基于DSP芯片的自适应滤波器实现课程设计Word文档下载推荐.docx

1、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

2、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

3、小均方误差条件，即 Ee2（n）=Ed（n）-y（n）2 （2-2）有最小值，其中e（n）表示误差.令 Ee2（n）/ h（k）=0 （2-3）并把式（22）代入，便得正交条件：Ee（n）x（n-k）=0 , 0kN-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：Ed（n）-y（n）x（n）=0把式（2-5）代入上式后，有 Ed（n）x（n）= Ex（n）xT（n）h （2-6）如果令：r=Ed（n）x（n）,xx= Ex（n）x

4、T（n）,那么最佳权向量 h*=xx -1r （2-7）3 详细设计过程3.1 LMS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”（Mean Sqluare Error，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.3.2 FIR 滤波器设计设h（n），n=0，i2N

5、-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）

6、=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，2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xxi=256*sin（i*2*PI/34）。 （2）根据输入地采样值计算滤波器地输出并

7、求出误差； 这一步是最重要地滤波计算，我们用FIRLMS（int *nx,float *nh,int nError,int nCoeffNumber） 这个函数来实现.其完整代码是int FIRLMS（int *nx,float *nh,int nError,int nCoeffNumber） int i,r。 float fWork。 r=0。 for （ i=0。iGraph-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wc7.观察结果8.退出CCS4.2 DSP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

8、-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,20022 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,20083 John G. Proakis,Dimitris G.Manolakis.数字信号处理M

9、.方艳梅,刘永清译.北京:电子工业出版社,20074 Sanjit K Mitra.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. */ Example For ICETEK-VC5416-EDU / CTR Version : V4 / Filename: FirLms.c / Project : FirLms.pjt / Version : 2.00 / Write by: Daniel Hawk / Company : Realtimedsp Co.Ltd. / / All Rights opened & no Onus 200

10、5.06 /#includemath.h#define PI 3.1415926#define COEFFNUMBER 16#define INPUTNUMBER 1024int FIRLMS（int *nx,float *nh,int nError,int nCoeffNumber）。float hCOEFFNUMBER,fU。int xxINPUTNUMBER,rrINPUTNUMBER,wcINPUTNUMBER。main（） int i,nLastOutput。 nLastOutput=0。 fU=0.0005。COEFFNUMBER。i+ ） hi=0。 xxi=256*sin（i*

11、2*PI/34）。 rri=wci=0。 for （ i=COEFFNUMBER+1。 / break point exit（0）。 func .h 头文件void interrupt tint（ void ）。void CLK_init（ void ）。void SDRAM_init（ void ）。void INTR_init（ void ）。void TIME_init（void）。void TMCR_Reset（ void ）。void SetDSPPLL（unsigned int uPLL）。 scancode.h 头文件#define SCANCODE_0 0x70#define

12、SCANCODE_1 0x69#define SCANCODE_2 0x72#define SCANCODE_3 0x7A#define SCANCODE_4 0x6B#define SCANCODE_5 0x73#define SCANCODE_6 0x74#define SCANCODE_7 0x6C#define SCANCODE_8 0x75#define SCANCODE_9 0x7D#define SCANCODE_Del 0x49#define SCANCODE_Enter 0x5A#define SCANCODE_Plus 0x79#define SCANCODE_Minus

13、0x7B#define SCANCODE_Mult 0x7C#define SCANCODE_Divid 0x4A#define SCANCODE_Num 0x77/* util.h 头文件/* * Copyright （C） 2001, Spectrum Digital, Inc. All Rights Reserved. */#define DSP_CLKIN 20#define NULLLOOP_CLK 20typedef struct int freq。 / DSP operating clock int clkin。 / DSP input clock int pllmult。 /

14、PLL multiplier int plldiv。 / PLL divisor int clksperusec。 / DSP clocks per usec int nullloopclk。 / DSP clocks per null loop DSPCLK。extern DSPCLK dspclk。/ Read and write from an address#define Read（addr） addr#define Write（addr,data） addr = data/ Set or clear all bits in the mask#define ClearMask（addr

15、,mask） addr = （addr & （mask）#define SetMask（addr,mask） addr = （addr | （mask） / Read and write data at addr, only bits in mask are affected#define ReadMask（addr,mask） （addr & （mask）#define WriteMask（addr,data,mask） addr = （addr & （mask） | （data）/ Read and write data at addr, shift data so that bit 0

16、of data is aligned/ with lowest set bit in mask. Only bits in mask are modified. Example/ with address 0x1000 initial contents = 0x4007:/ WriteField（0x1000, 0x56, 0x0ff0） will set address 0x1000 to 0x4567.#define ReadField（addr,mask） （addr & （mask） firstbit（mask） #define WriteField（addr,data,mask） addr = （addr & （mask） | （data firstbit（mask）extern int firstbit（unsigned short mask）。/*/