DSP课设报告.docx
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DSP课设报告
DSP技术课程设计报告
成绩评定表
学生姓名
班级学号
专业
电子信息工程
课程设计题目
FIR滤波器(带通滤波器)
评语
组长签字:
成绩
日期
20年月日
I
DSP技术课程设计报告
课程设计任务书
学院
信息科学与工程学院jω)|
|H(e
专业电子信息工程
学生姓名
班级学号
课程设计题目π-2
FIR滤波器(带通滤波器)ωωω-ω-π-ππ2
:
实践教学要求与目的要求:
3000Hz的带通数字滤波器1.设计一个截止频率为1500Hz—滤波在2.DSPTMS320C5509上实现FIRFIR3.对滤波器各项指标进行评价目的:
课程设计是重要的实践教学环节。
学生通过动手做软件和硬件设计,能够熟
练掌握数字信号处理技术,增加对基础知识的消化和理解。
工作计划与进度安排:
2012年12月31日进行课程设计动员,分配课程设计题目,查阅资料。
2013年01月04日查阅资料
2013年01月05日到2013年1月9日为上机时间调试程序及仿真、调试出结果、调试结果验收并写报告。
2013年01月10日上午正式提交报告和答辩。
开始
指导教师:
201年月日
专业负责人:
201年月日
学院教学副院长:
201年月日
II
技术课程设计报告DSP
要摘
具有芯片,是针对数字信号处理需要而设计的一种数字信号处理器,也称DSP
特殊结构的微处理器,数字滤波是语音处理、图像处理、频谱分析等应用中的基本处理是一种处理数字信号的专用微处理器,主要应用于实时快速地实现各种信DSP算法。
芯片实现数字滤波具有稳定性好、精确度高、不受环境影DSP号的数字处理算法,用
响等优点。
(IIR)和无限冲激响应滤波器数字滤波器分为有限冲激响应滤波器(FIR滤波器滤波器是滤波器属于经典滤波器,优点就是由于不存在系统极点。
FIR滤波器),FIR
滤波器还确保了线性相位,在信号处理中占有极其重要的地位,绝对稳定的系统,FIR
(DSP)最广为人知的应用。
数字滤波器一直以来就是数字信号处理器数字信号处理FIR滤波器DSP关键字:
III
技术课程设计报告DSP
录目.....................................................................................1数字滤波器简介及设计1
.........................................................................1.1.1数字滤波器的定义和分类
.....................................................................1数字滤波器的设计方法概述1.2
.....................................................................................................31.3窗函数法
.........................................................................................31.4模拟数字变换法
系统方案设计......................................................................................................52
..............................................................................5系统功能介绍及流程图2.1................................................................................6滤波器的实现方法2.2FIR.................................................................8.MATLAB3数字滤波器的辅助设计
.........................................................................................8.3.1MATLAB简介
....................................................................................83.2FDAtool界面介绍
................................................................................93.3FIR数字滤波器设计
........................................................93.3.1得到滤波器冲激响应序数方法
.......................................................10FIR参数设定及频域响应特性3.3.2
.................................................................................11实现4数字滤波器的CCS
.........................................................................................11.简述CCS环境4.1
...................................................................................................12.4.2CCS配置
...................................................................124.3CCS环境中工程文件的使用.
.......................................................................13编译链接和运行目标文件4.4
........................................................................13对程序进行编译链接4.4.1
......................................................................................13文件装载.out4.4.2
.................................................................................................155运行并观察结果
.......................................................................................................................17论结
...............................................................................................................18参考文献
...................................................................................................................19谢.致
...........................................................................................20C程序清单附录A
...................................................................................25滤波器输出系数B附录
IV
技术课程设计报告DSP
数字滤波器设计原理章第1数字滤波器的定义和分类1.1
数字滤波器是指完成信号滤波处理功能的,用有限精度算法实现的离散时间线性非
时变系统,其输入是一组数字量,其输出是经过变换的另一组数字量。
因此,数字滤波也可以将器本身既可以是用数字硬件装配成的一台完成给定运算的专用的数字计算机,所需要的运算编成程序,让通用计算机来执行。
数字滤波(FIR)从数字滤波器的单位冲击响应来看,可以分为两大类:
有限冲击响应、高数字滤波器。
滤波器按功能上分可以分为低通滤波器(LPF)器和无限冲击响应(IIR)(BSF)。
、带通滤波器通滤波器(HPF)(BPF)、带阻滤波器1.2数字滤波器的设计方法概述实际中的数字滤波器设计都是用有限精度算法实现的线性非移变系统,一般的设计
内容和步骤包括:
例如滤波器的频率响应的幅度响应和
(1)根据实际需要确定数字滤波器的技术指标。
截止频率等等。
集体来用一个因果稳定的离散线性非移变系统的系统函数去逼近这些性能指标。
(2)。
说,就是用这些指标来计算系统函数H(z)进行误差分析这里包括选择运算结构、(3)利用有限精度算法来实现这个系统函数。
和选择合适的字长等。
包括采用通用的计算机软件和专用的数字滤波器硬(4)实际的数字滤波器实现技术,件来实现,或者采用通用或专用的数字信号处理器来实现。
滤波器设计的方法有两类,经常采用的第一类设计方法是借用于模拟滤波器而IIR)sH(,设计方法来进行的。
其设计的步骤是:
先设计模拟原型滤波器,得到其传输函数a)(sH这一类相对来说容易一些。
,按某种方法转换成数字滤波器的系统函数H(z)然后将a这个需要借助于计算机做一些辅助另一类设计方法是直接在频域或者时域中进行设计,设计。
1
DSP技术课程设计报告
1.3窗函数法
窗函数设计的基本思想是要选取某一种合适的理想频率选择性滤波器,然后将它的脉冲响应截断以得到一个线性相位和因果的FIR滤波器。
因此这种方法的重点在于选择某种合适的窗函数和一种理想滤波器。
对于给定的滤波器技术指标,选择滤波器长度和具有最窄主瓣宽度和尽可能小的旁瓣衰减的某个窗函数。
任何数字滤波器的频率响应
jw)(eA都是w的周期函数,它的傅立叶级数展开式为:
(3.1)
(3.2)
其中的W为滤波器的归一化的截止频率。
傅立叶系数h(n)实际上就是理想数字滤波dc器的冲激响应。
获得有限冲激响应数字滤波器的一种可能方法就是把无穷级数截取为有限项级数来近似,而吉布斯(Gibbs)现象使得直接截取法不甚令人满意。
窗函数法就是用被称为窗函数的有限加权系列{W(n)}来修正式((3.2)的傅立叶级数,以求得要求的有限冲激响应序列h(n),即有:
h(n)=hd(n)W(n)(3.3)
n<0n>N-1及时,W(n)=0。
w(n)是有限长序列,当几种常用的窗函数(Harming)工程中比较常用的窗函数有矩形窗函数、三角形窗函数、汉宁((Bartlett)窗函数。
Kaiser)(Hamming)窗函数、海明窗函数、布莱克曼(Blackman)窗函数和凯塞:
窗函数的选择原则是;?
具有较低的旁瓣幅度,尤其是第一旁瓣幅度;?
旁瓣幅度下降速度要大,以利增加阻带衰减?
主瓣的宽度要窄,以获得较陡的过渡带。
通常上述三点很难同时满足。
当选用主瓣宽度较窄时,虽然得到较陡的过渡带,但
2
DSP技术课程设计报告
通带和阻带的波动明显增加:
当选用最小的旁瓣幅度时,虽能得到匀滑的幅度响应和较小的阻带波动,但过渡带加宽。
因此,实际选用的窗函数往往是它们的折衷。
在保证主瓣宽度达到一定要求的条件下,适当牺牲主瓣宽度来换取旁瓣波动的减少。
总之窗函数不仅有截短的作用,而且能够起到平滑的作用在很多领域得到应用。
表1.1给出了几种常用窗函数的性能对比表。
表1.1常用窗函数的性能对比表
模拟数字变换法1.4
产生了许多效率很高的设计方法,模拟网络的逼近和综合理论已经发展的相当成熟,很多常用滤波器不仅有简单而严格的设计公式,而且设计参数已表格化,设计起来方便准确。
而数字滤波器在很多场合要完成的任务与模拟滤波器相同,如做低通、高通、带通和带阻滤波数字滤波器等。
因此,完全可以借助于模拟滤波器的理论和设计方法来设计数字滤波器。
IIR
滤波器的设计可以采取在模拟IIR器具有无限的冲激响应,与模拟滤波器相匹配,所以滤波器设计的基础上进一步变换的方法。
平时所要设计的数字滤波器,阶数和类型并不一定是完全给定的,很多时候要根据设计要求和滤波器效果不断的调整,以达到设计的最优化。
在这种情况下,滤波器设计就要进行大量复杂的运算,单纯的靠公式计算和编强大的计算功能进行计算机辅助设MATLAB制简单的程序很难在短时间内完成。
利用IIR-数字变换法设计计,可以快速有效地设计数字滤波器,大大简化了计算量。
用模拟数字滤波器,首先必须设计一个模拟滤波器,它有许多不同的类型,主要有以下几种:
)滤波器Butterworth1.巴特沃斯(
3
DSP技术课程设计报告
BW滤波器是根据幅频特性在通带内具有最平坦特性而定义的滤波器,对一个N阶低通滤波器来说,所谓最平坦特性就是模拟函数的前(2N-1)阶导数在ω=0处都为零,BW滤波器的另一个特性是在通带和阻带内的幅频特性始终是频率的单调下降函数,且其模拟函数随阶数N的增大而更接近于理想低通滤波器。
2.切贝雪夫(Chbyshew)滤波器
CB低通滤波器的模拟函数由切贝雪夫多项式定义,且其在通带内的幅频响应是波动的,在阻带则单调变化。
3.逆切贝雪夫(Inverse-Chbyshew)滤波器
ICB滤波器的误差在通带内是单调增加的CB滤波器的误差在通带内均匀起伏地分布,ICB滤波器的误差在阻带内是均匀起伏地分布的,因而在相同阶数时CB滤波器的过渡特性将优于BW滤波器。
4.考尔(Cauer简写为C)滤波器也称为椭圆滤波器,其幅度特性是由雅可比(Tacobian)椭圆函数决定的,在通带和阻带内都具有“等波纹”幅度特性,其系统函数不仅具有极点而且也有零点。
上述滤波器是最常用的,此外还有贝塞耳(Bessel)滤波器等。
设计时选用那种类型,设计者应视用途、指标要求等自行决定。
一般地说,在相同设计指标下,“C”滤波器过渡带最为陡峭,或者阶数最低,“CB”滤波器次之,“BW”滤波器则更不及“CB”滤波器陡峭,或者所需阶数最高。
但从设计的复杂性和参数变化对滤波器特性的影响,即参数灵敏度的角度看,情况恰恰相反。
4
技术课程设计报告DSP
2系统方案设计2.1系统功能介绍任何一个实际的应用系统中,都存在着各种各样的干扰。
数字滤波器是使用最为广泛的信号处理算法之一。
数字滤波器在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像信号等各种信号处理中都有广泛的应用。
进行滤波处理。
然后再利用CCS在本设计中,先使用MATLAB模拟产生合成信号,FIR带通滤波器,其参数为:
将模拟信号的采样频率设定为8000Hz,设计一个滤波器名称:
FIR带通滤波器Fs=8000Hz
采样频率:
1500Hz~3000Hz通带:
MATLAB根据前述参数求得。
滤波器系数:
由系统方案设计流程图:
产生输入数据DSP初始化读入新数据并存放到栈顶滤波处理保存滤波结果到输出单元待滤波的样本点数处理完成否是结束
系统方案设计流程图图2.1
:
带通数字滤波器
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H(e)?
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21
1221
带通数字滤波器的频谱图2.2
滤波器的实现方法2.2FIR滤波器可以逼数字滤波器,在数字信号处理系统中,常常要用到FIR这是因为用FIRDSP近任意幅频特性的滤波器,并获得很好的性能,在本论文中介绍FIR低通滤波器的实现。
滤波器系数TMS3205410是16位的定点处理器,所以在进行汇编程序设计时,FIR152Q15格式,这只要将滤波器各系数乘以要采用Q15格式,即必须将上述系数转化为即可。
1?
线性缓冲区法和循环缓冲实现Z常用的方法有两种:
算法是十分方便的,用DSP区法。
在本文中采用的是循环缓冲法,循环缓冲区法的特点是:
个单元的缓NFIR滤波器,在数据存储器中开辟一个也称为滑窗的阶的
(1)对于N个输入样本;冲区,滑窗中存放最新的N每次移入新的样本时,以新样本改写滑窗中老的数据,而滑窗中的其他数据不
(2)
需要移动;(循环缓冲区长度)寄存器对滑窗进行间接寻址,循环缓冲区地址利用片内BK(3)首尾相邻。
h(n)为输入信号,x(n)FIR滤波器的核心算法是计算输入信号与滤波器系数的卷积。
设的卷积,,则FIR滤波器的输出y(n)h(n)x(n)与就是…FIR为滤波器的冲击响应,n=0,,N-1即:
1N?
?
?
?
?
?
?
?
mm*hyn?
x?
n)(4.50?
m芯片中都设有专由于卷积是数字信号处理中最常用到的算法,因此几乎所有的DSP
6
DSP技术课程设计报告
门的指令支持卷积运算。
在TMS3205410中可以用macd指令完成卷积。
macd指令的形式如下:
macd(Smem,pmad,src);
在macd指令中,Smem是间接寻址参数,它是指令中指向数据存储器的单地址。
Pmad是表示程序存储器地址的16位常数。
Src表示累加器,可以是A累加器或是B累加器。
这条指令在执行时,先把指令中的pmad常数送到程序地址寄存器的PAR中,然后将Smem地址中的数据用PAR地址在程序存储器中读取的数据相乘,并将乘积结果累加到由Src指定的累加器中。
在指令执行时,Smem地址中的内容被同时复制到T寄存器和Smem低中之后的下一个地址单元中。
若采用repeat指令重复执行macd指令,则在执行指令的最后,PAR寄存器自动加1,这样当macd再次执行时就直接用PAR中的地址读取程序存储器中的数据。
通常情况下,macd指令执行时需要三个周期。
但是若用repeat指令执行macd,进入流水线后只要一个周期就可以执行一次macd指令。
由此可见,该指令同时完成了乘累加和数据延迟(移位)的功能,这正是卷积算法所要求的。
对于输入序列,它在两个循环缓冲器里的存储情况如下,要建立缓冲区首先将循环缓冲区大小寄存器的值设为N/2辅助寄存器AR4指到缓冲区1(Bufferl)的顶部AR5指到缓冲区2(Buffer2)的底部,新来一个样本存储到缓冲区1中时,应先将缓冲区1顶部的数据移到缓冲区2底部,处理器然后进行乘加运算,滤波程序每步运算后AR4指向数据移到的下一个窗口,而AR5则指向下一个输入数据,对于下一步运算AR4指向地址1,AR5指向地址N/2。
如图4.3示。
图4.3FIR系数存储格式示意图
考虑到在执行macd指令时是将低地址的数据复制到高地址来完成延迟功能,所以在用macd指令计算卷积时,先计算x(n-N+1)与h(N-1)的乘积,最后才计算x(n)与h(0)的乘积。
[15~17]。
因此在程序中,FIR滤波器的系数在程序存储器中按倒序存储
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DSP技术课程设计报告
辅助设计MATLAB3数字滤波器的
简介3.1MATLAB之意。
除具备卓越的数值计算能力外,Laboratory)MATLAB是矩阵实验室(Matrix
它还提供了专业水平的符号计算,文字处理,可视化建模仿真和实时控制等功能。
的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相MATLAB等语言完相同的事情简捷得多,当似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包MATLAB5.3/Simulink3.0前流行的。
工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。
功能工具包用来扩充(Toolbox)的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能。
学科工具包是MATLAB专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类。
具有许多的优点比如:
语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极其丰MATLAB,ifwhile循环,break语句和语句)(富;MATLAB既具有结构化的控制语句如for循环,基本上不做修改就可以在各种型号的计程序的可移植性很好,又有面向对象编程的特性;算机和操作系统上运行,等等优点。
因此在各个学科和领域得到了广泛的应用。
FDAtool界面介绍3.2
信号处理工具箱里专用的滤波器)是MATLABFDAtool(FilterDesignAnalysistoolFilterDesign以上的版本还专门增加了滤波器设计工具箱(设计分析工具,MATLAB6.0的各种设计方和iirFDAtool可以设计几乎所有的基本的常规滤波器,包括fir)toolbox。
法。
它操作简单,方便灵活。
,在界面的下半部,用来设置界面总共分两大部分,一部分是designfilterFDAtool滤波器的设计参数,另一部分则是特性区,在界面的上半部分,用来显示滤波器的各种、(低通)filtertype(滤波器类型)选项,包括lowpass特性。
designfilter部分主要分为:
fir(带阻)和非凡的滤波器。
、bandpass(带通)、bandstophighpass(高通)(巴特沃思)法、滤波器的butterworthdesignmethod(设计方法)选项,包括iir(椭型)法、ellipticiiichebyshevtypei(切比雪夫型)法、chebyshevtypeii(切比雪夫(窗window(最小乘方)法、法、滤波器的圆滤波器)法和firequirippleleast-squares
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函数)法。
filterorder(滤波器阶数)选项,定义滤波器的阶数,包括specifyorder(指定阶数)和m
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