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1、DSP课程设计低通有限冲激响应滤波器FIR于DSP上的实现 英文题目：Low-pass Finite Impulse ResponseIn The Realization of DSP-based FIR Filter / 摘 要FIR滤波器是有限长单位冲激响应滤波器,在结构上是的。它可以在幅度特性随意设计的同时,保证精确严格的线性相位。在实际应用中非常重要,如在数据通信、图像处理、语音信号处理等领域,往往都要求具有线性相位特性。并且由于FIR 滤波器的有限长,系统不存在非稳定现象,我们总能用因果稳定系统来实现FIR 滤波器。FIR 主要的不足在于其较好的性能是以较高的阶数为代价换来的,对于相
2、同的,FIR 滤波器所要求的阶数比IIR 滤波器高25 倍,信号的延迟偏大。因此,在保证相同性能的前提下,尽量降低其阶数是FIR 数字滤波器设计的目标之一。IIR数字滤波器的最大缺点是不易做成线性相位,而现代图像、语声、数据通信对线性相位的要普遍的,远高于过去的模拟通信。由于这个原因,促使具有线性相位的FIR数字滤波器得到大力发展和广泛应用。关键词： FIR滤波器；非递归型；单位脉冲响应；线性相位特性；设计指标AbstractFIR filter is limited long of unit impulse response in structure filter, yes. It can
3、be in range characteristics random design at the same time, ensure accurate strictly linear phase. In the actual application of very important, such as in data communication, image processing, speech signal processing, etc, are all too often requires a linear phase characteristic. And because the FI
4、R filters Co., LTD, system of long do not exist the unstable phenomenon, we can always use causal stable system to realize the FIR filter. FIR the shortage of the main lies in its good performance is higher order number for the cost for the same, FIR filters, required the order number of high than I
5、IR filter 2 5 times, the signal delay too large. Therefore, in the same performance that under the premise of as far as possible, to reduce the order number FIR digital filters is one of the goals of the design. The biggest drawback IIR digital filter is not easy to make linear phase, and modern ima
6、ges, sounds, and data communications to the requirements of the linear phase is common, far higher than the past simulation of communication. For this reason, make have linear phase FIR digital filters to get a development and the widespread application.Keywords: FIR filter; The recursive type; Unit
7、 impulse response; Linear phase characteristic; Design index目 录摘 要IAbstractII第一章绪论11.1 本设计的研究意义11.2 基本原理11.3 技术指标2第二章低通有限冲激响应滤波器FIR的DSP实现42.1 程序设计42.2 窗函数法52.3 DSP实现7第三章 总 结111.结果112.心得体会12参考文献13致 14第一章绪论1.1 本设计的研究意义一个实际的应用系统中,总存在各种干扰,所以在系统设计中,滤波器的好坏将直接影响系统的性能。使用DSP进行数字处理,可以对一个具有噪声和信号的混合信号源进行采样,再经过数
8、字滤波,滤除噪声,就可以提取有用信号了。所以说,数字滤波器是DSP最基本的应用领域,熟悉基于DSP的数字滤波器能为DSP应用系统开发提供良好的基础。IIR数字滤波器能保留一些典型模拟滤波器优良的幅度特性,但设计中只考虑了幅度特性,没考虑相位特性,所设计的滤波器相位特性一般是非线性的。为了得到线性相位特性,对IIR滤波器必须另外加相位校正网络,是滤波器设计变的复杂,成本也高。FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时,很容易做到严格的线性相位特性。稳定和线性相位特性是FIR滤波器突出的优点。1.2 基本原理 在信号处理中,滤波占有十分重要的地位。数字滤波是数字信号处理的基本方法。数字滤波与模拟
9、滤波相比有很多优点,它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外,还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求。低通 有限冲激响应滤波器有其独特的优点,因为FIR系统只有零点,因此,系统总是稳定的,而且容易实现线性相位和允许实现多通道滤波器。 设h为滤波器的冲激响应,输入信号为 ,则滤波器就是要实现差分方程： 对式进行z变换,整理后可得FIR滤波器的传递函数为 由式可以看出,FIR滤波器的一般结构如图1所示xhhhhhy图1-1 Z变换结构图从上面的Z变换和结构图可以很容易得出FIR滤波器的差分方程表示形式,即对上式进行反Z变换得：上式为FIR数字滤波器的时域表示方法,其中x是在时间n
10、的滤波器的输入抽样值,根据上式即可对滤波器进行设计。F I R滤波器的设计方法有窗函数设计法和频率采样设计法。窗函数设计法的基本思想是要选取某一适合的理想频率特性选择性滤波器,然后将它的脉冲响应截断以得到一个线性相 位和因果的F I R滤波器。由上面的公式和结构图可知,FIR滤波器算法实际上是一种乘法累加运算,它不断地从输入端读入样本值xn,经延时z-1,做乘法累加,再输出滤波结果yn。1.3 技术指标1、数字滤波器的频率参数通带截频：为通带与过渡带的边界点,在该点信号增益下降到规定的下限。阻带截频：为阻带与过渡带的边界点,在该点信号衰耗下降到规定的下限。转折频率：为信号功率衰减到1/2时的频
11、率,在很多情况下,也常以fc作为通带或阻带截频。当电路没有损耗时,固有频率：就是其谐振频率,复杂电路往往有多个固有频率。2、增益与衰耗 滤波器在通带的增益并非常数。对低通滤波器通带增益,一般指=0时的增益；高通指时的增益；带通则指中心频率处的增益。对带阻滤波器,应给出阻带衰耗,衰耗定义为增益的倒数。通带增益变化量指通带各点增益的最大变化量,如果通带增益变化量以dB为单位,则指增益dB值的变化量。3、阻尼系数与品质因数 阻尼系数是表征滤波器对角频率为0信号的阻尼作用,是滤波器中表示能量衰耗的一项指标,它是与传递函数的极点实部大小相关的一项系数。4、灵敏度 滤波电路由许多元件构成,每个元件参数值的
12、变化都会影响滤波器的性能。5、群时延函数 在滤波器设计中,常用群时延函数评价信号经滤波后相位失真程度。图1-2 幅频响应和想频响应特性曲线对于幅频响应,它的含义是信号通过系统之后的输出信号的幅度与它输入时的信号的幅度的比值,一般以分贝值表示。对于相频响应,含义是信号通过系统之后的输出信号的相位与它输入时的信号的相位之差,在运用线性相频响应指标进行滤波器设计具有如下优点：只包含实数算法,不涉及复数运算；不存在延迟失真,只有固定数量的延迟；可以采用FFT算法,从而提高运行效率；由于FIR滤波器的单位脉冲响应是有限长序列,故FIR滤波器没有不稳定的问题,且误差较小。第二章低通有限冲激响应滤波器FIR
13、的DSP实现2.1程序设计1、设计思路在DSP进行数字滤波运算前首先要进行初始化,只有正确设置了DSP的初始状态才能保证芯片能正常运行。本系统主要进行以下两方面的初始化：寄存器初始化：状态寄存器ST0、状态寄存器ST1、处理器模式控制寄存器PMST、软件等待状态寄存器SWWSR、组交换控制寄存器BSCR和时钟模式寄存器等。中断矢量表初始化：根据DSP芯片对各中断矢量的设置位置编写一个子程序；设置PMST控制寄存器；连接时将矢量表重定位到IPTR指定的地址。其次就是FIR 数字滤波的子程序设计,主要步骤如下：查询SPCR11寄存器的第二位,当为1时说明read ready,将DRR11的值读入A
14、R3所指向的地址,该值为最新的采样值。将最新的采样值减去200h,然后AR3的值减1。执行MAC指令。将累加器的值送给变量Y,并将Y加上200h。查询SPCR20寄存器的第二位,当为1时说明writeready,将Y值赋给DXR10,该值为滤波器输出值。循环执行上面步骤。2、 程序流程图依据上述程序设计思路可以得到利用DSP实现FIR滤波器设计的程序流程图,如下图 2-1 程序结构流程图2.2 窗函数法1. FIR滤波器FIR滤波器的系统函数为本设计利用窗函数法来设计FIR滤波器。由于理想的滤波器的单位取样响应是无限长的,且是非因果的,为了构造一个长度为N的线性相位滤波器,只有将单位取样响应截取一段,这里就用到了窗函数。窗函数设计法的基本原理是用有限长的单位脉冲响应序列h逼近,为期望理想滤波器的单位脉冲响应序列。方法是用窗函数w将截断,并进行加权处理,即 h= w用h作为实际设计的FIR数字滤波器的单位脉冲响应序列,相应的频率响应函数为用窗函数设计的实际滤波器的频响函数。调整窗口长度N可以有效的控制过渡带的宽度,减少带波动以及加大阻带的衰减只能从窗函数的形状上找解决方法。这里利用了哈明窗,它的旁瓣峰值幅度为-41/dB,过渡带宽为8pi/N,阻带最小衰减为-53/dB。2.产生低通滤波器利用matlab产生一个16阶的低通滤波器,采用汉明窗,采样频率为
