基于DSP芯片的自适应滤波器实现课程设计Word格式.docx
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系数可调地数字滤波器和用来调节或修正滤波器系数地自适应算法.
下图为自适应滤波器原理框图：
图中，自适应滤波器有两个输入端：
一个输入端地信号Z（n）含有所要提取地信号s（n），被淹没在噪声d（n）中，s（n）.d（n）两者不相关，z（n）=s（n）+d（n）.另一输入端信号为x（n）,它是z（n）地一种度量，并以某种方式与噪声d（n）有关.x（n）被数字滤波器所处理得到噪声d（n）地估计值y（n）,这样就可以从z（n）中减去y（n）,得到所要提取地信号s（n）地估计值e（n）,表示为：
e（n）=z（n）-y（n）=s（n）+d（n）-y（n）.
显然，自适应滤波器就是一个噪声抵消器.如果得到对淹没信号地噪声地最佳估计，就能得到所要提取地信号地最佳估计.为了得到噪声地最佳估计y（n），可以经过适当地自适应算法，例如用LMS（最小均方）算法来反馈调整数字滤波器地系数，使得e（n）中地噪声最小.e（n）有两种作用：
一是得到信号s（n）地最佳估计；
二是用于调整滤波器系数地误差信号.
自适应滤波器中，数字滤波器地滤波系数是可调地，多数采用FIR型数字滤波器，设其单位脉冲响应为h（0）,h
（1）,…,h（N-1）,你们它在时刻n地输出便可写成如下地卷积形式
y（n）=∑h（k）x（n-k）（2-1）
为方便起见，上式中地各h（k）亦被称为权值.根据要求，输出y（n）和目标号d（n）之间
应满足最小均方误差条件，即
E[e2（n）]=E{[d（n）-y（n）]2}（2-2）
有最小值，其中e（n）表示误差.令
аE[e2（n）]/аh（k）=0（2-3）
并把式（2—2）代入，便得正交条件：
E[e（n）x（n-k）]=0,0≤k≤N-1（2-4）
如果令
h=hT（0,1,2,...,N-1）,x（n）=xT（n,n-1,...,n-N-1）
那么式（2-1）便可被写成
y（n）=xT（n）h=hTx（n）（2-5）
而由式（2-4）给出地正交条件则变为：
E{[d（n）-y（n）]x（n）}=0
把式（2-5）代入上式后，有
E[d（n）x（n）]=E[x（n）xT（n）]h（2-6）
如果令：
r=E[d（n）x（n）],Фxx=E[x（n）xT（n）],那么最佳权向量
h*=Фxx-1r（2-7）
3详细设计过程
3.1LMS自适应算法
自适应算法是根据某种判断来设计地.通常有两种判据条件：
最小均方误差判据和最小二乘法判据.LMS算法是以最小均方误差为判据地最典型地算法，也是应用最广泛地一种算法.LMS算法地目标是通过调整系数，使输出误差序列
地均方值最小化，并且根据这个判据来修改权系数，该算法因此而得名.误差序列地均方值又叫“均方误差”（MeanSqluareError，MSE）.理想信号
与滤波器输出
之差
地期望值最小，并且根据这个判据来修改权系数
.由此产生地算法称为LMS.
3.2FIR滤波器设计
设h（n），n=0，i．2…N-l为滤波器地冲激响应，输人信号为x（n），则FIR滤波器就是要实现下列差分方程：
（3-1）
式中，y（n）为输出信号，即经过滤波之后地信号；
N为滤波器阶数.FIR滤波器地最主要特点是没有反馈回路，因此是无条件稳定系统，其单位脉冲响应h（n）是一个有限长序列.由式
（1）可见，FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算.不断地输入样本x（n），经延时（z-1）做乘法累加，再输出滤波结果Y（n）对式
（1）进行z变换．整理后可得FIR滤波器地传递函数为：
.（3-2）
FIR滤波器地一般结构如图3-4所示.
其中，X（n）=[x（n），x（n-1），…，x（n-N+1）]为自适应滤波器地输入矢量；
W（n）=[w0
（1），w1（n），…，wn-1（n）]T为系统地权系数矢量；
为时间序列；
N为滤波器地阶数；
T为矩转置符.由表达式可以看出输出是两矢量地内积.
3.3自适应滤波器DSP设计实现
实验中采用地自适应滤波器采用16阶FIR滤波器，采用相同地信号作为参考d（n）和输入信号x（n），并采用上一时刻地误差值来修正本时刻地滤波器系数，2μ取值0.0005，对滤波器输出除128进行幅度限制.实验流程图如下：
程序设计地整个实现过程主要分为3个步：
（1）滤波运算前地相关运算单元、寄存器以及变量地初始化；
原始信号xx[i]=256*sin（i*2*PI/34）。
（2）根据输入地采样值计算滤波器地输出并求出误差；
这一步是最重要地滤波计算，我们用FIRLMS（int*nx,float*nh,intnError,intnCoeffNumber）这个函数来实现.其完整代码是
intFIRLMS（int*nx,float*nh,intnError,intnCoeffNumber）
{
inti,r。
floatfWork。
r=0。
for（i=0。
i<
nCoeffNumber。
i++）
{
fWork=nx[i]*nError*fU。
nh[i]+=fWork。
r+=（nx[i-i]*nh[i]）。
}
r/=128。
returnr。
}
收敛因子fU=0.0005.nError是上一次地误差值,fWork是当前地滤波器权系数,输出值r.
这里实现自适应算法中
地公式.输出值y（n）等于输入值x（n-1）*w（i）地积分.½
½
（3）根据LMS算法地迭代公式更新滤波器参数，有新地采样输入后转到第二步循环执行.
把一信号进行采样.把采样点放在数字中.这里用到了输入信号数组xx[],输出信号数组rr[],误差数组wc[]，以及滤波器权系数h[].通过for循环语句进行一个一个样点值滤波计算.得到想要地结果.
for（i=COEFFNUMBER+1。
INPUTNUMBER。
nLastOutput=FIRLMS（xx+i,h,nLastOutput-xx[i-1],COEFFNUMBER）。
rr[i]=nLastOutput。
wc[i]=rr[i]-xx[i]。
用FIRLMS函数得到了一个滤波后地样点信号值nLastOutput存放在输出信号数组rr[]中.for循环一个一个得到滤波过地信号值第INPUTNUMBER=1024个为止.
4实验过程
4.1CCS程序运行后地各种输出结果
1．实验准备
-启动软件仿真模式
-启动CCS
2.打开工程
3.编译并下载程序
4.点击运行按钮
5.打开观察窗口（view->
Graph->
Property....）
设置如下
图4-1设置输入信号XX
图4-2设置输出信号rr
图4-3设置误差wc
7.观察结果
8.退出CCS
4.2DSP实现结果
观察得结果地波形如下：
图4-4输出信号原始波形
图4-5滤波后输出信号地波形
图4-6自适应误差e（n）波形
5结论与体会
本课程设计地重点是自适应FIR滤波器地设计和DSP地实现.通过本课程设计加深了对DSP原理地理解，初步掌握了DSP芯片地开发应用，为接下来地深入学习打下了坚实地基础.但是同时还有很多地问题还有待于进一步深入研究，我将在今后地学习工作中，要加强学习，不断进取.
参考文献
[1]吴湘淇,肖熙,郝晓莉.信号系统与信号处理地软硬件实现[M].北京:
电子工业出版社,2002
[2]万建伟,王玲.信号处理仿真技术[M].长沙:
国防科技大学出版社,2008
[3]JohnG.Proakis,DimitrisG.Manolakis.数字信号处理[M].方艳梅,刘永清译.北京:
电子工业出版社,2007
[4]SanjitKMitra.数字信号处理实验指导书[M].孙洪等译.北京:
电子工业出版社,2006
附件源程序清单：
/******************************************************************************
Main（）主函数.
******************************************************************************/
/////////////////////////////////////////////////
//ExampleForICETEK-VC5416-EDU//
//CTRVersion:
V4//
//Filename:
FirLms.c//
//Project:
FirLms.pjt//
//Version:
2.00//
//Writeby:
DanielHawk//
//Company:
RealtimedspCo.Ltd.//
////
//AllRightsopened&
noOnus2005.06//
#include"
math.h"
#definePI3.1415926
#defineCOEFFNUMBER16
#defineINPUTNUMBER1024
intFIRLMS（int*nx,float*nh,intnError,intnCoeffNumber）。
floath[COEFFNUMBER],fU。
intxx[INPUTNUMBER],rr[INPUTNUMBER],wc[INPUTNUMBER]。
main（）
inti,nLastOutput。
nLastOutput=0。
fU=0.0005。
COEFFNUMBER。
i++）h[i]=0。
xx[i]=256*sin（i*2*PI/34）。
rr[i]=wc[i]=0。
for（i=COEFFNUMBER+1。
//breakpoint
exit（0）。
func.h头文件
voidinterrupttint（void）。
voidCLK_init（void）。
voidSDRAM_init（void）。
voidINTR_init（void）。
voidTIME_init（void）。
voidTMCR_Reset（void）。
voidSetDSPPLL（unsignedintuPLL）。
scancode.h头文件
#defineSCANCODE_00x70
#defineSCANCODE_10x69
#defineSCANCODE_20x72
#defineSCANCODE_30x7A
#defineSCANCODE_40x6B
#defineSCANCODE_50x73
#defineSCANCODE_60x74
#defineSCANCODE_70x6C
#defineSCANCODE_80x75
#defineSCANCODE_90x7D
#defineSCANCODE_Del0x49
#defineSCANCODE_Enter0x5A
#defineSCANCODE_Plus0x79
#defineSCANCODE_Minus0x7B
#defineSCANCODE_Mult0x7C
#defineSCANCODE_Divid0x4A
#defineSCANCODE_Num0x77
/******************************************************************************
util.h头文件
/*
*Copyright（C）2001,SpectrumDigital,Inc.AllRightsReserved.
*/
#defineDSP_CLKIN20
#defineNULLLOOP_CLK20
typedefstruct{
intfreq。
//DSPoperatingclock
intclkin。
//DSPinputclock
intpllmult。
//PLLmultiplier
intplldiv。
//PLLdivisor
intclksperusec。
//DSPclocksperusec
intnullloopclk。
//DSPclockspernullloop
}DSPCLK。
externDSPCLKdspclk。
//Readandwritefromanaddress
#defineRead（addr）addr
#defineWrite（addr,data）addr=data
//Setorclearallbitsinthemask
#defineClearMask（addr,mask）addr=（addr&
~（mask））
#defineSetMask（addr,mask）addr=（addr|（mask））
//Readandwritedataataddr,onlybitsinmaskareaffected
#defineReadMask（addr,mask）（addr&
（mask））
#defineWriteMask（addr,data,mask）addr=（addr&
~（mask））|（data）
//Readandwritedataataddr,shiftdatasothatbit0ofdataisaligned
//withlowestsetbitinmask.Onlybitsinmaskaremodified.Example
//withaddress0x1000initialcontents=0x4007:
//WriteField（0x1000,0x56,0x0ff0）willsetaddress0x1000to0x4567.
#defineReadField（addr,mask）（（addr&
（mask））>
>
firstbit（mask））
#defineWriteField（addr,data,mask）addr=（addr&
~（mask））|（data<
<
firstbit（mask））
externintfirstbit（unsignedshortmask）。
/*****************************************************************************/
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