完整版)基于DSP的FIR滤波器的设计与实现开题报告

1、毕业设计（论文）开题报告题 目 基于DSP的FIR滤波器的设计和实现系：专 业：学生姓名：学号：指导教师：开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩 委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教 师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导 教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档 标准格式（可从电气系网页或各教研室 FTB上下载）打印，禁止 打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述” 应按论文的格式成文， 并直接书写（或打印） 在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参

2、考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） ，其中至少应包括 1 篇外文资料；对 于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的 最后。4统一用 A4 纸，并装订单独成册，随毕业设计说明书 等资料装入文件袋中。毕业设计（论文）开题报告1.文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料， 每人撰写2500字左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。I : M : M U MU M U M ! U M ! U M !U M !U HWU 文献综述在信号处理过程中，所处理的信号往往混有噪声，从接收到的信号中消除和减弱 噪声是信号传输和处理中十分重要的问题。根据有用信号和噪

3、声的不同特性，提取有 用心好的过程成为滤波，实现滤波功能的系统成为滤波器。在1960年到1970年十年中，高速数字计算机迅速发展，并被广泛地用来处理数 字形式的电信号。因而，在数字滤波器的设计中，就有可能采用傅立叶分析、波形抽 样、Z变换等已有的基本理论概念。数字滤波器精确度高，使用灵活，可靠性高，具 有模拟设备没有的许多优点，已广泛地应用于各个科学技术领域，例如数字电视，语 音，通信，雷达，声纳，遥感，图像，生物医学以及许多工程应用领域。随着信息时 代、数字时代的到来，数字滤波技术已成为一门极其重要的科学和技术领域。以往滤 波器采用模拟电路技术，但是模拟技术存在很多难以解决的问题，而采用数字

4、则避免 很多类似的难题，当然数字滤波器在其他方面也有很多突出的优点都是模拟技术所不 能及的，所以采用数字滤波器对信号进行处理是目前的发展方向。数字滤波根据滤波特性可分为线性滤波和非线性滤波。近些年来线性滤波方法， 如Wiener滤波、Kalman滤波和自适应滤波得到了广泛的研究和应用。同时一些非线性滤波方法，如小波滤波、同态滤波、中值滤波和形态滤波等都是现代信号处理的前沿 课题，不但有重要的理论意义，而且有广阔的应用前景。关于数字滤波器理论研究的 发展也带来了数字滤波器在实现上的空前发展。20世纪60年代，由于计算机技术、集 成工艺和材料工业的发展，滤波器的发展上了一个新的台阶，朝着低功耗、高

5、精度、 小体积、多功能、稳定可靠和廉价等方向努力，其中高精度、小体积、多功能、稳定 可靠成为70年代以后的主攻方向，导致数字滤波器、RC有源滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展。到 70年代后期，上述几种滤波器的单片集 成已被研制出来并得到应用，90年代至现在主要智力与把各类滤波器应用与各类产品 的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。数字滤波器按照频域响应的通带特性可划分为：低通滤波器、高通滤波器、带通 滤波器、带阻滤波器。数字滤波器按照单位脉冲响应可分为：IIR（I nfinite Impulse Response）滤波器和 FIR（Finite Impul

6、se Response滤波器。其中 FIR （Finite Impulse Response滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件。在很多实际的电子系统中，既要要求有良好的的幅度频率特性，又要求有线性相 位特性，在这方面FIR滤波器（有限长单位冲激响应滤波器）具有优良的特点：1、可以在设计任意幅度频率特性滤波器的同时，保证精确、严格的线性特性；2、FIR数字滤波器的单位冲激响应是有限的，可以用一个因果系统来实现，因而FIR数字滤波器可以做成既是因果的又是稳定的系统；3、允许设计多通带（或多阻带）滤波器。FIR的这些特性使得它的应用越来越广泛，因此它的设计方法和硬件实

7、现就显得特 别重要。FIR滤波器的设计方法主要有三种：窗函数设计法、频率采样法和等波纹最佳 逼近法。窗函数设计法和频率采样法简单方便，易于实现。但它们存在以下缺点：1、滤波器边界不易精确控制。2、窗函数设计法总使用通带和阻带波纹幅度相等，频率采样法 只能控制阻带波纹幅度，两种方法都不能分别控制通带和阻带的波纹幅度。3、所设计的滤波器在阻带边界频率附近的衰减最小，距离阻带边界频率越远，衰减越大。等波 纹最佳逼近法是一种优化设计法，它克服了窗函数设计法和频率采样法的缺点，使最 大误差最小化，并在整个逼近频段上均匀分布。用等波纹最佳逼近法设计的FIR滤波器的幅度响应在通带和阻带都是等波纹的，而且可以

8、分别控制通带和阻带的波纹幅度。目前，FIR滤波器的硬件实现有以下几种方式：一种是使用单片通用数字滤波器集成电路，这种电路使用简单，但是由于字长和阶数的规格较少，不易完全满足实际 需要。虽然可采用多片扩展来满足要求，但会增加体积和功耗，因而在实际应用中受 到限制。另一种是使用DSP芯片。DSP芯片有专用的数字信号处理函数可调用，实现 FIR滤波器相对简单。还有一种是使用可编程逻辑器件FPGA/CPLD。FPGA有着规则的内部逻辑块阵列和丰富的连线资源，特别适合用于细粒度和高并行度结构 的FIR滤波器的实现，相对于串行运算主导的通用DSP芯片来说，并行性和可扩展性都更好。本设计采用第二种，就是使用

9、DSP芯片实现FIR滤波器。DSP芯片是针对数字信号处理的要求而设计的一类特殊的计算机芯片，具有灵活、高速、便于嵌 入式应用等优点，是数字信号处理系统中采用的主流芯片。它诞生于20世纪70年代末，在1978年AMI公司生产出了第一个 DSP芯片S2811。20世纪80年代末和90年代初期，DSP在硬件结构上更合适数字信号处理的要求，能进行硬件 乘法和单指令滤波处理，单指令周期为80100ns。TI公司的TMS320C20 和TMS320C30，采用了 CMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为语 音处理和图像处理技术的发展奠定了基础，伴随着运算速度的进一步提高，其应 用范围也逐步扩大到

10、通信和计算机领域。这个时期的DSP主要有：TI公司的TMS320C20、30、40 和 50 系列，Frescale 公司的 DSP5600 和 9600 系列，AT&T 公司的DSP32等。20世纪末，各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善，而且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活，功耗也进一步降低，成本不断 下降。尤其是将各种通用外设集成到芯片上，从而大大提高了数字信号的处理能力。这一时期的 DSP运算速度可达到单指令周期10ns左右，并可在 Windows环境下直接用C语言编程。使用方便灵活。DSP芯片不仅在通信，计算机领域得到了广泛的应用，而且也逐渐渗透到人们的日常消费领域中。主

11、要参考文献：1 赵洪亮.TMS320C55X DSP应用系统设计M 北京：北京航空航天大学出版社，20102 万永革数字信号处理的 MATLAB实现M 北京：科学出版社，20073 史林数字信号处理M 北京：科学出版社，20074 郑南宁数字信号处理M 北京：清华大学出版社，2007 张贤达现代信号处理M 北京：清华大学出版社，19966 李登峰.基于FPGA和DSP的数字滤波器设计D.南京理工大学硕士论文，20047 赵秀玲.基于定点DSP的FIR数字滤波器的研究与设计D.曲阜师范大学硕士论 文，20078 李彩霞.数字滤波器的设计技术D.哈尔滨工程大学硕士论文，20079 陈家承.基于TM

12、S320F2812系统的FIR数字滤波器设计D.中山大学硕士论文，200710 郝小江 FIR数字滤波器设计及DSP实现J.攀枝花学院报，2008年03期11 郝小江基于DSP的数字信号处理实验设计J.实验技术与管理，2012年02期12 陈后金数字信号处理M 北京：高等教育出版社，200413 许臣蓉.基于DSP的数字滤波器设计D.武汉理工大学硕士论文，200614 邓重一.滤波器的过去、现在与未来J.世界电子元器件，2003年04期15 周丽清数字信号处理基础M 北京：北京邮电大学出版社，2005毕业设计（论文）开题报告2 .开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、

13、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施。 : M : M U MU M U M ! U M ! U M !U M !U HWam z开题报告一、课题的目的与意义在现代电子系统中，FIR数字滤波器以其良好的线性特性被广泛使用，属于数字信号处理的基本模块之一。随着数字信号处理的发展，数字滤波器的精确度 提高，使用更加灵活，可靠性更高，具有模拟设备没有的许多优点，已广泛地应 用于各个科学技术领域，例如数字电视，语音，通信，医学以及许多工程应用领 域。随着信息时代、数字时代的到来，应用于其中的FIR滤波器的要求也随之越来越高，速度要求越来越快，面积要求越来越小，功耗要求越来越低，传统的FIR滤波

14、器的硬件实现方式受到其中加法器和乘法器电路的限制，已经不能满足数字 信号处理电路的要求。高速、小面积、低功耗的FIR滤波器的研究成为一种迫切的需要。而数字信号处理器（DSP）具有很强的数据处理能力，它在高速数字信号处理领域 有广泛的应用，例如数字滤波、音频处理、图像处理等。相对于模拟滤波器，数字滤 波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且 精度可以达到很高，容易集成等。因此基于 DSP实现的FIR滤波器广泛应用于语言图像 处理、数字通信、频谱分析、模式识别、自动控制等领域，具有广阔的发展空间。二、课题发展现状和前景展望数字信号处理是目前应用日益广泛、 发展十分

15、迅猛的技术，它是消费类电子产品、 通信产品、工业、国防等应用技术的基础，而且应用范围还在不断扩大，它实际上已 经被应用在我们日常生活中的许许多多方面之中，你可以在象洗衣机、医学用扫描仪 等等日常生活中常见的工具里发现它。 数字信号处理器（DSP）芯片从1980年开始为人们 所使用，它引发了工业设计的革命。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机和消费类电子产品等领域的基础器件。DSP产品将向着高性能、低功耗、加强融合、 和拓展多种应用的趋势发展。DSP技术的发展趋势如下：1、DSP的内核结构将进一步完善。多通道结构和单指令多重数据（ SIMD ）、特大 指令字组（VLIM ）将在新的

16、高性能处理器中占主要地位。2、DSP和微控制器的融合。例如意法半导体公司推出的一款微处理器一增强型 DSP函数库的ARM Cortex_M3微控制器。它的内核中加入了有信号处理功能的指令集， 可在同一内核上执行信号处理和控制函数两项任务。这些函数包括一个PID控制器、傅 利叶变换函数和一套精选的数字滤波器，如 16位FIR滤波器、IIR直接型滤波器和IIR规 范型滤波器。工程师利用这些优点可以降低数字数字功率转换等应用的成本和上市时间，包括太阳能项目、开关电源的闭路控制、音频和语音处理以及数字图像处理。3、 DSP和高档CPU的融合。例如Atmel公司近日宣布推出具有 DSP扩展功能的 AVR

17、32嵌入式CPU架构，具有32位RISC架构、SIMD DSP指令和Java加速引擎以及先进 的7级CPU管道，对计算密度和最低功耗的电子器件进行了优化，大大延长了便携式视 频播放器、MP3播放器和移动电话等便携式和手持多媒体产品的电池寿命。4、DSP和FPGA的融合。例如Intevac公司开发的NightVista嵌入式电子系统，它在单片FPGA中集成了分立元件和数字信号处理（DSP）功能。将一个完整的RISC处理器 和存储器模块、PLL以及大量的逻辑资源集成到一起，实现专用视频信号处理，包括FIR 滤波器和IIR滤波器。同时还在其中加入了实时操作系统（ROTS）来管理复杂的视频处理算法时序

18、，这也DSP的一个发展趋势。5、DSP的并行处理结构。德州仪器公司（TI）的TMS320C55X是一种高性能的数字信号处理器，其强大的并行处理能力能够进一步提高其运算能力。FIR滤波器根据输入数据速率的不同可分为串行结构、半并行结构和全并行结构。串行结构的FIR滤波器是将并行数据串行输入，所需的DSP资源较少，但是数据吞吐率较低；而全并行结构的 FIR滤波器数据是并行输入，滤波系数的个数就决定了所需DSP资源的个数，资源耗用较多，但是吞吐率可以做到很大。在大多数应用中，如无线数字中频处理，所需数据 吞吐率一般都较高，因此采用的是全并行结构的FIR滤波器。用TMS320C55X来实现FIR 滤波

19、器能使其运算速度加快但又占较少的资源。6、功耗越来越低。上述的TMS320C55X采用的并行处理结构有效提高程序执行效 率，同时降低系统功耗。而滤波是现代数字信号处理的重要研究内容，在信号分析、图像处理、模式识别、 自动控制等领域得到了广泛应用。目前 Wiener滤波、Kalman滤波和自适应滤波等一些 线性滤波方法已经得到了很快的发展，其中自适应滤波器是目前数字滤波器领域中最 为活跃的分支。而随着现代数字信号处理技术的发展和周围出现的大量的非线性信号， 非线性数字信号处理方法在信号处理领域中的地位和作用显得越来越重要。线性数字 信号处理方法虽然在理论上比较成熟，且实现相对简单，但它对非线性问题的处理结 果在大多数情况下是不十分理想的。近二十年来，非线性数字信号处理技术已取得了 长足进展，其中包括对非线性数字滤波器的研究。受到人们日益重视的一些非线性滤 波方法包括小波滤波、同态滤波、中值滤波、形态滤波等，它们都是现代数字信号处 理领域的前沿研究课题。数字滤波的研究发展和DSP发展使得基于DSP的数字滤波器的 研究具有重要的理论意义和广阔的应