基于dsp_fir数字滤波器的设计(编辑修改稿)

基于dsp_fir数字滤波器的设计(编辑修改稿)内容摘要：

也可以。 然后根据系统运算量大小、对精度要求、系统成本及体积、功耗 等要求选择合适的DSP 芯片及其他组件。 再接着进行硬件设计和调试，即根据选定的原件建立原理图、制作 PCB 板、器件安装及加电调试。 同时，用 DSP 汇编语言或者高级 C 语言或二者相嵌套法生成可执行程序，用 DSP 仿真器或者软件模拟器调试程序。 最后，将软件加载到硬件系统中运行，用 DSP 仿真器等来测试检查所开发系统的运行能否符合实时要求，或将软件脱离开发系统直接在应用系统上运行。 概述 TMS320C55x 是 TI 公司在 TMS320VC54x 的基础上发展起来的并能与 TMS320VC54x 兼容的一个 系列。 TMS320CSSx 通过增加功能单元，增强了 DSP 的运算能力，而且性能更好，功耗更低，是目前 TMS320 家族中最省电的芯片。 这些特性使其更适合在数据速率高，运算量大又要求低功耗的 3G 无线通信中应用。 结构 C55X 的 CPU 是并行结构，具有强大的运算功能，可在一个指令周期中高速完成多项算术运算。 主要由以下几部分构成 : (1)40bit 算术逻辑运算单元 ALU:它是 C55X 的大脑，对各种数据进行运算，实现各种功能。 还有处理溢出的功能，也可以进行布尔运算或者把这个 40 位的 ALU 看作为两个 16位的 ALU，同时执行两个 16 位的操作。 (2)2个 40bit累加器 A,B:累加器 A和 B存储来自 ALU或乘法器 /加法器单元的输出数据，也能输出到 ALU 或者乘法器 /累加器中。 每个累加器可以分为低字位 (bit1sbit0)、高位字 (bit31bit16)和保护位 (bit39bit32)。 (3)桶形移位寄存器 :它在 ALU 运算以前，对来自数据存贮器的操作数或者累加器进行定标，或对累加器的值进行算术逻辑移位和归一化处理，或对在累加器的值将要存贮到存贮器之前进行定标。 可对输入数据进行 Obit31bit 的左移和 Obit16bit 的右移。 (4)乘法器 /加法器单元 :由 17bitx17bit 的乘法器、 40bit 的加法器、带符号 /无符号输入控制、小数控制、零检测器、舍入器 (二进制补码 )、溢出 /饱和逻辑和 16bit 的暂存器组成。 (5)比较、选择和存贮单元 CSSU:完成累加器的高位字和低位字间的最大值比较，并存贮在数据存贮器中，不改变状态寄存器 STO 中的测试 /控制位和传送寄存器 TRN 的值。 还可利用优化的片内硬件促进 Viterbi 型蝶形运算。 (6)指数编码器 :为支持单周期指数运算指令 (EXP)的专用硬件，累加器中的值以二进制补 码形式在 T 寄存器中存贮，范围为 8bit31bit。 (7)CPU 状态和控制寄存器 :C55X 有三个，状态寄存器 STO、状态寄存器 ST1 和处理器工作方式状态寄存器 PMST，都是存贮器映像寄存器。 STO 反映了寻址要求和计算中间运行状态， STl 反映了寻址要求、计算的初始设置、 I/O 及中断控制， PMST 反映了处理器工作状态。 总线结构 C55X 有 8条 16bit 的总线，即 : 4 条地址总线 (PAB,CAB,DAB,EAB):传送执行指令所需地址。 3 条数据总线 ((CB,DB,EB):连接内部各单元，即连接 CPU、程序地址产生逻辑、数据地址产生逻辑、片内外设和数据存储器。 其中 CB,DB 传送读自数据存贮器的数， EB传送写到存贮器的数。 1 条程序总线 ((PB):从程序存储器装载指令码和立即数。 内部存贮器 C55X 共有 192K 字的寻址空间，分为大小都是 64K 字 3 个独立的可选择空间 :程序存储空间、数据存储空间和 vo 空间，分别用来存放要执行的指令和系数表、指令所用数据、连接存贮器映像外围设备。 在任一个存贮空间中， RAM,ROM,EPROM,EEPROM 或存贮器映像外围设备，都可驻留在片内或片外。 C55X 片内存贮器为随机存 储器 (RAM)和只读存储器 (ROM),RAM 一般映射到数据空间，但也可组成程序空间。 ROM 一般构成程序空间，也可部分安排到数据空间。 RAM 又分为单寻址 RAM(SARAM)和双寻址 RAM(DARAM)，在同一个周期内， CPU 可以对 DARAM 进行读和写操作，但对 SARAM 只能进行一次读或写操作。 C55X 并行结构和内部 RAM 的双寻址能力，使 CPU 在任一给定的机器周期内同时进行包括 1次取指、 2次操作数和 1 次写操作数的 4次存储器操作。 第三章 FIR 数字滤波器的设计原理及 MATLAB 的实现 设单位脉冲响应 h(n)长度为 N，输入信号为 x(n),则 FIR 数字滤波器就是要实现下列差分方程： N 1m = 0y (n )= h (m )x (n m )（ 3） 式（ 3）就是 FIR 数字滤波器的差分方程， FIR 网络结构特点就是没有反馈支路，即没有环路，因此它是无条件的稳定系统，其单位脉冲响应 h(n)是一个有限长序列。 由上面的方程可知， FIR 滤波器实际上是一种乘法累加运算，不断地输入样本 x(n),经延时（ 1z ），做乘法累加，再输出滤波结果 y(n)。 对式（ 3）进行 Z 变换，经整理后可得 FIR 滤波器的传递函数 H(z)为 10( ) ( )N nnH z h n z  （ 4） 由式（ 4）可以看出， FIR 数字滤波器一般网络结构，如下图 31所示。 图 31 FIR 数字滤波器一般网络结构 数字滤波器的设计方法 FIR 数字滤波器的设计方法主要有窗函数和频率采样等设计方法，其中窗函数设计法是最基本的设计方法。 在设计 FIR 滤波器时，一个最重要的计算就是加窗，其中采用矩形窗是最直接也是最简便的方法。 本文主要采用矩形窗设计方法。 窗函数法设计的基本思想 窗函数的设计思想是选择一种合适的理想频率特性的滤波器，然后截断它的脉冲得到一个线性相位和因果的滤波器。 因此这种方法关键在于选择某种合适的窗函数和一种理想滤波器。 对于给定的滤波器的技术指标，选择滤波器长度具有最窄主瓣宽度和尽可能小的旁瓣衰减的某个窗函数。 现介绍如下。 首先设希望逼近的滤波器频率响应函数为 ()jwdHe ，其单位脉冲响应是 ()dhn。 ( ) ( )jw jw nddnH e h n e    （ 5） 1( ) ( )2ccw jw jwnddwh n H e e d w  （ 6） 如果能够由已知的 ()jwdHe 求出 ()dhn， 经过 Z 变换可得到滤波器的系统函数。 但通常以理想的滤波器作为 ()jwdHe ，其幅度特性逐段恒定，在边界频率处有不连续点，因而 ()dhn是无限时宽的，且是非因果序列。 然而我们实际设计的滤波器的单位脉冲响应为 h(n)，长度为 N，其系数函数 H(z)为 10( ) ( )N nnH z h n z   （ 7） 这样用一个有限长的序列 h(n)去代替 ()dhn，肯定会引起误差，表现在频域就是通常所说的吉布斯效应。 这种吉布斯效应是由于将 ()dhn直接截断引起的，因此，也称为截断效应。 如何构造窗函数 w(n)，用来减少截断效应，这就需要设计一个能满足技术要求的 FIR 线性相位滤波器。 几 种常见的窗函数 采用窗函数设计方法关键在于选择某种合适的窗函数和理想的滤波器。 常见的窗函数有 [5]：矩形窗、三角形窗、汉宁窗、哈明窗、布莱克曼窗、凯塞窗。 这六种窗函数的基本参数如表 1。 . 表 1 六种窗函数的基本参数 窗函数类型 旁瓣峰值 na /dB 过渡带宽度 tB 阻带最小衰减 sa /dB 近似值 精确度 矩形窗 13 4 /N  /N 21 三角窗 25 8 /N  /N 25 汉宁窗 31 8 /N  /N 44 哈明窗 41 8 /N  /N 53 布莱克曼窗 57 12 /N 11 /N 74 凯塞窗 57 10 /N 80 表中过渡带和阻带最小衰减是用对应的窗函数设计的 FIR 数字滤波器的频率响应指标。 MATLAB 信号处理工具箱提供了十四种窗函数的产生函数，下面列出上述六种窗函数的产生函数及调用格式： wn=boxcar(N)%列向量 wn 中返回长度为 N的矩形窗函数 w(n) wn=bartlett(N)%列向量 wn 中返回长度为 N 的三角窗函数 w(n) wn=banning(N)%列向量 wn中返回长度为 N的汉宁窗函数 w(n) wn=hamming(N)%列向量 wn中返回长度为 N的哈明窗函数 w(n) wn=blackman(N)%列向量 wn中返回长度为 N 的布莱克曼窗函数 w(n) wn=kaiser(N,beta)%列向量 wn中返回长度为 N 的凯塞窗函数 w(n) 窗函数的选择原则 第一：具有较低的旁瓣幅度，尤其是第一旁瓣幅度。 第 二：旁瓣幅度下降要尽可能大，以利于增加阻带衰减。 第三：主瓣的宽度要尽可能窄，以获得较陡的过渡带。 通常情况下上述三点很难同时满足，当选择主瓣宽度较窄时，虽然得到了较陡的过渡带，但是通带和阻带明显增加；当选用最小的旁瓣幅度时虽然能得到匀滑幅度响应和较小的阻带波动，但过渡带又加宽了。 因此我们在选择窗函数往往时折中选择。 在保证主瓣宽度达到一定要求的条件下，适当的牺牲主瓣宽度来换取旁瓣匀滑幅度响应和波动减少。 用窗函数法设计 FIR 滤波器的步骤 窗函数设计滤波器的步骤如下： （ 1）根据对阻带衰减及过渡带的 指标要求，选择窗函数的类型，并估计。