fir滤波器的设计 dsp 数字信号处理 课程设计.doc

有限冲击响应FIR滤波器的设计1.设计流程：分析设计参数、要求MATLAB产生系数在CCS中设计滤波程序器输出、观察波形分析设计结果2.设计原理：数字滤波器是将输入的信号序列，按规定的算法进行处理，从而得到所期望的输出序列。一个线性位移不变系统的输出序列y(n)和输入序列x(n)之间的关系，应满足差分方程为：对其进行z变换，可得到FIR滤波器的传递函数为：=则，FIR滤波器的结构如下图：bN-1bN-2b1b0x(n-N+1)x(n-1)aZ-1Z-1Z-1X(n)y(n)FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算。它不断输入样本，经延时 ，作乘法累加，再输出滤波结果y（n）。在这里使用FIR滤波器，它有以下几个特点： （1） 系统的单位冲激响应h（n）在有限个n值处不为零； （2） 系统函数H（z）在|z|0处收敛，在|z|0处只有零点，有限z平面只有零点，而全部极点都在z=0处； （3） 结构主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈。在DSP芯片中，实现z-1算法很方便，可采用循环缓冲区法，其特点如下：对于N级FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区（窗），用来放最新的N个输入样本；从最新样本开始取数；读完最后一个样本后，输入最新样本来代替最老样本，而其他数据位置不变；用片内循环缓冲区长度寄存器对缓冲区进行间接寻址，是循环缓冲区地址首位相邻。3.设计方案：1、利用MATLAB来确定FIR滤波器的参数；具体方法为：利用fir2函数产生滤波系数：b=fir2(n-1,f,m),参数n为滤波器的阶数；f为频率参数，m表示低通 2、启动CCS，在CCS中建立一个C源文件和一个命令文件，并将这两个文件添加到工程，再编译并装载程序；3、设置波形时域观察窗口，得到滤波前后的波形变化图；4、设置频域观察窗口，得到滤波前后的频谱变化图。4设计参数：设计一个低通滤波器，其设计参数为：滤波器阶数40，截止频率wp=0.4，ws=0.45。5设计程序1、 滤波器系数产生：在MATLAB中，调用函数为f=0 0.4 0.45 1;m=1 1 0 0;b=fir2(39,f,m)求得系数为b = Columns 1 through 11 0.0007 -0.0005 -0.0014 0.0000 0.0028 0.0018 -0.0043 -0.0061 0.0039 0.0131 0.0014 Columns 12 through 22 -0.0210 -0.0151 0.0253 0.0404 -0.0176 -0.0834 -0.0227 0.1902 0.3925 0.3925 0.1902 Columns 23 through 33 -0.0227 -0.0834 -0.0176 0.0404 0.0253 -0.0151 -0.0210 0.0014 0.0131 0.0039 -0.0061 Columns 34 through 40 -0.0043 0.0018 0.0028 0.0000 -0.0014 -0.0005 0.00072、汇编源程序：采用循环缓冲区实现FIR滤波器的源程序如下： .title FIR.ASM .mmregs .bss y,1K_FIR_BFFR .set 40PA0 .set 0PA1 .set 1FIR_COFF_TABLE .usect FIR_COFF, 40D_DATA_BUFFER .usect FIR_BFR , 40 .dataCOFF_FIR_START .word 7*32768/10000, -5*32768/10000 ;b0,b1 .word -14*32768/10000, 0*32768/10000 ;b2,b3 .word 28*32768/10000, 18*32768/10000 ;b4,b5 .word -43*32768/10000, -61*32768/10000 ;b6,b7 .word 39*32768/10000, 131*32768/10000 ;b8,b9 .word 14*32768/10000, -210*32768/10000 ;b10,b11 .word -151*32768/10000, 253*32768/10000 ;b12,b13 .word 404*32768/10000, -176*32768/10000 ;b14,b15 .word -834*32768/10000, -227*32768/10000 ;b16,b17 .word 1902*32768/10000, 3925*32768/10000 ;b18,b19 .word 3925*32768/10000, 1902*32768/10000 ;b20,b21 .word -227*32768/10000, -834*32768/10000 ;b22,b23 .word -176*32768/10000, 404*32768/10000 ;b24,b25 .word 253*32768/10000, -151*32768/10000 ;b26,b27 .word -210*32768/10000, 14*32768/10000 ;b28,b29 .word 131*32768/10000, 39*32768/10000 ;b30,b31 .word -61*32768/10000, -43*32768/10000 ;b32,b33 .word 18*32768/10000, 28*32768/10000 ;b34,b35 .word 0*32768/10000, -14*32768/10000 ;b36,b37 .word -5*32768/10000, 7*32768/10000 ;b38,b39 .text .def FIR_INIT .def FIR_TASKFIR_INIT: SSBX FRCT STM #FIR_COFF_TABLE,AR5 RPT #K_FIR_BFFR-1 MVPD #COFF_FIR_START,*AR5+ STM #D_DATA_BUFFER,AR4 RPTZ A,#K_FIR_BFFR-1 STL A,*AR4+ STM #(D_DATA_BUFFER+K_FIR_BFFR-1),AR4 STM #(FIR_COFF_TABLE+K_FIR_BFFR-1),AR5 STM #-1,AR0 LD D_DATA_BUFFER,DP PORTR PA1,D_DATA_BUFFERFIR_TASK: STM #K_FIR_BFFR,BK RPTZ A,#K_FIR_BFFR-1 MAC *AR4+0%,*AR5+0%,A STH A,y PORTW y,PA0 BD FIR_TASK PORTR PA1,*AR4+0% .end3、汇编源程序的链接命令文件：在TM320VC5403DSP硬件系统中，基于其资源配置，FIR滤波器源程序的链接命令文件如下：MEMORY PAGE 0: EPROM: org=0E000H len=1000H VECS: org=0FF80H len=0080H PAGE 1: SPRAM: org=0060H len=0020H DARAM: org=0080H len=1380H SECTIONS .text : EPROM PAGE 0.text : VECS PAGE 0.data : EPROM PAGE 0.bss : SPRAM PAGE 1FIR_BFR : align(128) DARAM PAGE 1FIR_COFF : align(128) DARAM PAGE 1 6、实验结果及分析:输入波形：输入时域波形输入频域波形输出波形：输出时域波形输出频域波形结果分析：时域图中，滤波前波形有很多毛刺，滤波后，是平滑的等幅正弦波，而且滤波后最大振幅有所减小。频域图中，滤波前有两个带尖峰的图像，滤波后只有一个带尖峰图像，而且是出现在低频部分，说明信号经过低通滤波器后，将信号中的高频成分滤除掉了。 7、设计总结、心得：这次课程设计实现了一个简单的FIR滤波器的设计，在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，同时也对CCS有了不少理解，也不断的强化了自己的基础知识。在设计过程中，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致课程设计过程中，许多程序不免令我感到有些心烦意乱：有多次运