DSP与matlab联合设计FIR滤波器.docx
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DSP与matlab联合设计FIR滤波器
设计FIR滤波器作业报告
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设计FIR滤波器作业报告
本设计主要内容是利用MATLAB验证设计思路并用CCS3.3仿真环境设计一个FIR滤波器，要求滤除给定的叠加正弦波的两个较高频分量。
给定波形函数为：
y=sin（2*pi*100*t）+sin（2*pi*250*t）+sin（2*pi*270*t）。
1.设计思路：
输入信号是频率为100Hz、250HZ、270Hz的合成正弦等幅信号，由于给定的谐波分量最高为270Hz，根据奈奎斯特准则，采样频率应大于最高频率分量的2倍，即大于2*270，故可以以600Hz的采样频率进行采样，即fs=600Hz。
设计了一个截止频率为200Hz的低通滤波器，目的是通过所设计的低通bartlett滤波器将信号源中频率为200Hz以上的信号滤掉，留下频率为100Hz的信号，达到滤波的效果。
利用MATLAB设计合适的滤波器实现滤波，然后得到其滤波器系数在CCS的simulator方式下编写滤波程序，调用波形数据，实现滤波，并观看滤波前后的信号波形图、频谱图，观察滤波达到预期效果。
2.设计过程
1）在MATLAB中进行算法验证
MATLAB语言由于具有数值计算功能、符号计算功能、数据可视化功能、建模仿真可视化功能，使得MATLAB在命题构思、模型建立、仿真研究、假想验证、数据源可视化各环节起着强大的作用。
因此在设计中必须先在MATLAB语言中设计一个FIR滤波器。
本设计采用的是bartlett窗函数。
下面是在MATLAB中设计的27阶FIR型bartlett滤波器程序：
clearall;%请寄存器
clf;%清屏
N=256;%清数据点
fs=600;%采样频率
dt=1/fs;%采样时间间隔
fort=1:
N
f1=250;
f2=100;
f3=270;
y（t）=（sin（2*pi*f1*t*dt）+sin（2*pi*f2*t*dt）+sin（2*pi*f3*t*dt））;%产生合成信号
x（t）=round（10000*y（t））;%为DSP汇编程序做数据转换
end
figure
（1）
plot（y）,title（'滤波前的波形图像'）;
fp=200
fst=250
NL=26
f1=200;
w1=2*pi*f1/fs
window=bartlett（NL+1）%窗函数
n=1:
NL+1
hd=sin（w1*（n-NL/2））./（pi*（n-NL/2））;
hd（NL/2）=0.67;
h=hd.*rot90（window）
h1=h*32768;
h2=fft（h,N）;%将信号做FFT变换
pyy=h2.*conj（h2）;%做功率谱分析
f=（0:
（N/2-1））;
fori=1:
N/2-1
f（i）=f（i）*fs/N;
end
figure
（2）
plot（f,pyy（1:
N/2））,title（'滤波器的频谱图像'）;
yy1=filter（h,1,y）;%滤波
figure（3）
plot（yy1）,title（'滤波后的波形图像'）;
y=fft（y,N）;
pyy=y.*conj（y）;
f=（0:
（N/2-1））;
fori=1:
N/2-1
f（i）=f（i）*fs/N;
end
figure（4）
subplot（1,2,1）,plot（f,pyy（1:
N/2））,title（'滤波前的波形频谱图像'）;
y=fft（yy1,N）;
pyy=y.*conj（y）;
f=（0:
（N/2-1））;
fori=1:
N/2-1
f（i）=f（i）*fs/N;
end
subplot（1,2,2）,plot（f,pyy（1:
N/2））,title（'滤波后的波形频谱图像'）
其中采样点为256个，采样频率为600Hz，输入信号为100Hz、250Hz、270Hz的合成信号，设定的截止频率为200Hz，通过FIR滤波器后，期望保留的信号是100Hz的信号，200Hz以上的频率基本被滤掉。
图1是滤波前的图形，图2是滤波后的图形，图3为滤波器频谱图像，图4滤波前后的波形频谱图像。
从这四个图中可以看住原始信号中的频率有100Hz、250Hz、270Hz，经过滤波后200Hz以上的信号成分基本上被滤掉。
只留下100Hz的信号。
图1滤波前波形图像
图2滤波后波形图像
图3滤波器的频谱图像
图4.滤波前后的波形频谱图像
2）在CCS环境的仿真
首先配置处理器项，进入CCStudiov3.3中，编写程序，程序如下：
.mmregs
.reffilter_start
.def_c_int00
K_DATA_SIZE.set256
K_BUFFER_SIZE.set32
K_STACK_SIZE.set256
K_B.set27
K_CIR.setK_BUFFER_SIZE
STACK.usect"stack",K_STACK_SIZE
SYSTEM_STACK.setK_STACK_SIZE+STACK
DATA_DP.usect"filter_vars",0
filterdata.usect"filter_vars",K_DATA_SIZE
bufferdatay.usect"filter_vars",K_BUFFER_SIZE*2
bufferdatax.usect"filter_vars",K_BUFFER_SIZE*2
.data
.globalinputdata
inputdata
.WORD16750,-5878,18090,-26831,6340,-9511,11750,11443
.WORD-6910,0,-16750,5878,5570,9511,0,-7810
.WORD-11750,5878,570,17321,-6910,-5878,-5570,-9511
.WORD23660,-9511,18090,-23198,-570,0,570,23198,-18090
.WORD9511,-23660,9511,5570,5878,6910,-17321,-570
.WORD-5878,11750,7810,0,-9511,-5570,-5878,16750
.WORD0,6910,-11443,-11750,9511,-6340,26831,-18090
.WORD5878,-16750,0,16750,-5878,18090,-26831,6340
.WORD-9511,11750,11443,-6910,0,-16750,5878,5570
.WORD9511,0,-7810,-11750,5878,570,17321,-6910
.WORD-5878,-5570,-9511,23660,-9511,18090,-23198,-570
.WORD0,570,23198,-18090,9511,-23660,9511,5570
.WORD5878,6910,-17321,-570,-5878,11750,7810,0
.WORD-9511,-5570,-5878,16750,0,6910,-11443,-11750
.WORD9511,-6340,26831,-18090,5878,-16750,0,16750
.WORD-5878,18090,-26831,6340,-9511,11750,11443,-6910
.WORD0,-16750,5878,5570,9511,0,-7810,-11750
.WORD5878,570,17321,-6910,-5878,-5570,-9511,23660
.WORD-9511,18090,-23198,-570,0,570,23198,-18090
.WORD9511,-23660,9511,5570,5878,6910,-17321,-570
.WORD-5878,11750,7810,0,-9511,-5570,-5878,16750
.WORD0,6910,-11443,-11750,9511,-6340,26831,-18090
.WORD5878,-16750,0,16750,-5878,18090,-26831,6340
.WORD-9511,11750,11443,-6910,0,-16750,5878,5570
.WORD9511,0,-7810,-11750,5878,570,17321,-6910
.WORD-5878,-5570,-9511,23660,-9511,18090,-23198,-570
.WORD0,570,23198,-18090,9511,-23660,9511,5570
.WORD5878,6910,-17321,-570,-5878,11750,7810,0
.WORD-9511,-5570,-5878,16750,0,6910,-11443,-11750
.WORD9511,-6340,26831,-18090,5878,-16750,0,16750
.WORD-5878,18090,-26831,6340,-9511,11750,11443,-6910
.WORD0,-16750,5878,5570,9511,0,-7810
.text
_c_int00:
.asgAR2,ORIGIN
.asgAR3,INPUT
.asgAR4,FILTER
.asgAR5,OUTPUT
START:
SSBXFRCT
SSBXINTM
LD#DATA_DP,DP
STM#STACK,SP
CALLfilter_start
NOP
NOP
NOP
LOOP
BLOOP
.defh0,h1,h2,h3,h4,h5,h6,h7,h8,h9,h10,h11,h12,h13,h14,h15,h16,h17,h18,h19,h20,h21,h22,h23,h24,h25,h26
.deffilter_start
h0.set0000H
h1.set-003FH
h2.set008AH
h3.set0000H
h4.set-015BH
h5.set01F0H
h6.set0000H
h7.set-03CDH
h8.set056EH
h9.set0000H
h10.set-0D92H
h11.set1DDBH
h12.set4F2AH
h13.set2349H
h14.set-1049H
h15.set0000H
h16.set06C9H
h17.set-04E3H
h18.set0000H
h19.set02B7H
h20.set-0209H
h21.set0000H
h22.set0116H
h23.set-00BEH
h24.set0000H
h25.set0035H
h26.set0000H
.text
filter_start:
STM#K_CIR,BK
STM#1,AR0；设置循环缓冲区的大小和步长
STM#inputdata,ORIGIN
STM#bufferdatax,INPUT
;STM#bufferdatay,FILTER
STM#filterdata,OUTPUT
STM#K_DATA_SIZE-1,BRC；设置快循环计数器
RPTBfilter_end-1
MVDD*ORIGIN+,*INPUT
RPT#K_B-1-1
MAR*INPUT-0%
MPY*INPUT+0%,#h26,B
LDB,A
MPY*INPUT+0%,#h25,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h24,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h23,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h22,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h21,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h20,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h19,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h18,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h17,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h16,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h15,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h14,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h13,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h12,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h11,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h10,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h9,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h8,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h7,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h6,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h5,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h4,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h3,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h2,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h1,B
ADDB,A
MPY*INPUT+0%,#h0,B
ADDB,A
;STHA,*FILTER-0%
STHA,*OUTPUT+
;MAR*FILTER-0%
filter_end:
NOP
RET
.end
配置文件：
MEMORY{
PAGE0:
PARAM:
org=3000hlen=4000h
PAGE1:
DARAM:
org=100hlen=4000h
}
SECTIONS{
.text:
>PARAMPAGE0
STACK:
>DARAMPAGE1
filter_vars:
>DARAMPAGE1
.bss:
>DARAMPAGE1
.data:
>DARAMPAGE1
}
仿真结果如下：
图5、6为滤波前的信号时域图和频谱图像，图7、8为滤波后的信号时域图和频谱图像。
图5滤波前的信号时域波形图像
图6滤波前的信号功率谱图
图7滤波后的信号时域波形图像
图8滤波后的信号功率谱图
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