改进型FIR数字滤波器设计.docx

1、改进型FIR数字滤波器设计一种改进型的FIR数字滤波器设计 在数字信号处理中，滤波占有极其重要的作用，数字滤波器是谱分析、雷达信号处理、通信信号处理应用中的差不多处理算法。目前常用的滤波器设计方法普遍采纳Matlab仿真，DSP实现。但这一传统设计方法需要的开发周期较长，且设计过程反复进行，特不不便。 针对这一问题，出现了系统级设计方法的构想将Matlab算法仿真和DSP的实现融合在一起。文中应用Matlab Link For CCS Development Tools进行系统级设计，来完成FIR滤波器的设计。 1 FIR数字滤波器设计的差不多步骤 数字滤波器依照其冲激响应函数的时域特性，可分

2、为2种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。FIR系统不像IIR系统那样易取得较好的通带和阻带衰减特性，要取得较好的衰减特性，一般要求H（z）阶次要高，也即M要大。FIR系统有自己突出的优点：系统总是稳定的；易实现线性相位；同意设计多通带（或多阻带）滤波器，后两项差不多上IIR系统不易实现的。FIR数字滤波器的设计方法有多种，如窗函数设计法、频率采样法和Chebyshev逼近法等。随着Matlab软件尤其是Matlab的信号处理工作箱的不断完善，不仅数字滤波器的计算机辅助设计有了可能，而且还能够使设计达到最优化。 FIR数字滤波器设计的差不多步骤如下1： （1）确

3、定技术指标 在设计一个滤波器之前，必须首先依照工程实际的需要确定滤波器的技术指标。在专门多实际应用中，数字滤波器常被用来实现选频操作。因此，指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。幅度指标要紧以2种方式给出。第一种是绝对指标。他提供对幅度响应函数的要求，一般应用于FIR滤波器的设计。第二种指标是相对指标。他以分贝值的形式给出要求。本文中滤波器的设计就以线性相位FIR滤波器的设计为例。 （2）逼近 确定了技术指标后，就能够建立一个目标的数字滤波器模型（通常采纳理想的数字滤波器模型）。之后，利用数字滤波器的设计方法（窗函数法、频率采样法等），设计出一个实际滤波器模型来逼近给定的目标。 （3）性能

4、分析和计算机仿真 上两步的结果是得到以差分或系统函数或冲激响应描述的滤波器。依照那个描述就能够分析其频率特性和相位特性，以验证设计结果是否满足指标要求；或者利用计算机仿真实现设计的滤波器，再分析滤波结果来推断。2 FIR数字滤波器的传统设计方法 传统的FIR数字滤波器设计流程分为2个部分：开发设计和产品实现。在开发设计部分完成方案设计和算法设计与验证，一般用Matlab语言进行仿真，当仿真结果中意时，再进入产品的实现时期。在实现时期，将开发设计的时期的算法用C/C或者汇编语言实现，在硬件的单片机或DSP目标板上实现。 下面以电力系统中的用于滤除高次谐波的低通滤波器为例，介绍设计线性相位FIR低

5、通数字滤波器的传统设计方法。 2.1 FIR滤波器的Matlab仿真2 在电力分析实验仪中，只要求分析20次以下的谐波，30次以上的谐波由抗混叠滤波器滤波，2030次的谐波则由数字滤波器滤除。因此电力系统的低通滤波器的技术指标如下：通带截止频率为1 000Hz，阻带截止频率为1 500Hz，通带波浪为0.001，阻带波浪为0.001，采样频率为4 000Hz，阻带衰减小于50 dB，因此设计中采纳汉明窗比较合适。 FIR滤波器的设计用Matlab数字信号处理软件包提供的专用函数来直接求取是特不方便的。 先求出滤波器的阶数N：Nceil（n）1，通过相关程序仿真能够计算出N28。 滤波器h（n）

6、的系数和他的幅频特性： 调用格式为：bfir1（N，wc,ftype,window）或bfir2（N，wc，m，window）；编制程序并运行，表1为计算所得滤波器系数，图1所示为设计的低通滤波器频率响应曲线。由此可见差不多满足性能指标。h（n）的系数见表1。 输入一混叠信号来测试所设计滤波器的功能：输入信号是频率为f1400Hz和f21 800Hz的正弦交流信号。S1sin（4002t）； S2sin（18002t）； SS1S2 图2为混叠信号波形SS1S2。 图3经滤波器滤波后的波形。由此可见，仿真结果差不多令人中意。然后用DSP来实现系统。将上述系统存盘，建立一个数据文件fir01.t

7、xt，将Matlab中产生的fir01.txt文件，通过执行转换命令，将自动变换为Firdata.inc滤波器系数文件。转换命令为（在Matlab下）：！firdata fic01.txt 2.2 FIR数字滤波器的C54实现 TMS320C5416有专门强的数据处理功能3，带数据移位的加法指令MACD在循环执行时，一但流水线启动，该指令就变为单周期指令。能够快速完成滤波器的设计和运算。 下面讨论上述仿真得到的FIR滤波器的设计4，程序流程图如图4所示。 依照上述运算和流程图编制对称FIR低通滤波器程序，源程序清单略。在CCS5000上进行仿真调试运行，利用观看窗口能够看到如下图形，并分析输入

8、信号和输出信号的频谱，结果如图5，图6所示。 输入信号是频率为f1400Hz和f21 800Hz的正弦交流信号的叠加。通过观看频域和时域图，得知：输入波形中的低频波形通过了滤波器，而高频部分则被滤除。滤波器实现了目标要求。 这种方法尽管能设计出较好的滤波器。但需要用CCS把目标DSP程序运行的中间结果保存到PC机的硬盘上，然后调到Matlab工作空间，与Matlab算法的中间结果进行比较，能够发觉DSP程序中由于设计或者精度导致的结果偏差。如此过程反复进行，特不不便。 下面提出了一种改进型的设计方法。 3 滤波器设计的改进方法 目前提出了一种系统级设计方法的构想5。系统级设计方法的核心是将算法

9、设计与系统级设计仿真在统一的环境中进行，进而将开发流程的两个部分有效地结合在一起。进行系统级设计需要一个统一的开发环境，且在该开发环境中能够对系统结构、算法进行描述，还能够对系统不同层次、不同组件和不同数据类型进行建模。Matlab Link for CCS Development Tools确实是为了完成系统级设计出现的。 3.1 Matlab Link for CCS Development Tools简介 Mathworks公司和TI公司联合开发的Matlab Link for CCS Development Tools（CCS Link）提供了Matlab 和CCS的接口，即把Matl

10、ab和TI CCS及目标DSP连接起来。利用此工具能够像操作Matlab变量一样来操作TI DSP的存储器或寄存器，即整个目标DSP关于Matlab看起来是透明的，开发人员在Matlab环境中就能够完成对CCS的操作。Matlab Link for CCS Development Tools能够支持CCS能够识不的任何目标板，包括TI公司的DSP，EVM板和用户自己开发的目标DSP（C2000，C5000，C6000）板。 3.2 系统级设计探讨 CCS Link向用户提供的3种接口如图7，能够完成系统级设计。 3.3 数字滤波器的系统级设计方法 利用Link for CCS IDE接口实现C

11、CSIDE和Matlab之间的连接来设计FIR数字滤波器，利用此连接能够在Matlab操纵下操作DSP的应用程序，利用Matlab中强大计算分析、可视化工具来分析和对比目标程序运行中的结果，大大缩短调试开发系统的周期。 具体设计步骤如下6： （1）选择DSP型号：实验中用TMS320C5416DSP； （2）创建CCS IDE连接对象； （3）利用Matlab把文件加载到CCS IDE中； （4）在Matlab环境下对CCS IDE连接对象进行操作； （5）关闭CCS IDE连接对象。 从那个设计步骤中能够看出，在Matlab环境下操作DSP中变量或者寄存器是专门方便的。如此就能够在Matlab环境下完成DSP程序的仿真调试。而不用像传统的开发要把DSP运行结果调回PC机验证，方便了开发设计，缩短了开发周期。 用这种方法所设计滤波器结果和上面差不多相同，只是设计过程得到了专门大简化，方便了开发设计。 4.结语 应用Matlab对DSP进行系统级的设计极大地改进了传统的设计方法。Matlab系统级的设计环境，有助于在设计早期发觉错误和应对系统复杂性不断增加的挑战，方便了复杂DSP应用系统的设计。所设计的数字滤波器和传统设计的滤波器比较，速度提高了专门多，设计过程得到了专门大的简化，方便了开发设计。本文摘自现代电子技术