利用DSPFIR滤波器方案

1、题目：利用DSP的FIR滤波器设计数字处理器DSP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。使用可编程的DS芯片实现数字滤波可以通过修改滤波 器的参数十分方便地改变滤波器的特性，下面主要说明利用 TMS320VC54X DSP片设计实现FIR数字滤波器。设计目的意义一个实际的应用系统中 , 总存在各种干扰，所以在系统设计中 滤波器的好坏将直接影响系统的性能。使用 DSP进行数字处理，可以 对一个具有噪声和信

2、号的混合信号源进行采样 ,再经过数字滤波 ,滤 除噪声，就可以提取有用信号了。所以说，数字滤波器是 DS撮基本 的应用领域，熟悉基于DSP勺数字滤波器能为DS应用系统开发提供 良好的基础。技术指标1、数字滤波器的频率参数主要有：通带截频：为通带与过渡 带的边界点，在该点信号增益下降到规定的下限。阻带截频：为 阻带与过渡带的边界点，在该点信号衰耗下降到规定的下限。转 折频率：为信号功率衰减到1/2（约3dB寸的频率，在很多情况下， 也常以fc作为通带或阻带截频。当电路没有损耗时，固有频率： 就是其谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。2、增益与衰耗滤波器在通带内的增益并非常数。对低通滤波器通带增

3、益， 一般指3=0时的增益；高通指3时的增益；带通则指中心频率 处的增益。对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的 倒数。通带增益变化量指通带内各点增益的最大变化量，如果通 带增益变化量以dB为单位，则指增益dB直的变化量。3、阻尼系数与品质因数阻尼系数a是表征滤波器对角频率为30信号的阻尼作用，是滤 波器中表示能量衰耗的一项指标，它是与传递函数的极点实部大小 相关的一项系数。4、灵敏度滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤 波器的性能。5、群时延函数在滤波器设计中，常用群时延函数评价信号经滤波后相位失真 程度。以上的几个技术指标是一般滤波器的特性，但在实际应用中， 数字

4、滤波器通常用来实现选频操作，因此在利用 DS实现数字滤波器 设计中要求的技术指标主要为在频域中给出的幅频响应和相频响对于幅频响应，它的含义是信号通过系统之后的输出信号的幅 度与它输入时的信号的幅度的比值，一般以分贝值表示。对于相频 响应，含义是信号通过系统之后的输出信号的相位与它输入时的信 号的相位之差，在运用线性相频响应指标进行滤波器设计具有如下 优点：只包含实数算法，不涉及复数运算；不存在延迟失真， 只有固定数量的延迟；可以采用FFT算法，从而提高运行效率； 因为FIR滤波器的单位脉冲响应是有限长序列，故 FIR滤波器没有不 稳定的问题，且误差较小。基本原理利用DS实现FIR滤波器的设计方

5、法主要有窗函数法和频率抽样法，其中窗函数法是基本的设计方法，这里采用窗函数法设计FIR滤波器。设希望得到的滤波器理想响应为',那么FIR滤波器的N- 1叮鬥二h(n仝一皿设计就在于寻找一个传递函数去逼进T，设W乩1 f2Ti就是傅立叶级数的系数。在这种逼近中，最直接的一 种方法就是从单位脉冲响应“入手，使小逼近理想的单位脉这里002tt冲响应因为是一个无限长序列，因此，最简单的方法就是对做截尾处理，即得到一个近似的传递函数Q九聲)=$ hd(n>e- n = - Q上式中，Q就是最终确定FIR滤波器的阶数，Q越大，近似程度就越高。对截尾，实际上就是对乘上一个矩形窗口 即 1：&#

6、39;|： - hj.nilt. iji >Q问 H 屈=丫 hd(n >z_ n 令z=，则' Q其脉冲响应系数为"J小，hj.h, , , , °QHa(z)= X 町 >z_ 0n Q具有因果性，Q-q+d . D为使延时Q个样值，可得:H(z) = z _ QHa二 丫 hd(n>z _ n_Q n = - Q2QH(z)= Jhd(k-Q>z令n+Q=k上式成为k = °NH(z) = y hfk > z k 令'川 *N=2Q,得式中，虹是脉冲响应系数，这里h(0) = hd( - Q), h(l)

7、= hd(l-Q), h(Q)= hd(0)h(2Q) = %(Q)o一般来说,FIR数字滤波器输出“ “ /的Z变换形式门八 与输入C 的Z变换形式之间的关系如下：Y(Z) = H(z)X =h(0) + h(l)z 1 + + h(n)z nX (z >实现结构如下图所示：ox( n>Z 12 1O h(o>*)h(1> 4V1FIFz变换结构图W h(N-2> Y) h(N-1> O仃Iy(n>从上面的Z变换和结构图可以很容易得出FIR滤波器的差分方程 表示形式，即对上式进行反Z变换得：y(n > = h(0 > x(n > +

8、 h(l > x(n - 1 > + + h(n - 1 > x(l >上式为FIR数字滤波器的时域表示方法，其中x(n>是在时间n的滤波器的输入抽样值，根据上式即可对滤波器进行设计。硬件设计1、DS芯片根据设计原理，实现的核心器件采用美国德州仪器公司生产的低功耗定点数字信号处理器芯片TMS320C5402选择该芯片主要是因 为它是目前最常用的低成本DS芯片，而且包括以下主要特点：运算速度快，最快可达532MIPS多总线结构，片内共有8条总线<1条程序存储器总线、3条数 据存储总线和4条地址总线)；CP采用冯诺依曼并行结构设计，使其能在一条指令周期 内，高速

9、地完成多项算术运算；片内集成了 4KX 16bitROM和16KX 16bit的双存取RAM丰富的片上外围电路 <通用I/O引脚，定时器，时钟发生器，HPI接口，多通道缓冲串行口 McBSP使其与外部接口方便;3.3V I/O电压，1.8V核点压，工作电流平均值为75mA其中核45mA I/O 约30mA144脚BGA封装，使体积减少，功耗降低。2、A併口 DAfe路在本数字滤波器系统中选择了 TI公司的TLV157C芯片作为模数转 换器件，8通道10位2.7到5.5 V低电压模数转换芯片。TLV1570在3V 电压下的采样频率为625KSPS输入信号最高频率不能超过300K.因为模数转

10、换选择了 10位器件，为了简化程序代码，减少 DSP 的运算工作量，在本数字滤波器系统中选择了 TI公司的TLV560芯 片，它是一款8通道10位2.7到5.5V低电压数模转换芯片。3、电源电路根据DS芯片工作的电压电流需求，及芯片采用双电源供电对加 电顺序的要求，考虑使用TI公司的电源转换芯片TPS73HD318其输出 电压为一路3.3V、一路1.8V，每路电源的最大输出电流为750mA能 满足本系统的供电需求。而且TPS73X）具有非常低的静态电流，能使 稳压器输出稳定。4、时钟电路C54xx系列的时钟端子为X1和X2/CLKIN,采用无源晶振提供时钟 信号，因为DS有一组端子可以用来调整

11、其工作频率的高低，故对晶 振频率大小的选定没有特别的要求，这里选用10MhZ勺晶振。5、复位电路为了克服DS系统因时钟频率较高导致在运行时可能发生的干扰 和被干扰的现象，最好是使用具有监视 vWatchdog功能的自动复位 电路，于是采用专门的自动复位芯片 MAX706 MAX70的电源为3.1V 5.0V,低电平复位输出，复位门限为3.08V。6、未用端子处理根据使用DS芯片的相关原则，以及芯片手册具体决定未用端子 是接上拉电阻还是悬空。7、基于上述的各部分电路组成，可以得出 DSP数字滤波器的整体硬件电路连线图，如下所示程序设计*V1、设计思路宁（在A£2LTR1 |AIN 0

12、AVdd SDIX OVdd S&OLFT 岛 GND Fi DGND S-CLKDSP进行数字滤波运算前首先XF BDXO &DRQ M書血BF5ROKLKJ00 5CIK真0BDKIBF5RIBCLICCI贮 CIKIS-J-J24096、旳班017A j乍=祚、MN AVdd doitt D-vddFS AGND5CLK DGXDr1 卅L事坤I L'ALHj-5VEMLJ/OTI-要进行初始BT2-INTL-DTOz.CVdd帀的初始状态才能保证芯片能正常运行。本系I-=萋方面的初始化NC NC 2SETJ5E 冶LTNC存器初始化：寄存器确设置以下两ST0状态

13、寄存器ST1、处理器模式控制寄存器PMST软件等待状态寄存器SWWSR组交换控制寄存器BSC和时钟模式寄存器等。 中断矢量表初始化：根据DSP芯片对各中断矢量的设置位置编 写一个子程序；设置PMS控制寄存器；连接时将矢量表重定位到 IPTR指定的地址。其次就是FIR数字滤波的子程序设计，主要步骤如下： 查询SPCR1寄存器的第二位，当为1时说明read ready，将 DRR1的值读入AR3所指向的地址，该值为最新的采样值。 将最新的采样值减去200h,然后AR3勺值减1。 执行MA指令。 将累加器的值送给变量Y,并将Yra上200h。 查询SPCR2寄存器的第二位，当为1时说明writere

14、ady，将Y 值赋给DXR10该值为滤波器输出值。 循环执行上面步骤。2、程序流程图依据上述程序设计思路可以得到利用 DS实现FIR滤波器设计的程序流程图，如下3、程序代码因为初始化程序部分过于庞大繁杂，这里只给出用 MA指令编程实现FIR低通滤波器的程序片断：FILT_task1LD Store_SICX,ASTLM A,ar4STM #1,ar0；间址STM #28,bkLD DEM_Out,ASTL A,*ar4+%；输入信号 : 实部STM #Coef_Tab1,ar5；滤波器实部系数地址LD #0,ASTM #27,brcRPTBSICXU-1MAC *AR4+0%,*AR5+,ASICXU LD A,-16,A；低通滤波结果LD C7FFF,BMIN ANEG BMAX ASTL A,DEM_OutLDM AR4,ASTL A,Store_SICXRETCoef_Tab1.word100；h(0>.word7；h(1>；脉冲响应系数.word-248.word-71；h(N-1>.end总结通过利用DSP勺FIR滤波器设计，对DSP芯片的使用，以及利用 DSP芯片组成的基本系统的相关电路有了比较深的认识。熟悉 DS芯 片的系统设计和应用开发流程，并利用图书馆、网络、询问同学等 方式查找资料