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1、DSP的数字滤波器设计作者姓名：王珊珊 班级：200404070526 指导教师：王晓亮摘 要随着集成电路技术的发展，各种新型的大规模和超大规模集成电路不断涌现，集成电路技术与计算机技术结合在一起，使得对数字信号处理系统功能的要求越来越强。在数字信号处理中数字滤波占有极其重要的地位。数字滤波是语音信号、图象处理模式识别和谱分析等领域中的一个基本的处理技术。本设计基于DSP，完成FIR与IIR数字滤波器的设计与软硬件仿真。数字滤波器设计的常用方法包括窗函数法、频率采样法和最优化法等。本次设计在了解了数字滤波器设计原理的基础上，分别采用了窗函数法对不同指标的低通、高通、带通、带阻以及切比雪夫一型滤
2、波器进行设计，在matlab软件下绘画出各种设计方法的幅频响应和相频响应曲线。同时在CCS环境以及DSP硬件平台上仿真，对比仿真后波形图，看得出实际图形是否与预期图形相符合。关键词：数字滤波器；Matlab软件；窗函数法；DSPDigital Filter Design Based On DSPAbstract： With the development of the integrated circuit technology, each kind of new large-scale and the ultra large scale integrated circuit emerges i
3、ncreasingly, the integrated circuit technology and the computer technology unified together, it makes digital signal processing system function request to be getting stronger and stronger. The digital filtering holds the extremely important status in the digital signal processing. The digital filter
4、ing is a basic processing technology in the area of voice signal, imagery processing domain, and pattern recognition and spectrum analysis.Based on DSP, this article describes the software and hardware simulation of FIR and IIR digital filter. The common method once used on designing digital filter
5、includes window function method, frequency sampling law, most superior reduction and so on. Upon understanding the fundamental principle of designing digital filter, we will use the window function method separately with the different target on low pass, high pass, the band pass, the band stop filte
6、r as well as Chebyshev filters to make it work. Drawing the frequency response and the frequency response curve of each method under the matlab software. Meanwhile, with the DSP hardware platform, contrasting the oscillogram after simulation, it will draw the conclusion whether the actual graph matc
7、hes with the anticipated graph under the CCS environment.Keywords: digital filter; matlab software; window functions; DSP目 录第1章 前 言11.1 研究背景11.2 研究意义21.3 主要内容与要求3第2章 系统开发平台42.1 CCS开发环境42.2 硬件平台42.3 计算机辅助设计方法6第3章 数字滤波器的基本理论73.1 数字滤波器的基本结构73.1.1 FIR滤波器的基本结构73.1.2 IIR滤波器的基本结构83.2 数字滤波器的设计原理93.3 FIR数字滤波
8、器的设计方法103.3.1 类型，系数对称，N奇数103.3.2 类型，系数对称，N偶数113.3.3 类型，系数反对称，N奇数123.3.4 类型，系数反对称，N偶数123.3.5 FIR数字滤波器的窗函数设计方法153.3.6 利用频率取样法设计FIR滤波器163.3.7 其他几种窗函数的介绍193.4 IIR数字滤波器的设计方法283.5 FIR滤波器与IIR滤波器的比较30第4章 利用MATLAB设计数字滤波器324.1 FIR数字滤波器324.1.1 FIR低通数字滤波器324.1.2 FIR高通数字滤波器324.1.3 FIR带通滤波器334.1.4 FIR带阻数字滤波器354.2
9、 IIR数字滤波器354.2.1 IIR低通数字滤波器354.2.2 IIR高通数字滤波器364.2.3 切比雪夫函数设计IIR高通滤波器37第5章 数字滤波器的DSP实现445.1 ICETEKF2812-A评估板技术指标445.2 ICETEKF2812-A评估板实物图445.3 ICETEK-F2812-A器件分布图455.4 ICETEKF2812A评估板原理框图455.5 现场硬件连接图465.6 DSP实现465.6.1 有限冲击响应滤波器（FIR）算法465.6.2 无限冲激响应滤波器（IIR）算法495.6.3 快速傅立叶变换（FFT）算法525.6.4 语音信号的FIR滤波5
10、5结 论58致 谢59参考文献60I本科毕业设计（论文）第1章 前 言1.1 研究背景随着集成电路技术的发展，各种新型的大规模和超大规模集成电路不断涌现，集成电路技术与计算机技术结合在一起， 使得对数字信号处理系统功能的要求越来越强。DSP技术已在通信、控制、信号处理、仪器仪表、医疗、家电等很多领域得到了越来越广泛的应用。在数字信号处理中，数字滤波占有极其重要的地位。数字滤波在语音信号、图象处理、模式识别和谱分析等领域中是一个基本的处理技术。数字滤波与模拟滤波相比，数字滤波具有很多突出的优点，主要是因为数字滤波器是过滤时间离散信号的数字系统，它可以用软件（计算机程序）或用硬件来实现，而且在两种
11、情况下都可以用来过滤实时信号或非实时信号。尽管数字滤波器这个名称一直到六十年代中期才出现，但是随着科学技术的发展及计算机的更新普及，数字滤波器有着很好的发展前景。目前，国外有许多院校和科研机构在研究基于FPGA的DSP应用，比较突出的有Denmark大学的研究小组正在从事FPGA实现数字滤波器的研究。加州大学洛杉矶分校的研究小组采用运行时重构技术开发了一种视频通讯系统，该系统用一片FPGA可每帧重构四次完成视频图像压缩和传送的操作。此外，他们还在进行Mojave项目的开发工作，力图采用运行时重构技术来实现自动目标识别应用。我国在DSP技术起步较早，产品的研究开发成绩斐然，基本上与国外同步发展，
12、而在FPGA方面起步较晚。全国有100来所高等院校从事DSP&FPGA的教学和科研，除了一部分DSP芯片需要从国外进口外，在信号处理理论和算法方面，与国外处于同等水平.而在FPGA信号处理和系统方面，有了喜人的进展，正在进行与世界先进国家同样的研究.西北工业大学和国防科学技术大学的ATR实验室采用了FPGA可重构计算系统进行机载图像处理和自动目标识别，主要是利用该系统进行复杂的卷积运算，同时利用它的可变柔性来达到自适应的目的。20世纪60年代起，由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器的发展上了一个新台阶，朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉等方向努力，其中高精度、小体积
13、、多功能、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向，导致数字滤波器、RC有源滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展。到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成己被研制出来并得到应用，90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。1.2 研究意义几乎在所有的工程技术领域中都会涉及到信号的处理问题，其信号表现形式有电、磁、机械以及热、光、声等。信号处理的目的一般是对信号进行分析、变换、综合、估值与识别等。如何在较强的噪声背景下提取出真正的信号或信号的特征，并将其应用于工程实际是信号处理的首要任务。根据处理对象的不同，信号处理技术分为
14、模拟信号处理系统和数字信号处理系统。数字信号处理(Digital signal Processing，DSP)与模拟信号处理相比有许多优点，如相对于温度和工艺的变化数字信号要比模拟信号更稳健，在数字表示中，精度可以通过改变信号的字长来更好地控制，所以DSP技术可以在放大信号的同时去除噪声和干扰，而在模拟信号中信号和噪声同时被放大，数字信号还可以不带误差地被存储和恢复、发送和接收、处理和操纵。许多复杂的系统可以用高精度、大信噪比和可重构的数字技术来实现。数字信号处理中一个非常重要且应用普遍的技术就是数字滤波。所谓数字滤波，是指其输入、输出均为数字信号，通过一定的运算关系改变输入信号所含的频率成分
15、的相对比例或滤除某些频率成分，达到提取和加强信号中的有用成份，消弱无用的干扰成份的目的。数字滤波与模拟滤波相比，有精度高、可靠性高、灵活性好等突出优点，可以满足对幅度和相位的严格要求，还能降低开发费用，缩短研制到应用的时间，在很多领域逐步代替了传统的模拟信号系统。数字滤波器，在数字信号处理中有着广泛的应用，因此，无论是在理论研究上还是在如通讯、HDTV(高清晰度电视)、雷达、图象处理、数字音频等实际应用上都有着美好的技术前景和巨大的实用价值1 张亚妮.基于MATLAB的数字滤波器设计J. 辽宁工程技术大学学报，2005.。基于matlab实现数字滤波设计，可通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性，因此我们有必要对滤波器的设计方法进行研究，理解其工作原理优化设计方法，设计开发稳定性好的滤波器系统。掌握滤波器的设计技术和原理能为在通信领域、信号处理领域等诸多领域中对数字滤波器的设计提供技术和准备，这不仅具有重要的理论意义同时还具有重要的现实意义。1.3 主要内容与要求本次毕业设计中主要完成的内容包括（1）通过书籍阅读和文献搜索学习MATLAB和数字滤波器，并掌握MATLAB的使用和数字滤波器的设计方法。（2）数字
