一化波形3.4.2 Matlab正弦波與方波的確定Matlab程序如下：figure(3)x=0:2*pi/1024:2*pi;y1=sin(1*x*2*pi+pi/6);y2=sin(50*x*2*pi);y3=y1+y2;y4=conv(

17、y3,b);subplot(4,1,1);plot(y1);subplot(4,1,2);plot(y2);subplot(4,1,3);plot(y3);subplot(4,1,4);plot(y4);figure(4)x=0:2*pi/1024:2*pi;x1=4*square(1*pi*10*x);x2=conv(x1,b);subplot(2,1,1);plot(x1);subplot(2,1,2);plot(x2);由Matlab產(chǎn)生的波形如圖3-3，圖3-4所示 圖3-3正弦波波形 圖3-4方波波形在Matlab軟件中仿真出來(lái)的正弦波與方波的波形，通過(guò)低通濾波之后均能顯示出來(lái)比較正

18、確正弦波與方波。3.5 FIR低通濾波器的CCS軟件設(shè)計(jì)3.5.1 CCS匯編程序1.Fir.asm文件 .title "fir.asm" .mmregs .global _mainHn: .usect "Hn" , 16M: .usect "M", 16Xn: .usect "Xn", 200 Yn: .usect "Yn", 215 .dataHDATA: .word 34*32768/10000, -18*32768/10000,.word -108*32768/10000,227*327

19、68/10000 .word 165*32768/10000, -997*32768/10000, .word 596*32768/10000, 5082*32768/10000.word 5082*32768/10000, 596*32768/10000, .word -977*32768/10000, 165*32768/10000.word 227*32768/10000, -108*32768/10000,.word -18*32768/10000, 34*32768/10000 .text_main: SSBX FRCT STM #Hn,AR5 ;AR5指向沖激響應(yīng) RPT #15

20、MVPD HDATA,*AR5+ STM #M,AR4 ;AR4指向緩沖區(qū)間 RPTZ A,#15 STL A,*AR4+ STM #Xn,AR3 ;AR3指向輸入 STM #Yn,AR2 ;AR4指向輸出 STM #(Hn+15),AR5 ; STM #(M+15),AR4 STM -1,AR0 LD #M,DP MVDD *AR3+,*AR4 ;向緩沖去送數(shù) STM #215,BRC RPTB #TABLE ;卷積算法 STM #16,BK RPTZ A,#15 MAC *AR4+0%,*AR5+0%,A STH A,*AR2+ TABLE: MVDD *AR3+,*AR4+0% .end

21、vectors中斷向量文件.title "vectors.asm".ref _main.sect ".vectors"B _main.endCMD鏈接命令文件vectors.objfir.obj-o fir.out-m fir.mapMEMORY PAGE 0: EPROM: org=0E000H len=1000H VECS : org=0FF80H len=0080H PAGE 1: SARAM: org=0060H len=0040H DARAM: org=0101H len=1380HSECTIONS .text :> EPROM PAGE

22、 0 .vectors :> VECS PAGE 0 .data :> EPROM PAGE 0 .bss :> SARAM PAGE 1 Hn : align(128)> DARAM PAGE 1 BUF : align(128)> DARAM PAGE 1 Xn :> DARAM PAGE 1 Yn :> DARAM PAGE 13.5.2由CCS所得的正弦波與方波仿真圖低通濾波器濾得的正弦波波形 圖3-5 CCS所濾得的正弦波低通濾波器濾得的正弦波頻譜 圖3-6 CCS所濾得的正弦波頻譜在CCS軟件中，通過(guò)程序設(shè)計(jì)出來(lái)的低通濾波器的波形圖的仿真，

23、以及CCS通過(guò)低通濾波器之后的正弦波的頻譜波形，通過(guò)濾波之后，濾出來(lái)的正弦波比較符合理想設(shè)計(jì)中的低通濾波器。低通濾波器濾得的方波波形 圖3-7 CCS所濾得的方波波形低通濾波器濾得的方波頻譜圖3-8 CCS所濾得的正弦波頻譜頻譜分析：由圖3-6，3-8可知不同頻率正弦波的疊加可分解成不同的離散頻率。在歸一化后頻率正弦波的頻譜。經(jīng)過(guò)DSP程序?yàn)V波后的波形為低頻正弦波，由圖11可知只在200rad/s處存在頻譜，即實(shí)現(xiàn)了將高頻濾出，將低頻濾出的目的。同MATLAB軟件運(yùn)行結(jié)果對(duì)比知結(jié)果一致。4 IIR低通濾波器的設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)背景數(shù)字濾波器又分為無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器(IIR)和有限沖激響應(yīng)濾波器(F

24、IR)。FIR濾波器具有不含反饋環(huán)路、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及可以實(shí)現(xiàn)的嚴(yán)格線性相位等優(yōu)點(diǎn)，因而在對(duì)相位要求比較嚴(yán)格的條件下，采用FIR數(shù)字濾波器。同時(shí)，由于在許多場(chǎng)合下，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，因而對(duì)于單片機(jī)的性能要求也越來(lái)越高。由于DSP控制器具有許多獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，例如采用多組總線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行處理，獨(dú)立的累加器和乘法器以及豐富的尋址方式，采用 DSP控制器就可以提高數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的能力，可以對(duì)數(shù)字信號(hào)做到實(shí)時(shí)處理。DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）與一般的微處理器相比有很大的區(qū)別，它所特有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令集合、數(shù)據(jù)流程方式為解決復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理問(wèn)題提供了便利，本文選用TMS320C5509作為DSP處理芯片，

25、通過(guò)對(duì)其編程來(lái)實(shí)現(xiàn)IIR濾波器。對(duì)數(shù)字濾波器而言,從實(shí)現(xiàn)方法上，有FIR濾波器和無(wú)限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器之分。由于FIR濾波器只有零點(diǎn)，因此這一類(lèi)系統(tǒng)不像IIR系統(tǒng)那樣易取得比較好的通帶與阻帶衰減特性。但是IIR系統(tǒng)與傳統(tǒng)的通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)的模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1、單位沖擊響應(yīng)有無(wú)限多項(xiàng);2、高效率（因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系數(shù)小、乘法操作較少）3、與模擬濾波器有對(duì)應(yīng)關(guān)系4、可以解析控制，強(qiáng)制系統(tǒng)在指定位置為零點(diǎn)5、有極點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮穩(wěn)定性6、具有反饋，可能產(chǎn)生噪聲、誤差累積4.2 IIR低通濾波器的設(shè)計(jì)原理與方法IIR 數(shù)字濾波器可用一個(gè)n階差分方程y(n)=brx(n-r)+aky(n

26、-k),IIR數(shù)字濾波器的單位響應(yīng)是無(wú)限長(zhǎng)的,而模擬濾波器一般都具有無(wú)限長(zhǎng)的單位脈沖響應(yīng),因此與模擬濾波器相匹配。由于模擬濾波器的設(shè)計(jì)在理論上已十分成熟,因此數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是將H(S)H(Z),即,利用復(fù)值映射將模擬濾波器離散化。已經(jīng)證明,沖擊響應(yīng)不變法和雙線性變換法能較好地?fù)?dān)當(dāng)此任,則在此基礎(chǔ)上,數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)就可首先歸結(jié)為模擬濾波器的設(shè)計(jì)了。要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波器去仿真一個(gè)模擬濾波器有脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法。其設(shè)計(jì)過(guò)程都是由給定的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Ha(s)去變換出相應(yīng)的數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。脈沖響應(yīng)不變法的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：為方便求出其時(shí)域單位脈沖響應(yīng)，將上式化為部分分

27、式之和的形式：由拉氏反變換得模擬濾波器在時(shí)域的單位脈沖響應(yīng)：由時(shí)域的數(shù)字仿真的條件（即脈沖響應(yīng)不變準(zhǔn)則）可得相應(yīng)的數(shù)字濾波器的脈沖響應(yīng)：再對(duì)兩邊進(jìn)行Z變換，即可得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)：4.3 IIR低通濾波器的Matlab設(shè)計(jì)4.3.1 Matlab正弦波與方波程序方波波形程序x=0:2*pi/256:2*pi;x3=square(1*pi*5.1*x);%x1=sin(2*pi*100*x);%x2=sin(2*pi*1*x);%x3=x2+x1;plot(x3);plout=x3/max(x3);x3to_ccs=round(32767*plout);fid=fopen('squ

28、are.dat','w');fprintf(fid,'1651 1 0 0 0n');fprintf(fid,'%#xn',x3to_ccs);fclose(fid);正弦波波形程序x=0:2*pi/256:2*pi;%x1=square(1*pi*10*x);x1=sin(2*pi*100*x);x2=sin(2*pi*1*x);x3=x2+x1;plot(x3);plout=x3/max(x3);x3to_ccs=round(32767*plout);fid=fopen('sin.dat','w');f

29、printf(fid,'1651 1 0 0 0n');fprintf(fid,'%#xn',x3to_ccs);fclose(fid);雙線性變換法： fc=4500; fs=30000; fb=3000; wb=fb*2*pi/fs; wc=fc*2*pi/fs; Ap=1; As=15; Wb=2*fs*tan(wb/2); Wc=2*fs*tan(wc/2); N,Wn=buttord(Wb,Wc,Ap,As,'s');b,a=butter(N,Wn,'s');bz,az=bilinear(b,a,fs);h,w=freq

30、z(bz,az,256);plot(w*fs/(2*pi),20*log10(abs(h);grid on;axis(0 5000 -20 1);4.4 IIR低通濾波器的CCS軟件設(shè)計(jì)4.4.1 IIR低通濾波器的CCS軟件仿真方波濾得的波形圖4-2 方波濾得的波形方波的頻譜波形圖4-3 方波的頻譜波形通過(guò)Matlab設(shè)計(jì)，以及在CCS之中通過(guò)編寫(xiě)程序設(shè)計(jì)出來(lái)的IIR低通濾波器，濾出來(lái)的方波波形如上圖所示，經(jīng)驗(yàn)證與理想中設(shè)計(jì)的低通濾波器比較吻合，能夠正確的過(guò)濾出來(lái)正弦波形正弦波濾得的波形圖4-4 正弦波濾得的波形正弦波的頻譜圖4-5 正弦波的頻譜波形通過(guò)CCS軟件的程序設(shè)計(jì)，能夠正確的過(guò)濾出

31、來(lái)正弦波，說(shuō)明該IIR低通濾波器的設(shè)計(jì)比較的符合本次課程設(shè)計(jì)的要求4.4.2 IIR低通濾波器CCS程序Iir.asm文件.title"iir.asm" .mmregs .def _c_int00 x .usect "x",7y .usect "y",7b .usect "b",7a .usect "a",7 output .usect "output",320input .usect "intput",256 .datatable .word 0 .wo

32、rd 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 6*16384/10000 .word 35*16384/10000 .word 87*16384/10000 .word 116*16384/10000 .word 87*16384/10000 .word 35 *16384/10000 .word 6*16384/10000 .word 628*16384/10000 .word -5458*16384/10000 .word 20275*16384/1000

33、0 .word 41433*16384/10000 .word 49501*16384/10000 .word 33143*16384/10000_c_int00: ssbx frct stm #x,ar1 rpt #5 mvpd #table,*ar1+ stm #y,ar1 rpt #5 mvpd #table+6,*ar1+ stm #b,ar1 rpt #6 mvpd table+12,*ar1+ stm #a,ar1 rpt #5 mvpd #table+19,*ar1+ stm #x+6,ar2 stm #a+5,ar3 stm #y+5,ar4 stm #b+6,ar5 stm

34、#7,bk stm #-1,ar0 stm #input,ar6 stm #output,ar7 stm #255,brciir rptb next-1 ld *ar6+,a stl a,-1,*ar2 mpy *ar2+0%,*ar5+0%,a mac *ar2+0%,*ar5+0%,a mac *ar2+0%,*ar5+0%,a mac *ar2+0%,*ar5+0%,a mac *ar2+0%,*ar5+0%,a mac *ar2+0%,*ar5+0%,a mac *ar2,*ar5+0%,a mac *ar4+0%,*ar3+0%,a mac *ar4+0%,*ar3+0%,a mac

35、 *ar4+0%,*ar3+0%,a mac *ar4+0%,*ar3+0%,a mac *ar4+0%,*ar3+0%,a mac *ar4+0%,*ar3+0%,a mar *ar3+0% sth a,*ar4 sth a,*ar7+next: b next .endvectors.asm文件.title "vectors.asm" .ref _c_int00 .sect ".vectors" B _c_int00 .end中斷向量文件 iir.obj vectors.obj -o iir.out -m iir.mapMEMORY page 0:rom1 :org=0100h,len=1000h rom2 :org=2