基于dsp系统的数字滤波器嵌入式设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于dsp系统的数字滤波器嵌入式设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

备都是相互兼容，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的多。 （ 2）编程方便。 DSP 系统种的可编程 DSP 芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。 （ 3）稳定性好。 DSP 系统 以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高。 （ 4）精度高。 16 位数字系统可以达到的精度。 （ 5）可重复性好。 模拟系统的性能受元器件参数性能变化比较大，而数字系统基本上不受影响，因此数字系统便于测试，调试和大规模生产。 （ 6）集成方便。 DSP 系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。 数字信号处理的算法需要利用 计算机 或专用处理设备如 数字信号处理器 （ DSP）和 专用集成电路 （ ASIC）等。 数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是 模拟信号处理 技术与设备所无法比拟的。 数字信号处理的核心算法是离散傅立叶变换 (DFT)，是 DFT 使信号在数字域和频域都实现了离散化，从而可以用 通用计算机 处理离散信号。 而使数字信号处理从理论走向实用的是快速傅立叶变换 (FFT)， FFT 的出现大大减少了 DFT 的运算量，使实时的数字信号处理成为可能、极大促进了该学科的发展。 4 第一章、硬件设计 设计思路和原理 框图 （ 1）对数字滤波器的分析： 数字滤波器是数字信号处理的重要环节，其实 质是用有限精度算法实现的离散时间线性时不变系 统，从而完成对信号进行滤波处理的功能。 具有可 靠性好、精度高和灵活性大等优点，广泛应用于语 音、图像处理、 HDTV、 模式识别和频谱分析等方 面 ^。 数字滤波器根据其单位冲激响应函数的时域 特性可分为 2 类 :无限冲激响应 （ IIR)滤波器和有限 冲激响应 (FIR)滤波器。 FIR 滤波器是有限长单位 冲激响应滤波器，在结构上是非递归型的。 它可以 在幅度特性随意设计的同时，保证精确严格的线性 相位 ，广泛应用于数字信号处理。 滤波器就是在时间域或频域内，对已知激励产生规定响应的网络，使其能够从信号中提取有用的信号，抑制并衰减不需要的信号，滤波器的设计实质上就是对提出的要求给出相应的性能指标，再通过计算，使物理可实现的实际滤波器响应特性逼近给出的频率响应特性。 FIR 数字滤波器是一种非递归系统，其传递函数为： ZH =      10NnnznbzX zY 由此可得到系统的差分方程为：        10NI inxihny FIR 滤波器的结构如下： 5 其冲激响应 nh 是有限长序列，它 滤波器系数向量 nb ,N 为 FIR 滤波器的阶数。 在数字信号处理应用中往往需要设计线性相位的滤波器， FIR 滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到严格的线性相位特性为了使滤波器满足线性相位条件，要求其单位脉冲响应 nh 为实序列，且满足偶 对称或奇对称条件，即    nNhnh  1 或   nNhnh  ，当 N 为偶数时，偶对称线性相位 FIR 滤波器的差分方程表达为        12/ 0 ))1((N i inNxinxihny 由上可见， FIR 滤波器不断地对输入样本 nx 延时后，再做乘法累加运算，将滤波器结果 ny 输出。 因此， FIR 实际上是一种乘法累加运算。 而对于线性相位 FIR 滤波器系数的对称特性，可以采用结构精简的 FIR 结构将乘法器数目减少一半。 具体流程图如下： bN1 bN2 b1 b0 x(nN+1) x(n1)a Z1 Z1 Z1 X(n) y(n) 6 采用的芯片功能介绍 本次课程设计主要用到 TMS320C54x 芯片。 C54x 包括 8 条 16 比特宽度的总线 ，一般而言， C54x 的存储空间可达 192K16 比特字，64K 程序空间， 64K 数据空间， 64KI/O 空间。 依赖其并行的工艺特性和片上 RAM 双向访问的性能，在一个机器周期内， C54x 可以执行 4 条行并行存储器操作：取指令，两操作数读，一操作数写。 使用片内存储器有三个优点 :高速执行（不需要等待 ） ,低开销 ,低功耗。 C54x 有片内 ROM 、 DARAM、 SARAM ，这些区域可以通过软件配置到程序空间。 当地址落在这些区域内，自动对这些区域进行访问，当地址落在这些区域以外，自动产生对外部存储器的访问。 C54x 包括：通用 I/O 引脚， XF 和 BIO；定时器； PLL 时钟产生器； HPI 口 8 比特或16 比特；同步串口；带缓存串口 BSP；多路带缓存串口 McBSP；时分复用串口 TDM；可编程等待状态产生器；可编程 bank switching 模块；外部总线接口； 标准 JTAG 口 TMS320C54x 引脚图： 7 原理图 ADS 程序运行图： 8 频率响应 9 相位响应 FIR 数字滤波器电路板： 低通滤波器仿真图： 10 幅频响应图： 11 第二章、软件设计 设计思路 （ 1） 、利用 MATLAB 来确定 FIR 滤波器的参数； （ 2） 启动 CCS，在 CCS 中建立一个 C 源文件和一个命令文件，并将这两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，得到滤波前后的波形变化图； （ 4） 设置频域观察窗口，得到滤波前后的频谱变化图。 算法分析 ： 根据系统函数的定义，单位冲击响应 h（ n）长度与 N 的 FIR 滤波器的系统函数为： H（ z） = nNn znh10 )( FIR 系统输入输出关系的差分方程为： y (n)= )()(10 mnxmhNm  该公式就是线性时不变系统的卷积公式。 对该式进行 z 变换可得到 FIR 滤波器的传递函数： H（ z） = kNk mzbzXzY  0)()( N 阶有限冲激响应滤波器（ FIR）公式： N=0,1,2...    12/ 0 ))]1(()()[()( N k kNnxknxkhny 12 程序的流程图 CCS 汇编程序流程图： 13 具体程序 CCS 是 TI 推出的用于开发其 DSP 芯片的继承 开发调试工具 ， 集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件 调试及实时跟踪等功能于一体 ,极大地方便了 DSP 程序的设计与开发 ,此外还提供图形显示功能 ,方便 用户观察特 定地址的波形。 在 CCS 中实现 FIR 低通滤波器 ， 主要代码如下： （ 1） 首先要添加工程 Project new.. （ 2） 需向工程中添加 vector. asm、 fir. cmd 和 rts. lib 文件 ，完成后如图： 14 在工程试图中 上双击，就可在 CCS 右边窗口中看到源代码： 见附录 （ 3）打开观察窗口： 选择菜单“ View”“ Graph”“ Time/Frequency” 在弹出的图形窗口中单击鼠标右键，选择“ Clear Display” 选择菜单“ View”、“ Graph”、“ Time/Frequency„”进行如下设置： 15 在弹出的图形窗口中单击鼠标右键，选择“ Clear Display” （ 4）设置断点 在标号“ fir_loop”下面的“ NOP”语句设置软件断点（ Toggle breakpoint）和探针（ Toggle Probe Point）。 选择 菜单“ File ”、“ File I/O „ ”； 单 击 “ Add File ” 按 钮 ， 选 择C:\5416EDULab\Lab16FIR\lowpass\ 文件，单击“打开”按钮；在“ Adress”中输入 d_filin，在“ Length”中输入 1；在“ Warp Around”项前面加上选中符号；单击“ Add Probe Point”按钮。 单击“ Pro。