DSP课程设计 fir数字滤波器.doc

目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 设计背景 1 1 2 设计要求 1 1 3 设计思路简介 1 第 2 章 系统开发平台与环境 2 1 1 CCS 开发环境 2 2 2 SEED DEC2812 开发实验箱 2 第 3 章 FIR 滤波器设计过程 3 3 1 FIR 滤波器设计总框图 3 3 2 FIR 滤波器设计的原理 3 3 3 FIR 滤波器的设计方法 4 第 4 章 系统软件设计 5 4 1 程序流程图 5 4 2 程序源代码 6 第 5 章 系统仿真 11 5 1 仿真设置 11 5 2 仿真图 12 第 6 章 总结 16 参考文献 17 1 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 设计背景 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 低通FIR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 DSP 数字信号处理器 与一般的微处理器相比有很大的区别 它所特有 的系统结构 指令集合 数据流程方式为解决复杂的数字信号处理问题提供了 便利 本文选用TMS320C54X作为DSP处理芯片 通过对其编程来实现 FIR滤波器 对数字滤波器而言 从实现方法上 有 FIR 滤波器和无限冲激响应 IIR 滤波 器之分 由于FIR滤波器只有零点 因此这一类系统不像IIR系统那样易取得 比较好的通带与阻带衰减特性 但是FIR系统有自己突出的优点 系统总是 稳定的 易实现线性相位 允许设计多通带 阻带 滤波器 其中后两项是IIR 系统不易实现的 1 2 设计要求 利用C语言在CCS环境中编写一个FIR滤波器程序 并能利用已设计好 的滤波器对常用信号进行滤波处理 1 3 设计思路简介 在TMS320C54x系统开发环境CCS Code Composer Studio 下对 FIR滤波器的DSP实现原理进行讨论 利用C语言设计相应的滤波器 通过 实验仿真 从输入信号和输出信号的时域和频域曲线可看出在DSP上实现的 FIR滤波器能完成预定的滤波任务 2 第 2 章 系统开发平台与环境 1 1 CCS 开发环境 CCS提供了配置 建立 调试 跟踪和分析程序的工具 它便于实时 嵌入式信号处理程序的编制和测试 它能够加速开发进程 提高工作效率 CCS提供了基本的代码生成工具 它们具有一系列的调试 分析能力 CCS支持如下图1 1所示的开发周期的所有阶段 图 1 1 2 2 SEED DEC2812 开发实验箱 SEED DECxxxx系列嵌入式DSP开发板本着模块化 总线型 开放式 系列化的设计思想 采用统一的系统结构 模块结构和机械结构 以多种典型 DSP处理器构成具有标准总线和相同物理尺寸的高性能嵌入式DSP开发板 SEED DEC2812 嵌入式DSP开发板原理框图如图1 2所示 设计 概念性规划 编程和编译 创建工程文件 编写 源代码和配置文件 调试 语法检查 探 测点设置和日 志保存等 分析 实时调试 统 计和跟踪 3 图 1 2 第 3 章 FIR 滤波器设计过程 3 1 FIR 滤波器设计总框图 FIR 滤波器设计总框图如图3 1所示 4 开始 初始化DSP 产生输入数据 读入新数据并存放到 栈顶 滤波处理 保存滤波结果到输出单 元 待滤波的样本点数处理完成 结束 否 是 图 3 1 FIR 滤波器设计总框图 3 2 FIR 滤波器设计的原理 设a i i 0 1 2 N 1 为滤波器的冲激响应 输入信号为x n 则 FIR滤波器的输入输出关系为 FIR滤波器的结构如图3 2所示 1 z 1 z 1 z 1 z a0 a1 2 N a 1 N a X n X n 1 X n 2 X n N 1 y n 图 3 2 FIR 滤波器的结构 5 3 3 FIR 滤波器的设计方法 循环缓冲算法 对于N级的FIR滤波器 在数据存储器中开辟一个称之为 滑窗的N个单元的缓冲区 滑窗中存放最新的N个输入样本 每次输入新的 样本时 一新样本改写滑窗中的最老的数据 而滑窗中的其他数据不需要移动 利用片内BK 循环缓冲区长度 寄存器对滑窗进行间接寻址 环缓冲区地址 首位相邻 下面 以N 5的FIR滤波器循环缓冲区为例 说明循环缓冲区中 数据是如何寻址的 5级循环缓冲区的结构如图3 3所示 顶部为低地址 x n x n 1 x n 2 x n 3 x n 4 x n x n 1 x n 2 x n 3 x n 1 x n x n 1 x n 2 x n 2 x n 1 数据存储器数据存储器数据存储器 顶部 底部 图 3 3 循环缓冲区的结构 当第一次执行完之后 间接寻址的辅助寄存器指向 4 0 i i inxany x AR x n 4 然后 从 I O 口输入数据x n 1 将原来存放x n 4 的数据存储单元 改写为x n 1 接着 进行第二次乘法累加运算 4 0 1 1 i i inxany 最后指向x n 3 然后从 I O 口输入数据x n 2 将原来存放 x n 4 的 x AR 数据存储器单元改写为x n 2 第 4 章 系统软件设计 4 1 程序流程图 程序流程图如图4 1所示 6 初始化系统 关中断 初始化PIE中断 初始化PIE中断矢量表 初始化cputimer 设置中断服务程序 入口地址 开中断 设置CPU 开中断 fir滤波处理 结束 图 4 1 程序流程图 4 2 程序源代码 4 2 1 FILTER c 代码 include DSP28 Device h 7 include filter h include ext inf h unsigned int DataLong 1024 unsigned int i j unsigned int k 0 unsigned short Ad data 2048 short Ad data signed 2048 short filter result 1024 unsigned int convcount 0 volatile unsigned int adconvover 0 interrupt void ISRTimer2 void interrupt void ad void void main void 初始化系统 InitSysCtrl 关中断 DINT IER 0 x0000 IFR 0 x0000 初始化PIE中断 InitPieCtrl 初始化PIE中断矢量表 8 InitPieVectTable 初始化cputimer InitCpuTimers 设置中断服务程序入口地址 EALLOW PieVectTable TINT2 PieVectTable ADCINT EDIS 开中断 IER M INT1 ADC中断 EINT ERTM 设置CPU DINT ConfigCpuTimer StartCpuTimer2 开中断 IER M INT14 EINT InitAdc for if adconvover 1 fir滤波处理 9 for i 0 i 16 nassert n 16 for j 0 j m j acc 0 for i 0 i m break else y0 long x i j long h i acc acc y0 11 y short acc s 第 5 章 系统仿真 12 5 1 仿真设置 1 fir filter Ad data signed hfir filter result ORDER FIR DataLong R OUND FIR 和 adconvover 0处设置断点 2 在Graph Property Dialog中设置Start Address和Display Type如 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图 5 1 图 5 2 13 图 5 3 图 5 4 3 设置实验板输入信号的参数 再运行程序得到仿真图 5 2 仿真图 1 标准矩形波 频率为300Hz 振幅为800mV 滤波前的波形如图5 5 和图5 6 滤波后的波形如图5 7和图5 8 14 图 5 5 图 5 6 图 5 7 15 图 5 8 2 噪声三角波 频率为400Hz 振幅为800mV 滤波前的波形如图5 9 和图5 10 滤波后的波形如图5 11和图5 12 图 5 9 图 5 10 16 图 5 11 图 5 12 17 第 6 章 总结 FIR滤波器的设计是数字信号处理技术的基础 也是DSP芯片的重要组 成部分 FIR滤波器性能的好坏直接影响着DSP的运行速度和精度 对现代 电子技术的发展起决定性作用 FIR滤波器的设计在以后的一段相当长的时间 里将持续主导DSP 而DSP随着电子技术的不断发展 应用领域愈来愈广泛 这次课程设计实现了一个简单的FIR滤波器的设计 在罗老师的精心指导 和帮助以及自己上网查找资料 较好的完成了课程设计的任务并达到了理想的 目的 在这里我对罗老师表示感谢 感谢她的耐心和热心 通过这次课程设计 使我对DSP芯片有了更深一步的了解 也不断的强化了自己的基础知识 18 参考文献 1 程佩青 数字信号处理教程 M 北京 清华大学出版社 199