基于TMS320VC5402 DSP 的音频带通滤波器的设计.doc

郑 州 轻 工 业 学 院研究生课程考试考生姓名考生学号系、年级科目类别考试科目考试日期基于Matlab和Ccs的音频带通数字滤波器的设计在信号处理中，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。带通有限冲激响应滤波器(带通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。设计一个300级的FIR带通滤波器，通带频率为6KHz至8KHz；阻带频率为5.8KHz至8.2KHz；采样频率为40KHz，并利用设计好的滤波器对常用信号进行滤波处理。用MATLAB设计FIR滤波器用MATLAB进行FIR带通滤波器的设计，同时利用它的export 操作导出所设计滤波器的系统函数 H(z)，由于 MATLAB 具有强大的接口功能，仿真后的结果可以很方便的移植到 DSP、CPLD 或 FPGA 等器件中。在实际应用中,只需按要求修改滤波器参数,并对程序作较少的改动,即可实现不同截止频率的 FIR 滤波器,实用性较强。FDATool(Filter Design & Analysis Tool)是MATLAB信号处理工具箱专用的滤波器设计分析工具，操作简单、灵活，可以采用多种方法设计FIR 和IIR 滤波器。在MATLAB命令窗口输入FDATool后回车就会弹出FDATool界面。首先在Filter Type中选择Bandpass；在Design Method选项中选择Equiripple；指定Filter Order 项中的Specify order为300；采样频率Fs=40KHz,阻带下限截止频率Fstop1=5800Hz,通带下限截止频率Fpass1=6000Hz,通带上限截止频率Fpass2=8000Hz,阻带上限截止频率Fstop2=8200Hz。设置完以后点击窗口下方的Design Filter，完成后将结果保存为.fda文件。调整参数后的滤波器如下图：图1滤波器幅频特性图2 滤波器相频特性在Simulink环境下，将滤波器文件.fda导入Digital Filter Design模块，输入信号为,生成的仿真图和滤波效果如图所示。图3 Simulink仿真图图4 滤波前后的离散波形从MATLAB中导出滤波器系数在FDATool中，选择Targets-Code Composer Studio(tm) IDE。在出现的对话框中选择输出文件类型为C header file,输出系数类型为signed 16-bit integer，如下图所示：图5 导出滤波器系数点击Generate按钮，选择路径，即可输出设计的FIR滤波器的系数表，文件为fdacoefs.h，得到滤波器的系数如下：const int BL = 301;const int16_T B301 = -93, 336, 31, 44, 99, 71, -29, -99, -61, 48, 110, 51, -66, -111, -34, 75, 95, 14, -67, -62, 0, 38, 21, -2, 7, 17, -12, -54, -41, 36, 89, 44, -58, -98, -30, 64, 77, 11, -43, -32, 0, -3, -20, 7, 64, 61, -32, -118, -77, 64, 145, 66, -83, -131, -37, 73, 78, 9, -26, -3, 0, -50, -69, 18, 132, 114, -55, -189, -117, 91, 197, 85, -100, -146, -37, 62, 48, 2, 24, 64, 0, -136, -153, 35, 236, 190, -87, -282, -166, 122, 248, 99, -106, -133, -26, 19, -31, -15, 125, 191, 0, -285, -293, 62, 399, 304, -133, -409, -227, 156, 290, 102, -86, -59, 11, -94, -222, -52, 348, 463, 0, -595, -582, 118, 727, 533, -222, -651, -336, 208, 318, 70, 21, 243, 147, -510, -930, -195, 1226, 1592, 0, -2059, -2068, 435, 2843, 2242, -1027, -3402, -2077, 1628, 3605, 1628, -2077, -3402, -1027, 2242, 2843, 435, -2068, -2059, 0, 1592, 1226, -195, -930, -510, 147, 243, 21, 70, 318, 208, -336, -651, -222, 533, 727, 118, -582, -595, 0, 463, 348, -52, -222, -94, 11, -59, -86, 102, 290, 156, -227, -409, -133, 304, 399, 62, -293, -285, 0, 191, 125, -15, -31, 19, -26, -133, -106, 99, 248, 122, -166, -282, -87, 190, 236, 35, -153, -136, 0, 64, 24, 2, 48, 62, -37, -146, -100, 85, 197, 91, -117, -189, -55, 114, 132, 18, -69, -50, 0, -3, -26, 9, 78, 73, -37, -131, -83, 66, 145, 64, -77, -118, -32, 61, 64, 7, -20, -3, 0, -32, -43, 11, 77, 64, -30, -98, -58, 44, 89, 36, -41, -54, -12, 17, 7, -2, 21, 38, 0, -62, -67, 14, 95, 75, -34, -111, -66, 51, 110, 48, -61, -99, -29, 71, 99, 44, 31, 336, -93;待测信号设计本实验设计一个采样频率为40KHz，输入信号频率为3KHz，7KHz和10KHz的合成信号，通过设计的带通滤波器将3KHz和10KHz信号滤除，剩余其余信号。为了方便的导入CCS环境，特用MATLAB生成随机信号，并导出名为input的dat文件。随机信号生成代码：9f11=3000; %Hzf12=7000; %Hzf13=10000; %Hzfs=40000; %采样 HzN=1000; %数据个数T=1/fs; %采样周期N=0:N;x11=sin(2*pi*f11*n*T);x12=0.7sin(2*pi*f12*n*T);x13=0.5sin(2*pi*f13*n*T);x_base=(x11+x12+x13); %待滤波信号figure(1) %波形plot(x_base)figure（2） %待滤波信号频谱yff=abs(fft(x_base)df=n*(fs/N)plot(df,yff)xout=x_base/max(x_base); %归一化xto_ccs=round(32767*xout)fid=fopen(input.dat,w); %打开文件fprintf(fid,1651 1 0 0 0n); %输出文件头Fprintf(fid,%dn,xto_ccs); %输出fclose(fid);CCS环境程序设计在CCS上建立FIR工程并将滤波器仿真程序FIR.c、MATLAB导出的头文件fdacoefs.h和链接文件FIR.cmd添加到工程中，对程序进行调试、链接；调试无误后生成FIR.out程序。FIR.c程序如下：#includestdio.h#includefdacoefs.h#define N 301#define LEN 1000long yn;int inputLEN;int outputLEN;void main() int i,j; int *x; for(j=0;jLEN-1;j+) x=&inputj;yn=0;for(i=0;i15; while(1);FIR.cmd程序如下：MEMORYPAGE 0:EPROG:origin=0x1400,len=0x7c00 VECT:origin=0xff80,len=0x80PAGE 1:USERREGS:origin=0x60,len=0x1c BIOSREGS: origin=0x7c,len=0x4 IDATA: origin=0x80,len=0x1380 EDATA: origin=0x1400,len=0x8000 EDATA1: origin=0x9400,len=0x4c00SECTIONS .vectors: VECT PAGE 0 .sysregs: BIOSREGS PAGE 1 .trcinit: EPROG PAGE 0 .gblinit: EPROG PAGE 0 frt: EPROG PAGE 0 .text: EPROG PAGE 0 .cinit: EPROG PAGE 0 .pinit: EPROG PAGE 0 .sysinit: EPROG PAGE 0 .bss: IDATA PAGE 1 .far: IDATA PAGE 1 .const: IDATA PAGE 1 .switch: IDATA PAGE 1 .sysmem: IDATA PAGE 1 .cio: IDATA PAGE 1 .MEM$obj: IDATA PAGE 1 .sysheap: IDATA PAGE 1 .stack: IDATA PAGE 1 把滤波器程序载入内存；装载之前生成的input.dat文件，Length 设置为200，Page设置为Data。运行程序，点击RUN按钮，程序即开始运行。查看滤波器滤波效果。打开View-Graph-Time/Frequency,修改参数设置。点击OK，得到输入信号的时域波形：图6 输入信号的时域波形重复前三个步骤，只改变图形选项中的Display Type、Graph Title、Start Address，使之最