基于d_sp的iir数字滤波器的设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于d_sp的iir数字滤波器的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

a(s)按某种方法转换成数字滤波器的系统函数 H(z)。 这是因为模拟滤波器的设计方法已经很成熟，不仅有完整设计公式，还有完善的图表和曲线供查阅；另外，还有一些典型的优良滤波器类型可供我们使用。 为了保证转换后的 H(z)稳定 且满足技术指标要求，对转换关系提出两点要 求： 1. 因果稳定的模拟滤波器转换成数字滤波器，仍是因果稳定的。 2. 数字滤波器的频率相应模仿模拟滤波器的频响特性， s 平面的虚轴映射为 z 平面的单位圆，相应的频率之间呈线性关系。 利用模拟滤波器成熟的理论设计 IIR 数字滤波器的过程是： 1. 确定数字低通滤波器的技术指标：通带边界频率p、通带最大衰减p、阻带截止频率s、阻带最小衰减s。 2. 将数字低通滤波器的技术指标转换成相应的模拟低通滤波器的技术指标。 3. 按照模拟低通滤波器的技术指标设计过渡模拟低通滤波器。 4. 用所选的转换方法，将模拟滤波器 Ha(s)转换成数字低通滤波器系统函数 H(z)。 IIR 数字滤波器的基本原理 数字滤波器是利用离散系统的特 性对系统输入信号进行加工和变换，改变输入序列的频谱或信号波形，让有用的频率分量通过，抑制无用的信号分量输出，根据其频率特性同样可以分为低通 、 高通 、 带通 和 带阻。 如果要处理的信号是模拟信号，就可以通过 A/D 或者 D/A 转换，在信号形式上进行匹配转换，同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波。 数字滤波器滤波的数学表达式： y(n)=x(n)*h(n)。 如果滤波器的输入输出信号都是离散信号，那么该滤波器的脉冲响应也一定是离散信号，这样的滤波器就成为 8 了数字滤波器。 其频域特性为：其中)( jweY，)( jweX分别是数字滤波器的输出序列和输入序列的频域响应，(H是数字滤波器的单位取样响应 的 频谱 ， 又称为数字滤波器的频域响应。 输入序列的频谱)jweX经过滤波后)( jwe )( jweH， 因此只要按照输入信号的频谱特点和处理信号的目的适当选择滤波器的频域响应 ，使得滤波后的输出信号满足设计性能要求。 IIR 数字滤波器 设计 流程 框图 IIR 数字滤波器设计流程图如图。 所示。 图 IIR 数字滤波器 设计 流程 框图 9 第 3 章 基于 DSP 的方案 设计 DSP 系统的特点 DSP 系统是以 数字信号处理为基础的，因此不但具有数字处理的全部优点而且还具有以下特点 ： 1. 接口方便： DSP 应用系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的，这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要 容 易得多。 2. 编程方便： DSP 应用系统中的可编程 DSP 芯片，能灵活方便地进行修改和升级。 3. 稳定性好： DSP 应用系统以数字处理为基础，受环境温度及噪声的影响较小、可靠性高 、 无器件老化现象。 4. 精度高： 16 位数字系统可以达到 105 级的精度。 5. 可重复性好：模拟系统的性能受元器件参数 性能变化的影响比较大，而数字系统基本不受影响，因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。 6. 集成方便： DSP 应用系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。 当然，数字信号处理也存在一些缺点。 例如，对于简单信号处理任务，若采用 DSP则使成本增加。 DSP 系统中的高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题，而且 DSP系统消耗的功率也较大。 此外， DSP 技术更新速度快，对于数学知识要求高，开发和测试工具还有待进一步完善。 DSP 系统的设计流程 一个 DSP 系统的设计过程大概要有以下几个步骤 ： 1． 根据系统的任务要求，确定系统处理精度要求、速度要求、实时性要求等性能指标。 2． 根据系统的要求进行高级语言的算法模拟，比如使用 MATLAB 等仿真工具，验证算法的可行性，得出最佳的处理方法。 3． DSP 的系统设计，主要分为硬件设计和软件设计。 硬件设计是指根据系统要求选择合适的 DSP 芯片，然后设计相应的外围电路。 软件设计主要是指根据系统的要求和选用的 DSP 芯片编写相应的程序。 程序的编写可以使用汇 编语言，汇编语言编写的程序效率高，但比较烦杂；也可采用 C 语言， DSP 的 C 语言基本上是标准 C 语言，编写比 10 较简单，但效率低。 在实际系统开发时往往是两种语言结合编写，在算法运算量大的地方使用汇编语言，在运算量小的地方使用 C 语言，这样既能缩短软件的开发周期，提高程序的可读性和可移植性，又满足了系统的实时性要求。 基于 DSP 的 IIR 数字滤波器的设计总框图 本文设计的 IIR 带通 滤波器 是从低通变换过来的，利用的是双线性变换以及切比雪夫 II 滤波器的原型，其具体的设计流程为 下 图所示。 首先根据题目要求确定带通滤波器的 技术指标，先要进行频率的预畸变，并且归一化频率，再设计出切比雪夫 II 模拟低通滤波器，并求出其阶数等相关参数。 其次利用双线性变换法设计数字带通滤波器，再调用函数进行双线性变换，并求出分子、分母的系数向量。 最后通过画图求出其幅频响应、相频响应、幅度特性曲线与零极点，并画出波形图。 最后进行验证，看所设计的滤波器能否达到要求的指标，若能达到，则说明该滤波器设计符合要求。 基于 DSP 的 IIR 数字滤波器的总体方案设计步骤： 1. 利用 MATLAB 来确定 IIR 滤波器的参数。 2. 启动 CCS,在 CCS 中建立一个汇编源文件 、建立一个 C 源文件和一个命令文件 ,并将这三个文件添加到工程 ,再编译并装载程序。 3. 设置波形时域观察窗口 ,得到其滤波前后波形变化图。 4. 设置频域观察窗口 ,得到其滤波前后频谱变化图。 11 图 基于 DSP 的 IIR 数字滤波器设计总框图 12 第 4 章 软件设计 CCS 平台介绍 CCS 是一种针对 TMS320 系列 DSP 的集成开发环境 ， 在 Windows 操作系统下，采用图形接口界面，提供有环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具。 CCS有两种工作模式，即软件仿真器模式：可以脱离 DSP 芯片， 在 PC 机上模拟 DSP 的指令集和工作机制，主要用于前期算法实现和调试 ； 硬件在线编程模式：可以实时运行在 DSP芯片上 ， 与硬件开发板相结合在线编程和调试应用程序。 CCS 的开发系统主要由以下组件构成： TMS320C54x 集成代码产生工具； CCS 集成开发环境； DSP/BIOS 实时内核插件及其应用程序接口 API； 实时数据交换的 RTDX 插件以及相应的程序接口 API； 由 TI 公司以外的第三方提供的各种应用模块插件。 CCS 的功能十分强大，它集成了代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能，而且支持 C/C++和汇编的混合编程，其 主要功能如下： 1． 具有集成可视化代码编辑界面，用户可通过其界。