DSP課程設(shè)計方案fir數(shù)字濾波器

1、北華航天工業(yè)學(xué)院 課程設(shè)計報告（論文） 設(shè)計課題：DSP的FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計 專業(yè)班級： B11211 學(xué)生姓名： 張斌 指導(dǎo)教師： 李迎春 設(shè)計時間： 2014.05.30 北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系 基于 DSP 的 FIR 數(shù)字濾波器課程設(shè)計任務(wù)書 姓名： 張斌 專業(yè)： 電子信息工程 班級： B11211 指導(dǎo)教師： 李迎春 職稱： 課程設(shè)計題目 基于 DSP 的 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求： 1 設(shè)計一個采樣頻率為 32KHZ，截止頻率約為 6.5KHZ 的低通 FIR 濾波 器，要求阻帶衰減大于 50dB。FIR 濾波器的 DSP 編程采用 C 語言實現(xiàn)。在

2、 CCS Simulator 中調(diào)試。調(diào)試成功后，進行以下步驟。 2由實驗箱信號發(fā)生器產(chǎn)生 4KHz 的模擬方波信號，然后進行 AD 轉(zhuǎn) 換，存放在內(nèi)存單元中觀察這些數(shù)據(jù)的波形，然后通過 DA 轉(zhuǎn)換后輸出，在 示波器上觀察輸出方波信號。 3.在串口數(shù)據(jù)的米集和發(fā)送程序中插入設(shè)計好的 FIR 低通濾波器。對米 集的方波信號進行數(shù)字低通濾波得到基波分量，存放在內(nèi)存單元中觀察這些 數(shù)據(jù)的波形，并將濾波得到的基波分量通過 DA 轉(zhuǎn)換后輸出，在示波器上觀 察輸出信號。 4 .擴展要求（根據(jù)實際進度選做）： 1 對采集的方波信號進行 FFT 變換，在 CCSt 分析方波頻譜。 2）采集 4KHz 的模擬三

3、角波或正弦波信號，并在 CCS 中進行 Huffman 編 碼 所需儀器設(shè)備：示波器，通用 PC 一臺，ICETEK-5100USB 仿真器一臺, 成果驗收形式： 參考文獻：ICETEK-VC5509-A 指導(dǎo)書 3.3-v3 TM 時間 安排 第 1 單元 發(fā)設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計任務(wù)、技術(shù)要求，查找資 料。 第 2、3 單元 FIR 濾波器設(shè)計及 DSP 編程。 第 4、5 單元 學(xué)習(xí)和掌握 TMS320VC5509 片上 A/D 的使用。 第 6、7 單元 學(xué)習(xí) D/A 轉(zhuǎn)換器與 TMS320VC5509 的接口與使用方法。 第 8 單元 在數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送程序中插入設(shè)計好的 FIR 低通

4、濾 波器，在示波器上觀察輸出信號。 第 9 單元 撰寫課程設(shè)計報告。 第 10 單元 課程設(shè)計答辯。 指導(dǎo)教師：李迎春 教研室主任： 2014 年 5 月 30 日 注：本表下發(fā)學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份，欄目不夠時請另附頁。 課程設(shè)計任務(wù)書裝訂于設(shè)計計算說明書（或論文）封面之后，目錄頁之前。 目錄 第 1 章緒論 . 錯誤！未定義書簽。 1.1 設(shè)計背景 . 3 1.2 設(shè)計要求 . 3 1.3 設(shè)計思路簡介 . 4 第 2 章系統(tǒng)開發(fā)平臺與環(huán)境 . 4 1.1 CCS 開發(fā)環(huán)境 . 4 2.2 SEED-DEC281 開發(fā)實驗箱 . 4 第 3 章 FIR 濾波器設(shè)計過程 . 4 3.1 FI

5、R 濾波器設(shè)計總框圖 . 4 3.2 FIR 濾波器設(shè)計的原理 . 錯誤！未定義書簽。 3.3 FIR 濾波器的設(shè)計法 . 5 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 6 4.1 程序源代碼 . 6 第 5 章系統(tǒng)仿真 . 10 5.1 仿真設(shè)置 . 14 5.2 仿真圖 . 14 第 6 章總結(jié) .15 參考文獻 . 15 第1章緒論 1.1 設(shè)計背景 在信號處理中， 濾波占有十分重要的地位。 數(shù)字濾波是數(shù)字信號處理的基 本方法。數(shù)字濾波與模擬濾波相比有很多優(yōu)點，它除了可避免模擬濾波器固有 的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題外，還能滿足濾波器對幅度和相位的嚴格 要求。低通有限沖激響應(yīng)濾波器（低通FIR濾波

6、器）有其獨特的優(yōu)點，因為 FIR 系統(tǒng)只有零點，因此，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的，而且容易實現(xiàn)線性相位和允許實現(xiàn)多 通道濾波器。 DSP （數(shù)字信號處理器）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)字信號處理問題提供了 便利，本文選用 TMS320C54X作為DSP處理芯片，通過對其編程來實現(xiàn) FIR濾波器。 對數(shù)字濾波器而言，從實現(xiàn)方法上，有 FIR 濾波器和無限沖激響應(yīng)（IIR）濾波 器之分。由于FIR濾波器只有零點，因此這一類系統(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 FIR系統(tǒng)有自己突出的優(yōu)點：系統(tǒng)總是穩(wěn)定 的。易實現(xiàn)線性相位。

7、允許設(shè)計多通帶（阻帶）濾波器。其中后兩項是IIR 系統(tǒng)不易實現(xiàn)的。 1.2 設(shè)計要求 利用C語言在CCS環(huán)境中編寫一個FIR濾波器程序，并能利用已設(shè)計好 的濾波器對常用信號進行濾波處理。 1.3 設(shè)計思路簡介 在 TMS320C55X 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 CCS（ Code Composer Studio）下對 FIR濾波器的DSP實現(xiàn)原理進行討論。利用 C語言設(shè)計相應(yīng)的濾波器，通過 實驗仿真，從輸入信號和輸出信號的時域和頻域曲線可看出在 DSP上實現(xiàn)的 FIR濾波器能完成預(yù)定的濾波任務(wù)。 1.1 CCS 開發(fā)環(huán)境 產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù) 調(diào)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

8、試，它能夠加速開發(fā)進程DS提高工作效率。 CCS提供了基本的代碼生成工具，它們具有一磁I的調(diào)試、分析能力 CCS支持如下圖1.1所示的開發(fā)周期的所有階段 第 2 章系統(tǒng)開發(fā)平臺與環(huán)境 開始 CCS提供了配置、建立、 讀入新數(shù)據(jù)并存放到 。 棧頂 第 3 章 FIR 濾波器設(shè)計過程 3.1 FIR 濾波器設(shè)計總框圖濾波處理 是 結(jié)束 FIR 濾波器設(shè)計總框圖如圖 3.2 FIR 濾波器設(shè)計的原理 設(shè)ai(i=0 , 1, 2,，N-1)為濾波器的沖激響應(yīng)，輸入信號為x(n),則 FIR濾波器的輸入輸出關(guān)系為： 4 J i y(n) 圖 3.2 FIR 濾波器的結(jié)構(gòu) 3.3 FIR 濾波器的設(shè)計方

9、法 循環(huán)緩沖算法：對于N級的FIR濾波器，在數(shù)據(jù)存儲器中開辟一個稱之為 滑窗的N個單元的緩沖區(qū)，滑窗中存放最新的 N個輸入樣本。每次輸入新的 樣本時，一新樣本改寫滑窗中的最老的數(shù)據(jù)， 而滑窗中的其他數(shù)據(jù)不需要移 動。 利用片內(nèi)BK (循環(huán)緩沖區(qū)長度)寄存器對滑窗進行間接尋址，環(huán)緩沖區(qū) 地址首位相鄰。下面，以 N=5的FIR濾波器循環(huán)緩沖區(qū)為例，說明循環(huán)緩沖 區(qū)中數(shù)據(jù)是如何尋址的。 5級循環(huán)緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)如圖 址。 FIR濾波器的結(jié) N-1 !-0 構(gòu)如圖3.2所示: X(n) X( n-1) X( n-2) X(n-N+1) a0 al ar 3.3所 圖 3.3 循環(huán)緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu) 4 當(dāng)?shù)谝淮?/p>

10、執(zhí)行完y(n )=vajX( ni)之后，間接尋址的輔助寄存器 A&指向 i x(n-4)。然后，從 I/O 口輸入數(shù)據(jù)x(n+1)，將原來存放x(n-4)的數(shù)據(jù)存儲單元 4 改寫為X(n+1)。接著，進行第二次乘法累加運算， y(n 1 aiX(n，1 i)， i丄 最后 ARx指向x(n-3)。然后從 I/O 口輸入數(shù)據(jù)x(n+2)，將原來存放x(n-4)的數(shù) 據(jù)存儲器單元改寫為x(n+2)。 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 程序源代碼 4.1.1 FILTER.c 代碼： #in elude DSP28_Device.h #inelude filter.h #inelude ex

11、t_inf.h un sig ned int DataL on g=1024 un sig ned int i,j。 un sig ned int k= 0。 un sig ned short Ad_data2048。 short Ad_data_sig ned2048。 short filter_result1024。 un sig ned int con vco unt = Q 數(shù)據(jù)存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 x(n) x(n) x(n-1) x(n-2) x(n-3) x(n+1) x(n-1) x(n-2) x(n-2) x(n-1) 數(shù)據(jù)存儲器 volatile un sig ned int

12、 adc onv over =0 interrupt void ISRTimer2(void)。 in terrupt void ad(void)。 void mai n(void) /* 初始化系統(tǒng) */ InitSysCtrl() 。 /* 關(guān)中斷 */ DINT。 IER = 0 x0000。 IFR = 0 x0000。 /* 初始化 PIE 中斷*/ InitPieCtrl() 。 /*初始化PIE中斷矢量表*/ InitPieVectTable()。 / 初始化 cputimer InitCpuTimers() 。 /* 設(shè)置中斷服務(wù)程序入口地址 */ EALLOW 。 PieVe

13、ctTable.TINT2 = &ISRTimer2。 PieVectTable.ADCINT = &ad。 EDIS。 /* 開中斷*/ IER |= M_INT1。/ADC 中斷 EINT。 ERTM。 /* 設(shè)置 CPU*/ DINT。 ConfigCpuTimer(&CpuTimer2, 150, 22) 。 StartCpuTimer2()。 /* 開中斷 */ IER |= M_INT14 。 EINT。 InitAdc() 。 for( 。 ) if (adconvover=1) /*fir 濾波處理 */ for(i=0 。 i=16)。 _nasser

14、t(n=16。) for(j=0。 jm。 j+) acc=O。 for(i=0。i=m) break。 else y0=(long)xi+j*(long)hi。 acc=acc+y0 *y+=(short)(accs)。 第 5 章系統(tǒng)仿真 5.1 仿真設(shè)置 1.fir_filter(Ad_data_sig ned,hfir,filter_result,ORDER_FIR,DataL ong ,ROUND_FIR)和 adconvover=0處設(shè)置斷點 2.在 Graph Property Dialog 中設(shè)置 Start Address和 Display Type如 圖 5.1、圖 5.2

15、、圖 5.3、圖 5.4 圖 5.1 圖 5.2 圖 5.3n Graph Property Dhlof X 1 Display Type FFT Nagni India 4 1 Graph Ti.tlt Graphieal Di雪play 1 Signail Type R al Start Address filter_r 電 ult Data Acqui si tion Buff-er 5i zt 1000 = 1 FFT Frwnesi za 1000 FFT Ordar 10 FFT WindQing on. tmgle Display Peak and Mold Off DSF Data Type 32一bit signed integer Q-valie 0 Sampling Ratg Oil) 1 Plot D程 3 Froii Left to Right Left-shiftfid D&ta Display 圖 5.4 3設(shè)置實驗板輸入信號的參數(shù)，再運行程序得到仿真圖 5.2 仿真圖 （1）噪聲三角波，頻率為 4KHz，振幅為800mV。濾波前的波形如圖5.9 和圖5.10，濾波后的波形如圖5.11和圖5.12。 圖 5.9 圖 5.10 圖 5.11 圖 5.12 第 6 章總結(jié) FIR濾波器的設(shè)計是數(shù)字信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)，也是 DSP芯片的重要