2011年DSP作业FIR滤波器在DSP上的实现.doc

2011年DSP作业FIR滤波器在DSP上的实现专业：信息与通信系统 1. 引言在信号处理中，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。数字滤波是语音处理、图像处理、频谱分析等应用中的基本处理算法。DSP是一种处理数字信号的专用微处理器，主要应用于实时快速地实现各种信号的数字处理算法。用DSP芯片实现数字滤波具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点。数字滤波器分为有限冲激响应滤波器FIR和无限冲激响应滤波器IIR。对称FIR滤波器在数字信号处理中应用十分广泛，常用于相位失真要求较高的场合，例如：(1)通信系统：调制解调器、综合业务数据网等，都要求保证数据脉冲的形状和通道中的相关时间。f2)希尔伯特变换器：要求输入输出信号正交。(3)高保真音响系统：音乐的相位失真必须减到最小，尽可能逼真地重现原来的声音等等。由于FIR是全零点的滤波器，因而系统总是稳定的。这对于系统综合是很重要的。2. FIR滤波器的基本结构设h(n)(n=0,1,2,N一1)为滤波器的冲激响应，输入信号为x(n)，则FIR滤波器就是要实现下列差分方程： (1)式(1)就是FIR滤波器的差分方程。FIR滤波器的最主要的特点是没有反馈回路，因此它是无条件稳定系统。它的单位脉冲响应h(n)是一个有限长序列。由上面的方程可见，FIR滤波箅法实际上足一种乘法累加运算，它不断地输入样本x(n)，经延时做乘法累加，再输出滤波结果y(n)。FIR滤波器的一个分支的延时线，把每一节的输出加权累加，得到滤波器的输出。结构如图1所示，它由一条均匀间隔的延迟线上对抽失信号进行加权求和构成。x(n)h(0)h(1)h(2)h(N-1)y(n) 图1 FIR滤波器的直接型结构图3. 利用MATLAB确定FIR低通滤波器的系数设计一个线性相位FIR低通滤波器，技术指标：62阶的低通滤波器，采用汉明窗，通带截止频率fp=2000Hz，阻带起始频率fs=3000 Hz，通带允许的最大衰减为Rp=0.25 dB，阻带应达到的最小衰减为As=50dB。滤波器的采样频率为fsample=9000Hz。这里采用窗函数设计法设计FIR滤波器，首先根据阻带衰减As=50dB来选择窗形状，汉明窗和布拉克曼窗等窗函数均可提供大于50dB的衰减。由于汉明窗可提供较小的过渡带宽，所以选择汉明窗。然后编写MATLAB程序，求出技术指标中fp、fs相对应的数字频率，求出过渡带宽，由过渡带宽确定窗口长度N，求出低通滤波器的截止频率，由firl函数求出滤波器的系数。这部分MATLAB程序如下：n=62fsample=9000;fp=2000;fs=3000;w=hamming(n+1);wp=fp/(fsample/2)ws=fs/(fsample/2)h=fir1(n,wp,low,w);m=0:n;figure(1)subplot(2,1,1);plot(m,w);grid;axis(0 n 0 1.1*max(w);ylabel(w(n);xlabel(n);subplot(2,1,2);plot(m,h);grid;axis(0 n 1.1*min(h) 1.18*max(h);ylabel(h(n);xlabel(n);figure(2)freqz(h)xlabel(omega/pi);ylabel(|H(ejomega)|/dB)subplot(2,1,2)xlabel(omega/pi);ylabel(theta(omega)/(o)h=h 0; % 将滤波器的系数输出到firwindow.txt中，以便使用b=round(h*(215-1);fid=fopen(fir1window.txt,w);for i=1:8 fprintf(fid,rt%st,.word); for j=(i-1)*8+1:(i-1)*8+7 fprintf(fid,%6.0f,b(j); end fprintf(fid,%6.0f,b(i-1)*8+8);endfclose(fid);运行后得到：n=62，wp = 0.4444，ws =0.6667。图上图是窗函数参数，下图是滤波器的参数图上图是低通滤波器相对幅值相应，下图是相位相应由上图可以看出所设计的滤波器满足要求。4. DSP实现FIR滤波器4.1 主程序firw.asm .mmregsin_buffer .usect in_buf,64 ；输入数据缓冲区input .usect in_dat,100；输入数据区output .usect out_dat,100；输出数据区 .def start .datacoeff: ；滤波器系数区 .word -17, -25, 11, 37, -0, -55, -23, 72 .word 65, -79, -128, 60, 206, -0, -285, -115 .word 340, 292, -338, -527, 241, 806, -0, -1102 .word-454, 1383, 1265, -1616, -2951, 1769, 10260, 14581 .word10260, 1769, -2951, -1616, 1265, 1383, -454, -1102 .word-0, 806, 241, -527, -338, 292, 340, -115 .word -285, -0, 206, 60, -128, -79, 65, 72 .word -23, -55, -0, 37, 11, -25, -17, 0 .textstart: ；程序运行开始 SSBX FRCT ;小数操作 STM #100,BK；设置循环缓冲区长度为100 STM #in_buffer,AR3；缓冲区放在AR3中 STM #input,AR2；将输入数据放入辅助寄存器AR2中 MVDD *AR2+,*AR3；待滤波器数据开始进入循环缓冲区首位 STM #output,AR5；将输出数据首位放在寄存器AR5中 STM #in_buffer+63,AR1；缓冲区的最高位放入AR1FIR: ；FIR滤波程序 RPTZ A,#63；将累加器A设置为63MACD *AR1-,coeff,A ; AR1中的数据和系数相乘后的结果在和中的数据相加后结果放入A中，AR1地址减一 STH A,*AR5+%；将累加器中的数据放入寄存器AR5 STM #in_buffer,AR3；再将缓冲区地址放入AR3 MVDD *AR2,*AR3；将寄存器AR2中的内容复制到AR3中 MAR *AR2+% STM #in_buffer+63,AR1将立即数放到AR1 B FIR;无条件分支转移到FIR，循环运行 4.2 命令文件源代码firw.cmd-e startMEMORYPAGE 0: eprom: org=02000h,len=1000h PAGE 1: spram: org=0100h,len=0104h dpram: org=0300h,len=0064hSECTIONS .data :eprom PAGE 0 .text :eprom PAGE 0 in_dat :spram PAGE 1 in_buf :spram PAGE 1；输入数据分配到0100h为起始地址的单元中out_dat :dpram PAGE 1；输出数据分配到0300h为起始地址的单元中4.3 实验步骤及运行结果分析.编写MATLAB程序及滤波器的汇编程序以及命令代码2. 新建firw工程3.新建firw.asm文件并加入到工程中4.新建firw.cmd文件并加入到工程中5.进行编译链接6.加载firw.out文件7.用执行文件SINEGEN.EXE产生单音数据，其中有500hz,1000hz,2000hz,3000hz的一些正弦波数据文件8.加载单音数据到数据区0x1000x163中,打开filedataload ,填写地址和长度9.打开view下的graph，观察输入数据及输出数据的时域及幅频图。下面是实验的一些结果及结果分析在下面的每张图上都有四张子图，其中最上面的两张对应的输入数据的时域及频域波形，下面的两张图对应的是滤波器输出数据的时域及频域图。图4,5,6分别对应的是是频率为500hz ,2000hz,3000hz时的结果，可以看到当频率小于2000hz，可以通过所设计的低通滤波器；当频率高于3000hz时，输入波形不能通过低通滤波器。图4 500hz图5hz图6 3000hz5. 结束语在上面的汇编语言程序中，FIR滤波器采用的是直接型结