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1、目 录摘 要：10 前言21 数字滤波器的简介21.1数字滤波器的优越性21.2国内外相关领域的研究进展31.3数字滤波器的实现方法31.4主要研究内容42 FIR滤波器的基础42.1 FIR滤波器的特点42.2 FIR滤波器的设计方法52.3 FIR滤波器的实现方法73基于MATLAB的FIR滤波器的设计103.1 MATLAB简介103.2基于MATLAB的FIR滤波器的设计103.3 FIR滤波器的MATLAB仿真124数字滤波器的DSP介绍和实现124.1 DSP的基本特征124.2 TMS320C54x DSP的硬件结构134.3 DSP系统的特点144.4 FIR滤波器的DSP实现
2、155结论18参考文献191数 字 滤 波 器 的 DSP 实 现摘 要： 2l世纪是数字化的时代，随着信息处理技术的飞速发展，数字信号处理技术逐渐发展成为主流技术，它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用。相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等，这些优势决定了数字滤波器的应用越来越广泛。 本课题主要应用MATLAB软件设计FIR数字滤波器，并对所设计的滤波器进行仿真；应用DSP集成开发环境CCS调试汇编程序，用TMS320C5416来实现了FIR数字滤
3、波。具体工作包括：对FIR数字滤波器的基本理论进行了分析和探讨；采用MATLAB软件来学习数字滤波器的基本知识，计算数字滤波器的系数，研究算法的可行性，对FIR低通数字滤波器进行前期的设计和仿真；应用DSP集成开发环境CCS调试汇编程序，用TMS320C5416来实现了FIR数字滤波。关键词：数字滤波器;DSP;FIR;MATLABTHE DSP REALIZE OF DIGITAL FILTERAbstract: 21 century is the era of digitalization. With the rapid development of information process
4、ing technology, digital signal processing technology has developed as a king of main technology gradually. It has been widely applied in the high-tech fields of dlectronic information, communication, software radio, automatic control, instrument technology and information electrical houseold applian
5、ces. Relative to analogue filter, digital filter can process low frequency signal without excursion. Frequency response property can be made very close to ideal property; its precision can reach very high, easy to be integrated and so on. These advantages determine the application of digital filter
6、more and more widely. This project mainly applies the MATLAB software to design FIR digital filter; imitates the designed filter; applies DSP integrated developing surroundings-CCS to debug assembler; uses TMS320C5416 to realize FIR digital filter. The specific works include: analyzing and discussin
7、g basic theories of FIR digital filter; calculating the coefficient of digital filter; studying the feasibility of the way of calculation; designing and imitating the earlier stage of FIR digital filter; applying DSP integrated developing surroundings-CCS to debug assembler and using TMS320C5416 to
8、realize FIR digital filter.Key words: digital filter,;DSP,;FIR,;MATLAB0 前言21世纪是数字化的时代，随着越来越多的电子产品将数字信号处理作为技术核心，DSP已经成为推动数字化进程的动力。作为数字化最重要的技术之一，DSP无论在其应用的深度还是广度，正在以前所未有的速度向前发展。 数字信号处理器，也称DSP芯片，是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器，它是现代电子技术、计算机技术和数字信号处理技术相结合的产物。随着信息处理技术的飞速发展，数字信号处理技术逐渐发展成为一门主流技术，它在电子信息、通信、软件无线
9、电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用。1 数字滤波器的简介1.1数字滤波器的优越性在数字信号处理中，数字滤波占有极其重要的地位。数字滤波是语音和图象处理、模式识别、谱分析等应用中的一个基本处理算法。在许多信号处理应用中用数字滤波器替代模拟滤波器具有许多优势。数字滤波器容易实现不同的幅度和相位频率特性指标，克服了与模拟滤波器器件性能相关的电压漂移、温度漂移和噪声问题。用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响外，还具有灵活性好的特点。 数字滤波器又分为无限冲激响应滤波器(IIR)和有限冲激响应滤波器(FIR)。FIR滤波器具有不含反馈环路、结构
10、简单以及可以实现的严格线性相位等优点，因而在对相位要求比较严格的条件下，采用F1R数字滤波器。由于DSP控制器具有许多独特的结构，例如采用多组总线结构实现并行处理，独立的累加器和乘法器以及丰富的寻址方式，采用DSP控制器就可以提高数字信号处理运算的能力，可以对数字信号做到实时处理。用可编程DSP芯片实现数字滤波的又一优势是：通过修改滤波器的参数十分方便的改变滤波器的特性。有限长单位冲激响应(FIR) 数字滤波,与传统的通过硬件电路实现的模拟滤波器相比有以下优点：（1）简化了硬件电路的设计，提高了硬件电路的集成度和可靠性。（2）对干扰信号的抑制能力有了明显提高，这对系统的控制精度和稳定的提高起到
11、了促进作用。（3）数字滤波器的参数调节比起模拟滤波器来更加方便、灵活。（4）数字滤波器可以实现数据的并行处理，提高了系统运行速度。1.2国内外相关领域的研究进展自20世纪70年代末80年代初DSP芯片诞生以来DSP芯片得到了飞速的发展。在20多年时间里DSP芯片已经在信号处理、通信、自动控制、仪表技术、信息家电等许多领域得到广泛的应用。1978年AMI公司生产出世界上第一片DSP芯片$2811。1979年美国Intel公司发布的商用可编程器2920是DSP芯片的一个重要里程碑。1980年日本NEC公司推出的PD7720是第一个具有乘法器的商用DSP芯片。经过20年的发展，DSP器件在高速度，可
12、编程，小型化，低功耗等方面都有了长足的发展，单片DSP芯片最快每秒可完成16亿次(1600MIPS)的运算，生产DSP器件的公司也不断壮大。在国内外的研究中，设计FIR滤波器所涉及的乘法运算方式有：并行乘法、位串行乘法和采用分布式算法的乘法。并行乘法运行速度快，但占用的硬件资源极大。如果滤波器的阶数增加，乘法器位数也将变大，硬件规模将变得十分庞大。位串行乘法器的实现方法主要是通过对乘法运算进行分解，用加法器来完成乘法的功能，也即无乘法操作的乘法器。分布式算法(distributed arithmetic，DA)的主要特点是巧妙的利用ROM查找表将固定系数的乘累加(Multiply-accumu
13、lator,MAC)运算转化为查表操作，它与传统算法实现乘累加运算的不同在于执行部分积运算的先后顺序不同。1.3数字滤波器的实现方法目前数字滤波器的的主要实现方法有：（1）在通用的微型计算机上用软件实现。软件可以是自己编写的，也可以使用现成的软件包，这种方法的缺点是速度太慢，不能用于实时系统，只能用于教学和算法的仿真研究。（2）用DSP(Digital Signal Processing)处理器实现DSP处理器是专为数字信号处理而设计的，如TI公司的TMS320C54x系列，AD公司的ADSP2IX，ADSP210X系列等。它的主要数字运算单元是一个乘累加器(Multiply-accumula
14、tor，MAC)，能够在一个机器周期内完成一次乘累加运算，配有适合于信号处理的指令，具备独特的循环寻址和倒序寻址能力。这些特点都非常适合数字信号处理中的滤波器设计的有效实现，并且它速度快、稳定性好、编程方便1。（3）用固定功能的专用信号处理器实现专用信号处理器采用专用集成电路ASIC(Application Specific IntegratedCircuits)实现，适用于过程固定而又追求高速的信号处理任务，是以指定的算法来确定它的结构，使用各种随机逻辑器件组成的信号处理器。它们体积小、保密性好，具有极高的性能，但灵活性差。比较以上方法可见：可以采用MATLAB等软件来学习数字滤波器的基本知
15、识，计算数字滤波器的系数，研究算法的可行性，对数字滤波器进行前期的设计和仿真。而后，用DSP处理器或FPGA进行数字滤波的硬件实现。本课题设计的FIR数字滤波器就是用MATLAB进行设计和仿真，用DSP处理器来实现。1.4主要研究内容本课题主要应用MATLAB软件设计FIR数字滤波器，并对所设计的滤波器进行仿真：应用DSP集成开发环境CCS调试汇编程序，用TMS320C5416来实现了FIR数字滤波。具体工作包括：对FIR数字滤波器的基本理论进行了分析和探讨；采用MATLAB软件来学习数字滤波器的基本知识，计算数字滤波器的系放，研究算法的可行性，对FIR低通数字滤波器进行前期的设计和仿真；系统
16、介绍了TI公司TMS320C54x系列数字信号处理器的硬件结构、性能特点和DSP的集成开发环境CCS；应用DSP集成开发环境-CS调试汇编程序，用TMS320C5416来实现了FIR数字滤波。2 FIR滤波器的基础2.1 FIR滤波器的特点在数字信号处理应用中往往需要设计线性相位的滤波器，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。FIR滤波器不断地对输入样本x(n)延时后，再作乘法累加算法，将滤波结果y(n)输出，因此，FIR实际上是一种乘法累加运算。在数字滤波器中，FIR滤波器的最主要的特点是没有反馈回路，故不存在不稳定的问题；同时，可以在幅度特性是随意设置的同时，保证精确的线性相位。稳定和线性相位
