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1、 北 华 航 天 工 业 学 院课程设计报告（数字信号处理与 DSP 课程设计）设计课题：数字滤波器设计与基于TMS320C5509A 的实现专业班级： 通信工程 学生姓名：设计时间： 2014 年 6 月 北华航天工业学院电子工程系 数字信号处理与 DSP 课程设计 课程设计任务书姓 名： 专业： 通信工程 班 级：指导教师： 职称： 教授 助教课程设计题目：数字滤波器设计与基于 TMS320C5509A 的实现设计要求：本次课设的任务是输入方波或三角波信号，经过 AD 采集后，由 DSP 对信号进行处理，得到与方波相同频率的正弦波，通过 DAC 转换后输出，在示波器上观察输出的正弦波信号。
2、（1）信号：调节实验箱信号源的波形频率（波形输出波形选择调为方波或三角波，频率调整调至 100-1KHz 档）。（2）AD 采集程序设计和实现编写和调试 AD 采集程序，实现信号的 AD 采集。注意采样率的确定、控制方法。用CCS 图形显示信号波形。（3）FIR 滤波器系数、IIR 滤波系数的设计 使用 MATLAB 来设计 FIR 数字滤波器、IIR 数字滤波器。（4）DA 程序设计和实现了解 ICETEKVC5509-A 板扩展数模转换方式；掌握数模转换程序设计方法。（5）系统集成，在实验箱上由硬件实现信号的实时滤波整合前三个工程，实现信号的实时滤波；将滤波后的信号通过 DAC 转换后输出
3、，在示波器上观察输出信号。*（6）基于现有 ICETEKVC5509-A 开发板及实验箱资源，自由拓展。 （比如，利用键盘或拨码开关控制选择滤波器的类型，液晶显示屏显示采集信号、滤波后输出信号波形等） 。所需仪器设备：电脑，DSP 实验箱（含硬件仿真器） ，示波器成果验收形式：演示，在 CCS 中及在示波器上观测到正确输出信号参考文献：1. TMS320C55x DSP 应用系统设计 （第 2 版） 赵洪亮等 编著 北京航空航天大学出版社 2.TMS320C55x DSP 原理及应用 汪春梅（第 3 版 ） 电子工业出版社3. ICETEK DSP 教学实验箱使用手册4. ICETEK-VC5
4、509-A 指导书时间安排2-3 人组成 1 个小组，每组有一名组长，负责组织本组围绕课设内容相互讨论、相互交流和相互协作完成课设任务，互相帮助使小组每位同学清楚课设的每一部分内容及实现方法。 （一）第一周的工作安排（2014 年 6 月 9 日-2014 年 6 月 13 日）：1全体学生集中，介绍和说明本次综合课程设计的目的、实施方法和要完成的任务内容；2给学生一些本次综合课程设计相关参考资料；引导学生进行扩展设计和应用；3学生自己完成：应用 MATLAB 设计滤波器；滤波器的 DSP 编程实现，使用 CCS 的时域和频域波形视窗观察时域输入 /输出信号波形和频谱；VC5509A片内 AD
5、C 的原理及控制方法； TLC7528 数模芯片的使用及数模转换程序设计方法。教师进行辅导答疑。（二）第二周的工作安排（2014 年 6 月 16 日-2014 年 6 月 20 日）：1各小组宣讲小组设计方案（阶段验收）（周一、周二）针对课题涉及到各部分，各小组宣讲设计方案，其他组同学可以向该小组成员提问，并给该小组成员打分。教师提问点评，给小组成员打分。（特别是3 个思考题，各小组要给出设计结果或实施方案）2指导学生完成整个设计任务：整合前三个工程，实现信号的实时滤波；将滤波后的信号通过 DAC 转换后输出，在示波器上观察输出信号。（周三、周四）。3.最后一天验收学生的课程设计成果（周五）
6、。指导教师： 教研室主任： 2014 年 6 月 9 日内 容 摘 要随着科学技术的飞速发展,数字信号处理技术广泛的应用在各种领域中,而数字滤波技术在数字信号处理中占有极其重要的地位。数字信号处理由于具有精度高、灵活性强等优点，已广泛应用于图像处理、数字通信、雷达等领域。FIR(Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR 滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。 本次课设的任务是输入方波
7、或三角波信号，经过 AD 采集后，由 DSP 对信号进行处理，得到与方波相同频率的正弦波，通过 DAC 转换后输出，在示波器上观察输出的正弦波信号。索引关键词： DSP FIR 数字滤波器 AD DA 目 录一 概 述 6二 方案设计6三 参数计算6 四 程序清单7五 结果展示11六 思考题15七 心得体会17八 参考文献 17一、概述 DSP 芯片是一种特别适合数字信号处理运算的微处理器，主要用来实时、快速地实现各种数字信号处理算法。数字信号处理由于具有精度高、灵活性强等优点，已广泛应用于图像处理、数字通信、雷达等领域。数字滤波技术在数字信号处理中占有极其重要的地位，数字滤波器根据其单位脉冲
8、响应可分为IIR（无限长冲激响应滤波器）和 FIR（有限长冲激响应滤波器）两类。 IIR 滤波器可以用较少的阶数获得很高的选择特性，但在有限精度的运算中，可能出现不稳定现象，而且相位特性不好控制。数字滤波器本质上是一个完成特定运算的数字计算过程，也可以理解为是一台计算机。FIR(Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR 滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。本次课设的任务是输入方波或
9、三角波信号，经过 AD 采集后，由 DSP 对信号进行处理，得到与方波相同频率的正弦波，通过 DAC 转换后输出，在示波器上观察输出的正弦波信号。二、方案设计本次课设主要研究了数字滤波器的基本理论和实现方法。接着研究分析了如何利用 MATLAB 仿真软件来设计出符合各种要求的数字滤波器，并对所设计的滤波器进行仿真得到系数，本文还应用 DSP 集成开发环境CCS 调试汇编程序，为后面在 DSP 上实现提供必要的数据。 本课题选择在 TM320C5509 DSP 综合实验开发系统平台上进行开发。最后采用窗函数法在 CCS 环境下，利用 MATLAB 仿真得到的滤波器系数，编程实现 fiR 数字滤波
10、器，得出滤波结果波形，并对结果进行分析与总结。 由实验箱信号发生器产生 1KHz 的模拟方波信号，然后进行 AD 转换，存放在内存单元中观察这些数据的波形，然后通过 DA 转换后输出，在示波器上观察输出方波信号。三、参数计算FIR 数字滤波器是一种非递归系统，其传递函数为:H(z)=Y(z)/X(z)=b(n)z-n 由此可得到系统的差分方程为：y(n)=h(i)x(n-i)，其冲击响应 h(n)是有限长序列，它其实就是滤波器系数向量 b(n),N 为 FIR 滤波器的阶数。为了使滤波器满足线性相位条件，要求其单位脉冲响应 h(n)为实序列，且满足偶对称或奇对称条件，即 h(n)=h(N-1-
11、n)或 h(n)=- h(N-1-n) 这样，当 N 为偶数时，偶对称线性相位 FIR 滤波器的差分方程表达式为：y(n)=h(i)x(n-i)+x(N-1-n-i) 应用 MATLAB 设计 FIR 滤波器的主要任务就是根据给定的性能指标设计一个H（z）,使其逼近这一指标，进而计算并确定滤波器的系数 b(n),再将所设计滤波器的幅频响应、相频响应曲线作为输出，与设计要求进行比较，对设计的滤波器进行优化，设计完成之后将得到 FIR 滤波器的单位冲击响应序列 h(n)的各个参数值。具体步骤：(1)根据对过渡带宽及阻带衰减要求，选择窗函数的类型并估计窗口长度 N。窗函数类型可根据其阻带最小衰减 A
12、s 的条件独立选择，因为其长度 N 对阻带最小衰减没有影响。在确定窗函数类型后，就可以根据过渡带宽小于给定指标的条件，确定所拟用的窗函数长度 N，设待求滤波器的过渡带为 w ，它近似与窗口长度 N 成反比。窗函数类型确定后，其计算公式也确定了，不过这些公式是近似的，得出的长度还要在计算中逐步修正。原则是在保证阻带最小衰减满足要求的情况下尽量选择较小的 N。在 N 和窗函数类型确定后即可用MATLAB 中的窗函数求出 wd。 (2)根据待求滤波器的理想频率响应求出单位脉冲响应 hd(n)。如果给出待求滤波器的频率响应为 hd(eW)，那么其单位脉冲响应用傅立叶反变换求出。在一般情况下，hd(n)
13、 是不能用封闭公式表示的，需要采用数值方法，从 w=0 到w=2pi 采样 N 点，靠 IDFT 求出。对于分段为常数的理想幅频特性，可以利用MATLAB 编出一个计算理想低通滤波器频率特性的子程序。其他选频滤波器特性都可以由低通特性合成。FIR 数字滤波器是一种非递归系统，其传递函数为： H(z)=Y(z)/X(z)=b(n)z-n 由此可得到系统的差分方程为：y(n)= h(i)x(n-i)，其冲击响应 h(n)是有限长序列，它其实就是滤波器系数向量b(n),N 为 FIR 滤波器的阶数。 为了使滤波器满足线性相位条件，要求其单位脉冲响应 h(n)为实序列，且满足偶对称或奇对称条件，即 h
14、(n)=h(N-1-n)或 h(n)=- h(N-1-n) 这样，当 N 为偶数时，偶对称线性相位 FIR 滤波器的差分方程表达式为：y(n)= h(i)x(n-i)+x(N-1-n-i) 应用 MATLAB 设计 FIR 滤波器的主要任务就是根据给定的性能指标设计一个H（z）,使其逼近这一指标，进而计算并确定滤波器的系数 b(n),再将所设计滤波器的幅频响应、相频响应曲线作为输出，与设计要求进行比较，对设计的滤波器进行优化，设计完成之后将得到 FIR 滤波器的单位冲击响应序列 h(n)的各个参数值。根据实验要求用 MATLAB 计算 FIR 滤波器的参数为：-0.0000,-0.0002,-
15、0.0003,-0.0004,-0.0000,0.0007,0.0020,0.0034,0.0046,0.0050,0.0038,0.0009,-0.0039,-0.0098,-0.0157,-0.0199,-0.0206,-0.0161,-0.0054,0.0117,0.0343, 0.0604,0.0870,0.1109,0.1289,0.1386,0.1386,0.1289,0.1109,0.0870,0.0604,0.0343, 0.0117,-0.0054,-0.0161, -0.0206,-0.0199,-0.0157,-0.0098,-0.0039,0.0009,0.0038,0.0050,0.0046,0.0034,0.0020,0.0007,-0.0000,-0.0004,-0.0003,-0.0002,-0.0000四、程序清单1. 滤波
