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1、太原理工大学现代科技学院DSP硬件电路设计基础课程设计设计名称：无线冲击响应IIR滤波器的设计专业班级：学 号：2021101635姓 名：指导教师：太原理工大学现代科技学院专业班级电子信息12-4学生姓名邵烨课程名称设计名称无限冲击响应IIR滤波器的设计设计周数指导教师贾海蓉、李鸿燕设计任务主要设计参数1. 掌握数字滤波器的设计过程；2. 了解IIR的原理和特性；3. 熟悉设计IIR数字滤波器的原理和方法；4. 学习IIR滤波器的DSP实现原理；5. 学习使用CCS的波形观察窗口观察输入/输出信号波形和频谱变化情况。设计内容设计要求1. 通过MATLAB来设计一个低通滤波器，对它进行模拟仿真
2、确定IIR滤波器系 数；2. 用DSP汇编语言及C语言进行编程，实现IIR运算，对产生的合成信号，滤 除信号中高频成分，观察滤波前后的波型变化。主要参考资 料邹彦等.DSP原理及应用.北京：电子工业出版社.2007年.电气与电子信息 类本科规划教材李利等.DSP原理及应用.北京：中国水利水电出版社.2007年.21世纪高等 院校规划教材学生提交归档文件课程设计报告课程设计任务书注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应依照：封面一任务书一说明书一图纸的 顺序进行装订上交（大张图纸没必要装订）2. 可依如实际内容需要续表，但应维持原格式不变。指导教师签名：日期：一、设计目的1、把握数字滤波器的
3、设计进程；2、了解IIR的原理和特性；3、熟悉设计IIR数字滤波器的原理和方式；4、学习II R滤波器的DSP实现原理；五、通过CCS的图形显示工具观看输入/输出信号波形和频谱的转变。二、设计内容用DSP汇编语言编程，实现IIR运算，对产生的合成信号，滤除信号中高频成份， 观看滤波前后的波形转变。三、设计原理(1) IIR滤波器的大体结构IIR滤波器普遍应用于数字信号处置中。IIR滤波器差分方程的一样表达式为：NM雄)= h网 I -1) - 司撕-i)fi=0Tsl式中x(n)为输入序列;y(n)为输出序列;和为滤波器系数.假设所有系数等于0,那么为 FIR滤波器.IIR滤波器具有无穷长的单
4、位脉冲响应，在结构上存在反馈回路，具有递归性，即IIR 滤波器的输出不仅与输入有关，而且与过去的输出有关.将上式展开得出y(n)表达式为：= bnK(zi) + b xf II 1) 4-一 N - 1) - a2y(n - 3)aMy(n - M)在零初始条件下，对上式进行z变换,取得：YCzJ bftN 4- bjz- Xfz? + 十 b|Z-uX(z) -Y(z) - az2-3Y(z)曲?加)设N=M,那么传递函数为：1 _ 蜜=始 + + .皑*XizjiL 4电工】4- aNz V上式可写成：.r. . _里十鬲叩_ A-调 E云1 + 3标 一 - P?该传输函数既有极点又有零
5、点。输出既依托于输入又依托于过去输出。IIR所需计算 比FIR少。可是IIR具有稳固性问题。对滤波系数的量化专门灵敏。上式具有N个零点和 NFIRIIR滤波器，系统稳固的条件如下：假设|pi|1,当n时,h(n) ,系统不稳固.IIR滤波器具有多种形式，要紧有:直接型(也称直接I型)、标准型(也称直接II型)、 变换型、级联型和并联型.二阶IIR滤波器，又称为二阶大体节，分为直接型、标准型和变换型.关于一个二阶IIR滤波器，其输出能够写成：y(n) = box(n) +bLx(n-1)- a.yir.- 2j直接型(直接I型)图1直接I型二阶IIR滤波器直接型二阶IIR滤波器还能够用图2的结构
6、实现.图2直接I型二阶IIR滤波器现在,延时变量变成7w（n）.能够证明上图的结构仍知足二阶IIR滤波器输出方程.前向通道:y(n3 = hiWfr - ij(11=l反馈通道：W(11J = x(T.) - wwOn - j)门约-i将1. 2式代入1.1式可得:y = Z h赋。一 i)一 Z 叫枷3 - I - j) Ii=4i= 1 1 由 | wf ra 一 1 一 j)tbo ms2*件岳顼_ 一 i) 一 e，1.岫1口 - i - j)i =5i=0j=l22瓦通| i) 书5 -i)1=01 = 1标准型（直接II型）从图2能够看出,左右两组延迟单元能够重叠，从而取得标准二阶
7、IIR（只有2个），取得 了普遍地应用，因此称之为标准型IIR滤波器.图3标准型二阶IIR滤波器（2）二阶1廊滤波器的DSP实现标准型二阶IIR滤波器的实现在二阶IIR滤波器结构中，标准型结构是最多见的滤波器结构，其结构如图4所示:由结构图能够写出反馈通道和前向通道的差分方程:反馈通道:前向通道:yCi1-) = bnwCn)十 hi w(n - 1) +-野由以上两式对二阶IIR滤波器进行编程，其中乘法-累加运算可采纳单操作数指令或双操作数指令,数据和系数可寄存在DARAM中，如图5所示:数据存储器 (DARAM)起始状态数据存储器 (DARAM)COEF(DARAM)AR2-*-柚)晌)加
8、2)E)第1次迭代AR3*数据存储器图5双操作数数据寄存和系数表直接型二阶IIR滤波器的实现直接型二阶IIR滤波器的脉冲传递函数为:HGO =bit 4 h-i-1 1 S；*-211 -a3z_：差分方程为：V(也)蛹次时 4 bilCn - 1 +2) + 云 1 + 站知 一 2为了实现直接型滤波，可在DARAM中开辟4个循环缓冲区，用来寄存变量和系数，并采纳循环缓冲区方式寻址.这4个循环缓冲区的结构如图7所示：DX数据存储器 (DARAM)数据存储器 (DARAM1DB数据存储器 (DARAM)DA数据存储嚣(DARAM )DYjcs-nAR3 *IA01响AR4*九1未使用图7循环缓
9、冲区结构四、整体方案设计一个N阶IIR滤波器的传递函数能够表达为弟-1 i H (z)=1 -zLbz-ii i=1用差分方程能够表达为i i=1y (n)=无 a x(n - i) + b y (n - i)i=0从那个差分方程表达式能够看出，y(n)是由两部份相加组成:第一部份a x(n - i)是一个对输Ax(n)的N节延时链结构，每节延时抽头后加 ii=0权相加，也即是一个横向结构网络。第二部份by (n-i)也是一个N节延时链的横向结构网络，只是它是对y(n ) ii=1延时，因此是个反馈网络。从图中咱们能够看到，直接型结构需要2N级延时单元。x (n)ay (n)F 1x (n -
10、1)FZ-1卒A ,y (n -1)z-1x (n - 2)r ab 221,4y (n - 2)x(n - N)(n - N)2.IIR数字滤波器设计的系统框图;3、要紧步骤用CCS编写好实验所需的汇编程序、C程序、链接命令文件等文件，在 CCS中加载，然后在VIEW选单中Graph副选框内的Time/Frequency打开对话 框，修改以下内容：查看输入时将Start Address改成data_in,查看输出时改成out。假设要 查看频谱那么选为View菜单中的FFT Magnitude选项。五、源程序、汇编语言源程序（iir.asm）：.global _iir,_init,_outda
11、ta_iirbsetfrctsub #1,t0mov t0,mmap(csr)add t0,ar0mov xar2,xdpmov ar2,cdpmov #0,ac0rptcsrmacmz *ar0-,*cdp+,ac0add t0,ar1mov xar3,xdpmov ar3,cdprptcsrmacmz *ar1-,*cdp+,ac0mar *ar1+mov hi(ac0),*ar1mov hi(ac0),t0bclrfrctret_initsub #1,t0mov t0,mmap(csr)mov #0,ac0rptcsrmov ac0,*ar0+rptcsrmov ac0,*ar1+ret
12、_outdatamov t1,ac0sub #2,ac0mov ac0,mmap(csr)add ac0,ar0rptcsrdelay *ar0-mar *ar0+mov t0,*ar0ret二、链接命令文件(.cmd文件):-stack 0x0500-sysstack 0x0500-heap 0x1000-c-u ResetMEMORY(PAGE 0:RAM(RWIX): origin=0x000100, length=0x01ff00ROM(RIX): origin=0x020200, length=0x01ff00VECS(RIX): origin=0xffff00, length=0x
13、000200PAGE 2:IOPORT（RWI）:origin=0x000000, length=0x020000SECTIONS（.text ROM PAGE 0.data ROM PAGE 0.bssRAM PAGE 0.constRAM PAGE 0.sysmemRAM PAGE 0.stack RAM PAGE 0.cioRAM PAGE 0.sysstackRAM PAGE 0.switch RAM PAGE 0.cinitRAM PAGE 0.pinitRAM PAGE 0.vectors VECS PAGE 0.ioportIOPORT PAGE 23、C程序#include math.h”#define signal_1_f 500#define signal_2_f 10000#define signal_sample_f 25000#define IIRNUMBER_L 2#define bufer_L 256int N_L=IIRNUMBER_L;intdata_inbufer_L;int outbufer_L;int xIIRNUMBER_L+1;int yIIRNUMBER_L+1;int k=0;intbufer=bufer
