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DSP原理及应用课程论文 题 目: 利用DSP设计IIR滤波器 姓 名: 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 指导教师: 职称: 安徽科技学院教务处制 目录摘要21 设计的目的及意义22 基本原理22.1 IIR数字滤波器的设计22.2 IIR滤波器差分方程的一般形式22.3 设计用的是直接IIR滤波器的结构32.4 步骤33 硬件设计33.1 流程图33.2 电路图43.3 芯片参数53.4 设计工具64 程序设计64.1 程序说明74.1.1 定标说明74.1.2 数据存放要求74.1.3 指令说明74.1.4 常量和参数说明75 设计总结7参考文献7 利用DSP设计IIR滤波器 摘要：IIR滤波器是具有无限持续时间冲激响应的数字滤波器。其结构简单、运算量下。本设计采用归一化低通模拟滤波器，运用MATLAB得出滤波器的系数，再根据直接II型的结构特点和前面得出的系数，编写DSP程序，可在TMS320C5402DSK板上进行仿真，可将得出的结果与MATLAB仿真比较，来确定滤波器的性能。 关键字：IIR滤波器；DSP；MATLAB1 设计的目的及意义在数字滤波器中，IIR滤波器由于具有结构简单、运算量下的特点，IIR数字滤波器幅频特性精度很高，不是线性相位的，可以应用于对相位信息不敏感的音频信号上，因而得到了较广泛的应用。2 基本原理 2.1 IIR数字滤波器的设计IIR数字滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，其设计工作量比较小，对计算工具的要求不高。在设计一个IIR数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。2.2 IIR滤波器差分方程的一般形式IIR滤波器具有无限长的单位脉冲响应，在结构上存在反馈回路，即是递归型的。也就是说，IIR滤波器的输出不仅与输入有关，而且与过去的输出有关。2.3设计用的是直接II型 IIR滤波器的结构上图为二阶直接II型结构滤波器图直接II型 IIR滤波器的结构是最常用的滤波器结构，因为这种二阶形式的结构可作为级联型和并联型结构中的基本节；并且这种结构比I型结构节省一半的延迟。二阶直接II型结构滤波器的差分方程为： d（n）=x(n)+a1d(n-1)+a2d(n-2) y(n)=b0d(n)+b1d(n-1)+b2d(n-2) 式中，d(n)、d(n-1)、 d(n-2)对应于图中具有不同延迟的中间节点值。2.4步骤 （1）根据数字频率指标计算预畸的模拟频率指标。 (2) 根据通带或阻带允许的波动，确定滤波器类型。根据阻带的衰耗要求，确定滤波器的阶数，进而求出归一化模拟低通的传递函数（s）。（3）经频率变换得到实际的模拟滤波器传递函数H（s）。（4）根据双线性变换法把模拟滤波器H（s）变换为数字滤波器H（z）。3 硬件设计3.1 流程图输入信号 模拟滤波器AD转换 程序输入 TMS320C54处理信号输出3.2电路图根据流程图第一步先是将模拟输入信号输入归一化的低通滤波器，归一化的低通滤波器的原理图如下：信号经归一化的低通滤波器输出后，再进入AD73360转换，将模拟信号变换成数字信号。经AD转换后信号由SD0引脚输出到TMS320C5402芯片的DR0引脚。后经TMS320C5402芯片处理后输出最终信号。其电路图如下：3.3芯片参数 AD73360有两种封装形式,一种是R28,另一种是SU44。通常R28封装的AD73360比较常见,所以此处以R28封装为例介绍其引脚定义。R28为28脚表面贴装式封装,其引脚号码、各引脚上的信号名称及其性质如表1所列。表1 AD73360引脚信号表引脚号码信号名称信号性质引脚信号名称信号性质1VINP2输入28VINN3输入2VINN2输入27VINP3输入3VINP1输入26VINN4输入4VINN1输入25VINP4输入5REFOUT输出24VINN5输入6REFCAP滤波23VINP5输入7AVDD2模拟电源22VINN6输入8AGND2模拟地21VINP6输入9DGND数字地20AVDD1模拟电源10DVDD数字电源19AGND1模拟地11RESET输入18SE输入12SCLK输出17SD1输入13MCLK输入16SDIFS输入14SDO输出15SDOFS输出3.4设计工具 3.4.1利用MATLAB软件来设计IIR低通滤波器 设滤波器的通带为0-Wp，阻带为Ws-1.0,1.0对应于半抽样频率，要求通带内波动小于RpdB,阻带内衰减大于RsdB,且滤波器的传递函数为： 则用MATLAB设计该滤波器的过程如下：1、 调用函数cheb2ord(),确定滤波器的阶数和截止频率：【N，Wn】=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs)返回值N=2为满足要求的Chebshev-2型数字滤波器的最小阶数，Wn为截止频率;2、 调用函数cheby2（）：【B,A】=cheby2（N,Rs,Wn） 返回值B为一个N+1=3维矢量，是分子多项式系数；A也是一个N+1=3维矢量，为分母多项式系数。4 程序设计 下面是基于TMS320C54x芯片实现的一个二阶直接II型IIR滤波器汇编语言程序；也是IIR滤波器的定点DSP实现。STM #K_FRAME_SIZE-1,BRC RPTB iir_filter_loop-1LD *INBUF_P+,16,AIir-filter;STM #d_iir_d+2,IIR_DATA_PSTM #iir_coff_table,IIR_COFF_PMAC *IIR_COFF_P+,*IIR_DATA_P-,A;input+d(n-2)*A2MAC *IIR_COFF_P+,*IIR_DATA_P-,A;input+d(n-2)*A2+d(n-1)*A1STH A,*IIR_DATA_P+;d(n)=input+d(n-2)*A2+d(n-1)*A1MAR *IIR_DATA_P+MPY *IIR_COFF_P+,*IIR_DATA_P-,A;d(n-2)*B2MAC *IIR_COFF_P+,*IIR_DATA_P,A ;d(n-2)*B2+d(n-1)*B1DELAY *IIR_DATA_P-;d(n-2)=d(n-1)MAC *IIR_COFF_P+,*IIR_DATA_P,A; d(n-2)*B2+d(n-1)*B1+d(n)*B0DELAY *IIR_DATA_P-;d(n-1)=d(n)STH A,*OUTBUF_P+;output= d(n-2)*B2+d(n-1)*B1+d(n)*B0;iir_filter_loop4.1程序说明4.1.1定标说明滤波器抽头系数的Q值可根据实际情况设置，程序中假定为Q15。4.1.2数据存放要求 延迟节点d(n)、d(n-1)和 d(n-2)占据三个连续的存储单元，d（n）在低地址，d（n-2）在高地址，以d_iir_d作首地址。IIR滤波器系数按a2,a1,b2,b1,b0的顺序以地址增的方式存放，以iir_coff_table作首地址。4.1.3指令说明 MAR指令实现以辅助寄存器表示的地址指针修改。DELAY指令通 过将操作数表示存储器数据赋给下一个存储单元来更新延迟节点数据。4.1.4常量和参数说明 常量K_FRAME_SIZE表示输入数据个数。指针INBUF_P,IIR_DATA_P,IIR_COFF_P,OUTPUT_P分别表示输入数据指针、IIR延迟节点指针、IIR滤波器系数指针和输出数据指针。5 设计总结 经过以上诸多步骤，一个二阶直接II型IIR低通滤波器就设计完成了。可在TMS320C5402DSK板上进行仿真。可将得出的结果与MATLAB仿真比较，来确定滤波器的性能。自己也知道，还有很多方面有不足，但是基本完成了设计。本次设计的难点在于硬件的设计，经过查找资料、请教同学等多方面的努力，最终解决了这一难题。 IIR滤波器具有无限长的单位脉冲响应，在结构上存在反馈回路，即是递归型的。也就是说，IIR滤波器的输出不仅与输入有关，而且与过去的输出有关。这是IIR滤波器的最突出特点。只有知道了它这些特点，我们才能做出正确设计。 我的IIR滤波器设计方法是先过模拟滤波器，再经AD转换，后经DSP处理，才得最终结果。