数字滤波器的DSP实现Word格式.docx

数字滤波器的DSP实现Word格式.docx

《数字滤波器的DSP实现Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字滤波器的DSP实现Word格式.docx（75页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

本论文的主要研究了数字滤波器的基本理论及其算法。

基于TI公司的数字信号处理器TMS320VC5509设计了一款稳定度高，低功耗的数字滤波器系统，并完成了软硬调试工作。

主要工作如下：

（1）研究了数字滤波器的基本理论，以及数字滤波器的实现方法。

通过学习识字滤波器的结构、数字滤波器的设计理论，掌握了各种数字滤波器的原理和特性。

为实现数字滤波器奠定了理论基础。

（2）研究分析了如何利用MATLAB仿真软件来设计出符合各种要求的数字滤波器。

并采用了相关的函数设计了几款常用的数字滤波器，并得到了滤波器的相关系数，为利用DSP实现数字滤波做好了一些前期的工作。

（3）根据TI公司5000系列数字信号处理器的基本结构和特征，充分利用其片上资源t结合MATLAB软件的仿真，用软件实现高性能稳定的数字滤波器。

关键字：

数字滤波器，DSP，IIR（无限长单位脉冲响应），FIR（有限长单位脉冲响应）

Abstract

Nowadaysweareinthedigitaltime，thetechnologyofdigitalsignalprocessaregotextensiveattentionbypeople.．Accompanywiththedevelopmentoftechnologyofcomputerandmicroelectronics．thetheoryandarithmeticofdigitalsignalprocessdevelopmentquickly，Digitalfiltersareextemsivelyusedinaudioandvideoprocess，digitalcommunications，frequencyanalyse，autocontrolandsoon．Digitalfilterisoneofthemostimportantpartofdigitalsignalprocess，almostappearedinalldigitalsignalprocesssystem．DigitalfilterisadiscreteLITsystemcanaccomplishthesignalfilterusingfiniteprecisionarithmetic，withagroupofdigitalsignalinput（whichsampledandmeasurewithanalogsignals）andanothergroupofchangeddigitalsignaloutput．Digitalfilterisoneoftheimportantcontentsofdigitalsignalprocess．Relativetoanalogfilter,thedigitalfilterwithoutexcursion，beabletoprocesslowfrequencysignal，thecharacteristicoffrequencyresponseclosetoidealvalue，withhighprecision．andeasytointegrated．Theseadvantagesde,detheapplicationofdigitalfilterbecomemoreandmoreextensively．WhilethedevelopingofDSP（digitalsignalprocessor）andFPGA,providemorechoicefordigitalfilter．

Themostlyimportanttaskofthispaperisresearchingthebasictheoriesofdigitalfilter,baseontheTMS320VC5509ofTIcompanydesigndigitalfiltersystemwithhighstabilityandlowpowerconsume，accomplishthehardwareandsoftwaredebug．maintaskasfollowing：

（1）Reachthebasictheoryofdigitalfilterandthemethodofrealizeofdigitalfilter,grasptheprincipleandcharacteristicofeachdigitalfilter．

（2）ReachandanalysehowtousethesimulatesoftwareofMATLABtodesigntherequireddigitalfilter．Useseveralfunctiondesignsomeuniversaldigitalfilter,getthecoefficientofdigitalfilter,preparetheprophasetaskofdesignadigitalfilterbaseonDSP．

（3）Accordingtothebasicstructureandcharacteristicofspectrum5000digitalsignalprocessorofTI，makethebestofoftheresourceOnchip，combinedwithsimulatesoftwareMATLAB，realizedahighperformanceandhighstabilitydigitalfilter

KeyWords：

Digitalfilter,DSP（DigitalSignalsProcessor），IIR（InfinityImpulseResponse），FIR（FinityImpulseRespons）///

第1章绪论

1.1数字滤波器的优点

滤波器是指用来对输入信号进行滤波的硬件或软件。

如果滤波器的输入、输出都是离散时间信号，则该滤波器的冲激响应也必然离散，这样的滤波器定义为数字滤波器。

数字滤波器在数字信号处理的各种应用中发挥着十分重要的作用，它是通过对采样数据信号进行数学运算处理来达到频域滤波的目的。

数字滤波器是提取有用信息非常重要、非常灵活的方法，是现代信号处理的重要内容。

因而在数字通信、语音图象处理、谱分析、模式识别、自动控制等领域得到了广泛的应用。

相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等，这些优势决定了数字滤波器的应用将会越来越广泛。

同时DSP（DigitalSignalProcessor）处理器的出现和FPGA（FieldProgrammableGateArray）的迅速发展也促进了数字滤波器的发展，并为数字滤波器的硬件实现提供了更多的选择。

相对于模拟滤波器数字滤波器具有以下显著的优点：

精度高：

模拟电路中元件的精度很难达到10。

以上，而数字系统17位字长就可以达到105精度。

因此在一些精度要求很高的滤波系统中，就必须采用数字滤波器来实现。

灵活性大：

数字滤波器的性能主要取决于乘法器的各系数，而这些系数是存放在系统存储器中的，只要改变存储器存放的系数，就可以得到不同的系统，这些都比改变模拟滤波器系统的特性要容易和方便的多，因而具有很大的灵活性。

可靠性高：

因为数字系统只有两个电平信号“0”和“1”，受噪声及环境条件的影响小，而模拟滤波器各个参数都有一定的温度系数，易受温度、振动、电磁感应等影响。

并且数字滤波器多采用大规模集成电路，大规模集成电路的故障率远比众多分立元件构成的模拟系统的故障率低。

易于大规模集成：

数字部件具有高度的规范性，便于大规模集成，大规模生产，且数字滤波器电路主要工作在截止或饱和状态，对电路参数要求不严格，因此产品的成品率高，价格也日趋降低。

相对于模拟滤波器，数字滤波器在体积、重量和性能方面的优势已越来越明显。

并行处理：

数字滤波器的另外一个最大的优点就是可以实现并行处理，比如数字滤波器可以采用DSP处理器来实现并行处理。

TI公司TMS320C5000系列的DSP芯片采用8条指令并行处理的结构，时钟频率为100MHZ的DSP芯片。

可高达800M口S（每秒执行百万条指令）。

1.2数字滤波器的发展动态

近些年，线性滤波方法，如Wiener滤波、Kalman滤波和自适应滤波得到了广泛的研究和应用，同时一些非线性滤波方法，如小波滤波、同态滤波、中值滤波、形态滤波等都是现代信号处理的前言课题，不但有重要的理论意义，而且有广阔的应用前景。

Wiener滤波是最早提出的一种滤波方法，当信号混有白噪声时，可以在最小均方误差条件下得到信号的最佳估计。

但是，由于求解Wiener-Hoff方程的复杂性，使得Wiener滤波实际应用起来很困难，不过Wiener滤波在理论上的意义是非常重要的，利用

Wiener滤波的纯一步预测，可以求解信号的模型参数，进而获得著名的Lcvinson算法。

Kalman滤波是20世纪60年代初提出的一种滤波方法。

与Wiener滤波相似，它同样可以在最小均方误差条件下给出信号的最佳估计。

所不同的是，这种滤波技术在时域中采用递推方式进行，因此速度快，便于实时处理，从而得到了广泛的应用。

Kalman滤波推广到二维，可以用于图象的去噪。

当假设Wiener滤波器的单位脉冲响应为有限长时，可以采用自适应滤波的方法得到滤波器的最佳响应。

由于它避开了求解Wiener-Hoff方程，为某些问题的解决带来了极大的方便。

小波滤波就是利用信号和噪声的目的。

同态滤波主要用于解决信号和噪声之间不是相加而是相乘

关系时滤波问题。

另外，当信号和噪声之间为卷积关系的时候，在一定条件下可以利用同态滤波把信号有效地分离开来由同态滤波理论引申出的复时谱也成为现代信号处理中极为重要的概念。

Wiener滤波、Kalman滤波和自适应滤波都是线性滤波，线性滤波的最大缺点就是在消除噪声的同时，会造成信号边缘的模糊。

中值滤波是20世纪70年代提出的一种非线性滤波方法，它可以在最小绝对误差条件下，给出信号的最佳估计。

这种滤波方法的优点，就是能够保持信号的边缘不模糊。

另外它对脉冲噪声也有良好的清除作用。

形态滤波是建立在集合运算上的一种非线性滤波方法，它除了用于滤除信号中的噪声外，还在图象分析中发挥了重要的作用

1.3数字滤波器的实现方法

数字滤波