基于DSP的FIR滤波器实验.docx
《基于DSP的FIR滤波器实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于DSP的FIR滤波器实验.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于DSP的FIR滤波器实验
成绩
课程设计报告
题目FIR滤波器的实验
课程名称数字信号处理课程设计
院部名称电子信息工程学院
专业电子信息工程
班级
学生姓名
学号
课程设计地点
课程设计学时40
指导教师胡国兵
金陵科技学院教务处制
FIR滤波器的实验
一、摘要（所进行设计工作的主旨、缘起、目的，设计工作的主要内容、过程，采用的方法及取得的成果。
关键字（keywords）:
一般3～5个，最能代表报告内容特征，或在报告起关键作用，最能说明问题的词组）
数字信号处理（Digital SignalProcessing,简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。
20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。
在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。
德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实是运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
关键字：
数字滤波器、可编程、高速运行
二、目录
1、摘要…………………………………………………………2
2、目录…………………………………………………………3
3、前言…………………………………………………………4
4、正文…………………………………………………………5
4.1、设计理论………………………………………………5
4.2、程序分析………………………………………………11
4.3、设计步骤………………………………………………14
5、问题与心得…………………………………………………24
5.1、实验问题………………………………………………24
5.2、心得体会………………………………………………25
6、参考文献……………………………………………………26
三、前言（说明本次课程设计课题的意义，本课题相关技术特点，拟采用的方案或路线）
在数字信号处理中，滤波占有极其重要的地位。
数字滤波是语音处理、图像处理、模式识别、频谱分析等应用中的基本处理算法。
与模拟滤波相比,数字滤波具有很突出的优点,例如它可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求,可以避免模拟滤波无法克服的电压飘移、温度飘移和噪声等问题；用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点外，还具有灵活性好等特点。
用可编程DSP芯片可通过修改滤波器的参数十分方便的改变滤波器的特性。
数字滤波器是DSP的基本应用，分为有限冲激响应滤波器FIR和无限冲激响应滤波器IIR。
本设计选用TMS320C54x作为DSP处理芯片，在CCS软件中编程，并导入Matlab生成的待滤波数据、系数，实现FIR滤波器和IIR滤波器的设计，并将CCS仿真结果与Matlab相比较进行验证。
四、正文（包含所进行设计的整体内容）
1．设计理论
ⅰ.FIR滤波器的特点
FIR滤波器主要采用非递归结构，因而从理论上以及实际的有限精度的运算中，都是稳定的；可以得到严格的线性相位；可采用快速傅利叶变换算法；一般没有现成设计公式，窗函数法只给出窗函数的计算公式，计算通带、阻带衰减仍无显示表达式。
ⅱ.FIR滤波器的DSP实现
（1）用线性缓冲区法实现z-1
数据存储器
数据存储器
数据存储器
线性缓冲区顶部
x（n）
PORTR→
x（n+1）
PORTR→
x（n+2）
x（n-1）
x（n）
x（n+1）
x（n-2）
x（n-1）
x（n）
x（n-3）
x（n-2）
x（n-1）
↑
x（n-4）
↑
x（n-3）
↑
x（n-2）
*ARx-
x（n-5）
*ARx-
x（n-4）
*ARx-
x（n-3）
N=6的线性缓冲区存存储器图
（2）用循环缓冲区法实现z-1
数据存储器
数据存储器
数据存储器
循环缓冲区顶部
x（n）
←ARx
x（n）
x（n）
x（n-1）
↓
x（n-1）
x（n-1）
x（n-2）
x（n-2）
x（n-2）
x（n-3）
x（n-3）
x（n-3）
x（n-4）
x（n-4）
x（n-4）
x（n-5）
x（n-5）
x（n-5）
x（n-6）
x（n-6）
x（n+2）
←ARx
循环缓冲区底部
x（n-7）
x（n+1）
←ARx
x（n+1）
↓
↓
N=8的循环缓冲区存储器图
ⅲ．FIR滤波器的实现方法
（1）用线性缓冲区和直接寻址方法实现FIR滤波器
〖例7-1〗N=5,y（n）=h0x（n）+h1x（n-1）+h2x（n-2）+h3x（n-3）+h4x（n-4）
在数据存储器中存放系数h0～h4，并设置线性缓冲区存放输入数据，如图所示:
数据存储器
y
y（n）
XN
x（n）
XNM1
x（n-1）
XNM2
x（n-2）
XNM3
x（n-3）
XNM4
x（n-4）
H0
h0
H1
h1
H2
h2
H3
h3
H4
h4
直接寻址线性缓冲区数据分配
FIR滤波器的输出
（2）用线性缓冲区和间接寻址方法实现FIR滤波器
〖例7-2〗N=5,y（n）=h0x（n）+h1x（n-1）+h2x（n-2）+h3x（n-3）+h4x（n-4）
在数据存储器中存放系数h0～h4，并设置线性缓冲区存放输入数据，如图所示，利用AR1和AR2分别作为间接寻址线性缓冲区和系数区的辅助寄存器。
数据存储器
y
y（n）
x
x（n）
x（n-1）
x（n-2）
x（n-3）
AR1→
x（n-4）
h
h0
h1
h2
h3
AR2→
h4
间接寻址线性缓冲区数据分配
FIR滤波器的输出
（3）用线性缓冲区和带移位双操作数寻址方法实现FIR滤波器
〖例7-3〗N=5,y（n）=h0x（n）+h1x（n-1）+h2x（n-2）+h3x（n-3）+h4x（n-4）
数据存储器
x
暂存y（n）
程序存储器
x（n）
PAR→COEF
h4
x（n-1）
h3
x（n-2）
h2
x（n-3）
h1
AR1→
x（n-4）
h0
双操作数寻址线性缓冲区数据分配
（4）用循环缓冲区和双操作数寻址方法实现FIR滤波器
〖例7-4〗N=80,，存放h0～h79的系数表以及存放数据的循环缓冲区
均设在DARAM中，如图所示。
数据存储器
y
y（n）
60h
…
数据存储器
xn
x（n）
80h
h
h0
100h
x（n-1）
81h
h1
101h
x（n-2）
h2
102h
x（n-3）
h3
103h
x（n-4）
h4
104h
x（n-5）
h5
105h
…
…
AR3→
x（n-79）
cfh
AR4→
h79
14fh
双操作数寻址循环缓冲区数据分配
（5）系数对称FIR滤波器的实现方法
数据存储器
New循环
缓冲区
Old循环
缓冲区
80h
x（n）
←AR2
88h
x（n-4）
81h
x（n-3）
89h
x（n-5）
82h
x（n-2）
8Ah
x（n-6）
83h
x（n-1）
8Bh
x（n-7）
←AR3
新旧缓冲区对比
程序存储器
系数表
COEF
h0
低地址
h1
h2
h3
高地址
程序存储器存系数表
FIR滤波器单位脉冲响应
输入方波时FIR滤波器的输出
（6）Filter函数的作用
过滤一维数字滤波器。
Y=filter（B,A,X）用向量A和B所描述的过滤器来过滤向量X中的数据，以创建过滤后的数据。
输入X为滤波前序列，Y为滤波结果序列，B/A提供滤波器系数，B为分子，A为分母。
整个滤波过程是通过下面差分方程实现的：
a
（1）*y（n）=b
（1）*x（n）+b
（2）*x（n-1）+...+b（nb+1）*x（n-nb）-a
（2）*y（n-1）
-...-a（na+1）*y（n-na）
2．程序分析（对每一程序逐一分析，CMD文件也要解释）包含主程序流程图、各子程序的流程图、存储器的分配说明、关键函数或子程序、关键汇编语句的语法说明
●fir.m
●fir.asm
●fir.CMD
3．设计步骤（详细描述，给出主要步骤的界面，如FDATOOL的界面、CCS中的整体界面、以及一些关键的窗口截图、存储器的分配图。
）
（1）、设计出线性相位FIR滤波器的参数如下：
●滤波器名称：
带通滤波器
●采样频率：
Fs=21KHz
●通带：
2.5KHz～4.5KHz
●过渡带：
2.5KHz～3.1KHz，3.9KHz～4.5KHz
●带内波动：
<0.8dB
●阻带衰减：
-68dB以下
●滤波器级数：
N=75
●滤波器系数（偶对称，只需列出前一半系数）：
12-43-79-485311112-177-2256321348-22-433-41934433357-34-236-9018-212-41898991138-37-1728-19625125392724-43-3147-3250173405
（2）、实验步骤
●打开MATLAB,点击file下的open;打开fir.m文件；
●点击右下角start->Toolboxes->FilterDesignHDLCoder->打开lterDesign&AnalysisTool（fdatool）
●根据.m文件设置参数，设置完点击DesignFitder
●点击file下的export,导出滤波器系数
●运行刚开始打开的.m文件，生成波形图
●点击Targets->ccs->Exportas->Signed16bitinteger->Generate，生成.h文件并修改.h文件
●打开SetupCCS,选择C5402Device芯片，保存后关闭
●打开CCS，新建Project,并保存到自己的文件夹内，右击新建的工程，然后点击AddFilestoProject;打开两个脚本文件
●打开Source下的fir.asm文件，根据.m文件的参数参照修改，点击运行
●点击file下的loadprogram,打开生成的.out文件；点击左边的run;
●点击File下的Data->LoadData,打开之前生成的input1文件，根据fir.CMD文件，将Address设置为input,Length设置为200，Page设置为Data
●点击View下的Graph->Time/Frequency,设置波形图参数
五、问题与心得（对整个设计工作的总结，可以包括作者提出的建议、下一步工作的设想及改进意见等）
1、实验问题
（1）FIR有何特点？
你做了什么？
FIR滤波器主要采用非递归结构，因而从理论上以及实际的有限精度的运算中，都是稳定的；可以得到严格的线性相位；可采用快速傅利叶变换算法；一般没有现成设计公式，窗函数法只给出窗函数的计算公式，计算通带、阻带衰减仍无显示表达式。
我做的带通滤波器。
（3）加了噪声特有何影响？
加了噪声波形没有太大影响，就是滤出的波形中过渡带部分会出现毛刺。
（3）数据如何加载进来的？
通过Matlab中的fadtool中的ExporttoCodeComposerStudio（tm）IDE导出.h文件，把.h文件修改成能被DSP识别再把.h文件复制到在CCS中新建的文件夹中，通过fir.asm文件copy，这样数据就加载进来了。
2、心得体会
经过这么长时间的课程设计，在老师的指导下，我终于如愿完成了此次课程设计的各项任务。
总体而言，此次课程设计收获颇丰，且算是比较成功。
虽然此前对Matlab已经略有了解，但是运用还是不太熟练，还是要查阅资料才能完成任务。
本次实验也算是对之前的所学知识的复习巩固，我们不仅对滤波器有更加新的知识还对Matlab的实际操作有了更叫充分的了解，还学会了使用CCS。
但是也暴露出了自身的一些缺点，例如自己解决问题的能力有所欠缺，在处理问题时思路不够清晰，滤波器的制作中对于问题的把握不够具体。
好在后来老师给我们的问题都一一解惑了。
最后答辩时老师也问了我一些问题，大部分我都回答出来了，但是还是处于半懂不懂的状态。
课后还是要好好学习巩固一下。
通过本次课设，我们很好的复习巩固了之前所学的知识，也了解了许多关于滤波器的新的内容，在理论以及动手操作这方面我都得到了提高！
六、参考文献
[1]李朝青.DSP芯片的原理与开发应用[M].电子工业出版社，
[2]蔡旭辉、刘卫国、蔡立燕.MATLAB基础与应用教程.人民邮电出版社
[3]高西全、丁玉美.数字信号处理（第三版）.西安电子科技大学出版社
升级会员 