基于TMS320F2812 DSP处理器的FIR滤波器的设计与实现Word格式.docx
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基于TMS320F2812 DSP处理器的FIR滤波器的设计与实现Word格式.docx
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幅频特性和相频特性,熟悉不同的窗函数对滤波器性能的影响。
(2)掌握使用matlab编程的基本方法,学会利用fdatool工具来快速设计满足需要的滤波器。
(3)掌握TMS320F2812DSP处理器开发的程序框架结构,学习驱动TMS320F2812DSP处理器程序编写并能使其正常工作。
实习驱动ADC模块实现信号的实时采集与模数转换。
(4)掌握使用TMS320F2812DSP处理器实现FIR数字低通滤波器的设计方法,并能够实时采集输入信号并滤除高频信号再通过SCI串口传输到计算机显示。
三、设计要求
1、利用Matlab软件的FDATool工具设计FIR滤波器,并提取滤波器参数;
2、在CCS集成开发环境下,利用第1步得到的滤波器参数,利用窗函数法设计FIR滤波器程序,观察输入信号及滤波后得到的输出信号的时域波形及FFTMagnitude波形;
3、利用TMS320F2812的ADC片内外设的外围电路实时采集的混频信号数据,使用1个51阶的FIR低通滤波器,在CCS中设计FIR滤波器程序实现滤波,观察相关波形及滤波效果,通过SCI接口将数据传送到计算机上;
4、(选做)利用TI公司的TLV320AIC23高性能立体声音频Codec芯片,通过MIC或音频接口采样音频信号,对采样的音频信号做滤波运算,进行低音加重处理,再将运算过的音频数据通过扬声器播放出来。
四、总体设计
4.1利用Matlab软件的FDATool工具设计FIR滤波器
4.1.1有限冲击响应数字滤波器的基础理论
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频率响应特性逼近给出的频率响应特性。
FIR数字滤波器系统的传递函数为:
(1)
由此得到系统的差分方程:
(2)
若FIR数字滤波器的单位冲激响应序列为h(n),它就是滤波器系数向量b(n)。
传统的滤波器分析与设计均使用繁琐的公式计算,改变参数后需要重新运算,从而在分析与设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量特别大。
这里应用MATLAB设计FIR滤波器,根据给定的性能指标设计一个H(z),使其逼近这一指标,进而计算并确定滤波器的系数b(n),再将所设计滤波器的幅频响应、相频响应曲线作为输出,与设计要求进行比较,对设计的滤波器进行优化。
设计完成之后将得到FIR滤波器的单位冲激响应序列h(n)的各个参数值。
4.1.2利用Matlab软件的FDATool设计FIR滤波器
(1)首先在命令窗口键入FDAtool命令,启动滤波器设计分析器,调出FDAtool界面,如下图所示。
FDATool界面
(2)在FilterType选项中选Lowpass,在DesignMethod中选择FIR滤波器,接着在FIR中选择Window(窗函数)法。
(3)然后在FilterOrder中选择SpecifyOrder(为指定阶数),输入数值为“24”;
在Opitions框中选中“ScalePassband”;
在窗类型(Window:
)下拉框选择“Blackman”。
(4)在FrenquencySpecification选项中,将fs(为采样频率)、fc(为通带截止频率)中分别键入30000Hz和9600Hz。
(5)点击“DesignFilter”按钮,完成滤波器的设计。
具体参数及设计成功后的结果如下图所示。
FIR低通滤波器设计
(6)通过菜单选项Analysis来分析滤波器的幅频响应和相频响应特性。
点击Analysis中的MagnitudeResponse和PhaseResponse对幅频和相频响应进行分析。
如下图所示
幅频和相频响应进行分析
(7)在FDATool中,选择Targets->
GenerateCHeader...,单击Generate按钮,选择路径,即可输出前一步设计出的FIR滤波器的系数表。
(默认的系数表文件为fdacoefs.h。
如下图所示。
导出滤波器系数
(8)在Matlab中打开得到的fdacoefs.h的文件,如下图所示
从Matlab中打开的fdacoefs.h文件
4.1.3提取滤波器参数
取系数表中的数据小数点后3位有效值,得到如下内容:
ConstfloatB[25]={
0.0,0.0,0.001,-0.002,-0.002,0.01,-0.009,
-0.018,0.049,-0.02,-0.11,0.28,0.64,0.28,
-0.11,-0.02,0.049,-0.018,-0.009,0.01,
-0.002,-0.002,0.001,0.0,0.0
}
4.2CCS环境下FIR滤波器的设计及软件仿真
4.2.1程序流程图
初始化
输入低通滤波器各频率参数
构建滤波器频域特性波形
使用FDATool提取滤波器参数或用FIR滤波器计算程序计算得到滤波器参数
构建FIR滤波器进行滤波
无限循环
4.2.2在CCS集成开发环境下新建FIR滤波器工程
(1)实验准备
设置软件仿真模式,启动CCS。
(2)建立工程
建立一个文件夹,存放在D:
\FIR,将D:
\课程设计\FIR滤波器\Fir源程序文件夹下的工程全部复制到D:
\FIR,在CCS中打开D:
\FIR\fir\fir.pjt工程,打开的CCS集成开发环境如下图所示。
在CCS集成开发环境中打开工程
4.2.3观察滤波前后的信号的时域波形及FFTMagnitude波形
(1)编译工程文件生成fir.out文件,并通过File->
LoadProgram…装载该文件。
(2)设置波形时域观察窗口。
选择菜单View→Graph→Time/Frequency…,分别进行如下图所示进行设置以便观察输入/输出时域波形。
输入数据时域波形观察输出数据时域波形观察
选择菜单View→Graph→Time/Frequency…,分别进行如下图所示进行设置以便观察输入/输出频域波形。
输入数据频域波形观察输出数据频域波形观察
(3)设置断点。
在程序fir.c中,有注释断点的语句上设置软件断点。
(4)运行并观察结果。
选择Debug菜单的Run项,或按F5键运行程序。
观察到的图形如下图所示。
滤波前后的数据波形及FFT分析的对比图
4.2.4程序清单
fir.c程序
//#include"
DSP281x_Device.h"
//DSP281xHeaderfileIncludeFile
DSP281x_Examples.h"
//DSP281xExamplesIncludeFile
f2812a.h"
#include"
math.h"
#defineFIRNUMBER25
//#defineSIGNAL1F1000
//#defineSIGNAL2F4500
//#defineSAMPLEF10000
#definePI3.1415926
floatInputWave();
floatFIR();
floatfHn[FIRNUMBER]={0.0,0.0,0.001,-0.002,-0.002,0.01,-0.009,
-0.002,-0.002,0.001,0.0,0.0
};
floatfXn[FIRNUMBER]={0.0};
floatfInput,fOutput;
floatfSignal1,fSignal2;
floatfStepSignal1,fStepSignal2;
floatf2PI;
inti;
floatfIn[256],fOut[256];
intnIn,nOut;
main(void)
{
nIn=0;
nOut=0;
f2PI=2*PI;
fSignal1=0.0;
fSignal2=PI*0.1;
fStepSignal1=2*PI/30;
fStepSignal2=2*PI*1.4;
while
(1)
{
fInput=InputWave();
fIn[nIn]=fInput;
nIn++;
nIn%=256;
fOutput=FIR();
fOut[nOut]=fOutput;
nOut++;
if(nOut>
=256)
{
nOut=0;
/*请在此句上设置软件断点*/
}
}
}
floatInputWave()
for(i=FIRNUMBER-1;
i>
0;
i--)
fXn[i]=fXn[i-1];
fXn[0]=sin(fSignal1)+cos(fSignal2)/6.0;
fSignal1+=fStepSignal1;
if(fSignal1>
=f2PI)fSignal1-=f2PI;
fSignal2+=fStepSignal2;
if(fSignal2>
=f2PI)fSignal2-=f2PI;
return(fXn[0]);
floatFIR()
floatfSum;
fSum=0;
for(i=0;
i<
FIRNUMBER;
i++)
fSum+=(fXn[i]*fHn[i]);
return(fSum);
fir.cmd程
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