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1、目录一、设计项目 2FIR 滤波器设计二、设计目的2三、设计任务 2任务简介四、设计原理 3（1）FIR 的原理和参数生成公式（2） 用 MATLAB 计算滤波系数（3） 程序的自编函数及其功能五、设计方案 5六、设计代码及相关截图6七、设计结果 9八、设计结论 11九、设计心得11一设计项目设计一个FIR高通滤波器，其阶数为33,通带边界频率1440 HZ,采样频率为9000HZ二设计目的掌握用窗函数法设计 FIR 数字滤波器的原理和方法。熟悉线性相位 FIR 数字滤波器特性。了解各种窗函数对滤波器特性的影响。三设计任务3.1 任务要求设计一个FIR低通（或高通、带通）滤波器。此次选择运用M
2、ATLAB窗函数法进行设计FIR 低通滤波器（1）通带边界频率为1440Hz，通带纹波小于1dB；、（2）设计高通滤波器2000Hz，阻带衰减大于40dB；（3）采样频率 9000Hz3.2FIR 滤波器介绍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。3.3 工作原理在进入FIR滤波器前，首先要将信号通过A/D器件进行模数转换，把模拟信号转 化为数字信号；为了使信号处理能够不发生失真，信号的采样
3、速度必须满足乃奎 斯特定理，一般取信号频率上限的 4-5 倍做为采样频率；一般可用速度较高的逐 次逼进式A/D转换器，不论采用乘累加方法还是分布式算法设计FIR滤波器，滤 波器输出的数据都是一串序列，要使它能直观地反应出来，还需经过数模转换， 因此由FPGA构成的FIR滤波器的输出须外接D/A模块。FPGA有着规整的内部逻 辑阵列和丰富的连线资源，特别适合于数字信号处理任务，相对于串行运算为主 导的通用DSP芯片来说，其并行性和可扩展性更好，利用FPGA乘累加的快速算 法，可以设计出高速的FIR数字滤波器。有限长单位冲激响应(FIR)滤波器有以下特点：(1)系统的单位冲激响应h (n)在有限个
4、n值处不为零 系统函数H(z)在|z|0处收敛，极点全部在z = 0处(因果系统)(3) 结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，但有些结构中(例如频 率抽样结构)也包含有反馈的递归部分。设FIR滤波器的单位冲激响应h (n)为一个N点序列，0 W n WN 1，则滤波 器的系统函数为H(z)=E h( n)*z-n就是说，它有(N1 )阶极点在z = 0处，有(N1)个零点位于有限z平面的 任何位置。四设计原理4.1FIR 的原理和参数生成公式N/2-1y(n)二工 h(k)x(n-k)+(n-(N-1+K)N=0,1,2,3K=0FIR 设计原理：根据系数h是偶对称为了简化运算产生如
5、下计算方法如果一个FIR滤波有一个冲激响应，h(0),h(1),.,h(N-1),和 x(n)描绘输入的时常滤波n,输出滤波y(n)的n给出以下方程式：Y(n)=h(0)+h(1)x(n-1)+h(2)x(n-2)+.+h(N-1)xn-(n-1)4.2用MATLAB计算滤波系数用来设计标准频率响应的基于窗函数的FIR滤波器，可实现加窗线性相位FIR数字滤波器的设计。语法： b=fir1(n,Wn)b=fir1(n,Wn,ftype)b=fir1(n,Wn,Window)b=fir1(n,Wn,ftype,Window)n：滤波器的阶数；Wn：滤波器的截止频率；ftype :用来决定滤波器的类
6、型，当 ftype=high 时，可设计高通滤波器；当 ftype=stop 时，可设计带阻滤波器。Window：用来指定滤波器采用的窗函数类型，其默认值为汉明(hamming)窗。采用汉明窗设计低通FIR滤波器使用b=fir1(n, Wn)可得到低通滤波。0WWnW1, Wn=1相当于0.5fs。格式： b=fir1(n, Wn)4.3 程序的自编函数及其功能(1) .global start, fir 设定全局变量。(2) COFF_FIR_START: .sectcoff_firIn elude lowpass.i nc(设定系数文件)提示：“lowpass.inc”提供低通系数（用MA
7、TLAB计算得出）。（3）K_FIR_BFFR .set 32（滤波阶数）d_filin （存放输入波形）（5）d_filout （存放输出波形）（6）指定寄存器：指定AR4为FIR_DATA_P数据寄存器。指定AR6为INBUF_P输入数据寄存器。指定AR7为OUTBUF_P输出数据寄存器。汇编程序部分说明：Start 部分：程序初始化部分指定寄存器，清空寄存器。fir_loop 部分：循环调入输入数据，并调用子程序 fir 进行计算。main_end 部分：跳转至循环部分。fir 部分：子程序部分。其中 fir_task 部分：进行计算并返回计算结果 五设计方案1.设计设备计算机，CCS
8、2 （5000）。2 .设计步骤设计准备运用MATLAB建立工程“highpass”生成一个.INC文件（滤波系数）； 再建立一个新工程“dt in put”生成.DAT文件（滤波器输入高通信号）。 并将之前生成的.INC文件和.DAT文件放入后面CCS 2工程目录HIGH中。启动“Code Composer Studio Setup”，在 “Import Configuration” 对话框中单击 “clear”按钮，消除原系统设置。在“Available Configurations” 列表中选择 C5402 Simulator，关闭窗口，重启 CCS。 编译并下载程序。打开观察窗口选择菜
9、单 “view” “Graph” “Time/Frequency.” 进行如下设置： 地址分别为 input 和 output，buffersize：1，display data size：200，sampling rate：8000，dsp data type 选择 16 位。在弹出的图形窗口中单击鼠标右键，选择“clear display”。设置断点和探点在标号“firoop”下面的“NOP”语句设置软件断点和探针。选择菜单“file I/O”；加载之前“HIGH”文件夹中的.DAT文件，并在“adress” 中输入d_filin,在“length”中输入1；在“warp around”项
10、前面加上选中符号； 单击 “probe point” 列表中的“FIR.asm line 38” 行；在“connect” 项选择“FILE IN:C:.dtinput.dat” ；单击“replace”。运行并观察结果1. 选择“debug”菜单的“animate”项，或按F12键运行程序。2. 观察“input”、“output”窗口中时域图形；观察滤波效果。3. 设置“in put”、“output”的时域图形窗口为频域窗口，即设置“display type” 为 “FFT magitude”。4. 按 F12 运行程序。5. 观察“input”、“output”窗口中频域图形；理解滤波
11、效果。 停止程序运行并退出。六、设计代码及相关截图MATLAB计算highpass.inc滤波系数以及滤波器输入输入信号滤波器系数宀:匚uwAaml VuhAov【 !匚 | X |Fl 1 s Zdl t UbLu7 i nilov HLp-TU 苦u L JL L AL E-LJj !=! UL-L IS.J. I l*H I LUC J上 U.L X* CJIUJ. L. I_ LUI L LUC JJE-Lp MCJ IU-冲 b=firL(33? 10/90002, hih7)：Wsmins? Odd order syrmertric FIR filters mst hsvm a g
12、ain of sero st th日 X(yqui3t freiiuericy. The ordgr is bRine increassd by one. In fi%汛哺 fraaal.filS round (fir 1(33, 40/0000*2. gti1 *32?flBWarmrisi Odd otder syiiMttii： FIR fillers iiust have a a am of z&ro;the Nyquist ii5qu.tncy Ihe crdet ls being： zmxue刁墨ud. by cne.In珀匚L at85:.2Colmunr thfc-ujh. E
13、as2L- fidf openC dt input, dat ,) r fprintf(fid/ L6512010n ); fprintf (fidi %dn t jj j fclcse(fid)ans =高通滤波器源程序：HIGHPASS .set 1.global start,fir.mmregsCOFF_FIR_START: .sect coff_fir.include highpass.incK_FIR_BFFR .set 33 d_data_buffer .usect fir_bfr,64FIR_DP.usectfir_vars,0d_filin.usectfir_vars,1output.usectfir_vars,1input.usectfir_v
