DSP软件课程设计FIR滤波器设计文档格式.docx
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1.1设计背景
在信号处理中,滤波占有十分重要的地位。
数字滤波是数字信号处理的基本方法。
数字滤波与模拟滤波相比有很多优点,它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外,还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求。
低通有限冲激响应滤波器(低通FIR滤波器)有其独特的优点,因为FIR系统只有零点,因此,系统总是稳定的,而且容易实现线性相位和允许实现多通道滤波器。
DSP(数字信号处理器)与一般的微处理器相比有很大的区别,它所特有的系统结构、指令集合、数据流程方式为解决复杂的数字信号处理问题提供了便利,本文选用TMS320C54X作为DSP处理芯片,通过对其编程来实现FIR滤波器。
对数字滤波器而言,从实现方法上,有FIR滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器之分。
由于FIR滤波器只有零点,因此这一类系统不像IIR系统那样易取得比较好的通带与阻带衰减特性。
但是FIR系统有自己突出的优点:
①系统总是稳定的;
②易实现线性相位;
③允许设计多通带(阻带)滤波器。
其中后两项是IIR系统不易实现的。
1.2设计要求
利用C语言在CCS环境中编写一个FIR滤波器程序,并能利用已设计好的滤波器对常用信号进行滤波处理。
1.3设计思路简介
在TMS320C54x系统开发环境CCS(CodeComposerStudio)下对FIR滤波器的DSP实现原理进行讨论。
利用C语言设计相应的滤波器,通过实验仿真,从输入信号和输出信号的时域和频域曲线可看出在DSP上实现的FIR滤波器能完成预定的滤波任务。
第2章系统开发平台与环境
1.1CCS开发环境
CCS提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具,它便于实时、嵌入式信号处理程序的编制和测试,它能够加速开发进程,提高工作效率。
CCS提供了基本的代码生成工具,它们具有一系列的调试、分析能力。
CCS支持如下图1.1所示的开发周期的所有阶段。
图1.1
2.2SEED-DEC2812开发实验箱
SEED-DECxxxx系列嵌入式DSP开发板本着模块化、总线型、开放式、系列化的设计思想,采用统一的系统结构、模块结构和机械结构,以多种典型DSP处理器构成具有标准总线和相同物理尺寸的高性能嵌入式DSP开发板。
SEED-DEC2812嵌入式DSP开发板原理框图如图1.2所示:
图1.2
第3章FIR滤波器设计过程
3.1FIR滤波器设计总框图
FIR滤波器设计总框图如图3.1所示
图3.1FIR滤波器设计总框图
3.2FIR滤波器设计的原理
设ai(i=0,1,2,…,N-1)为滤波器的冲激响应,输入信号为x(n),则FIR滤波器的输入输出关系为:
FIR滤波器的结构如图3.2所示:
图3.2FIR滤波器的结构
FIR滤波器的设计方法
循环缓冲算法:
对于N级的FIR滤波器,在数据存储器中开辟一个称之为滑窗的N个单元的缓冲区,滑窗中存放最新的N个输入样本。
每次输入新的样本时,一新样本改写滑窗中的最老的数据,而滑窗中的其他数据不需要移动。
利用片内BK(循环缓冲区长度)寄存器对滑窗进行间接寻址,环缓冲区地址首位相邻。
下面,以N=5的FIR滤波器循环缓冲区为例,说明循环缓冲区中数据是如何寻址的。
5级循环缓冲区的结构如图3.3所示,顶部为低地址。
图3.3循环缓冲区的结构
当第一次执行完
之后,间接寻址的辅助寄存器
指向x(n-4)。
然后,从I/O口输入数据x(n+1),将原来存放x(n-4)的数据存储单元改写为x(n+1)。
接着,进行第二次乘法累加运算,
,最后
指向x(n-3)。
然后从I/O口输入数据x(n+2),将原来存放x(n-4)的数据存储器单元改写为x(n+2)。
第4章系统软件设计
4.1程序流程图
程序流程图如图4.1所示
图4.1程序流程图
4.2程序源代码
4.2.1FILTER.c代码:
#include"
DSP28_Device.h"
filter.h"
ext_inf.h"
unsignedintDataLong=1024;
unsignedinti,j;
unsignedintk=0;
unsignedshortAd_data[2048];
shortAd_data_signed[2048];
shortfilter_result[1024];
unsignedintconvcount=0;
volatileunsignedintadconvover=0;
interruptvoidISRTimer2(void);
interruptvoidad(void);
voidmain(void)
{
/*初始化系统*/
InitSysCtrl();
/*关中断*/
DINT;
IER=0x0000;
IFR=0x0000;
/*初始化PIE中断*/
InitPieCtrl();
/*初始化PIE中断矢量表*/
InitPieVectTable();
//初始化cputimer
InitCpuTimers();
/*设置中断服务程序入口地址*/
EALLOW;
PieVectTable.TINT2=&
ISRTimer2;
PieVectTable.ADCINT=&
ad;
EDIS;
/*开中断*/
IER|=M_INT1;
//ADC中断
EINT;
ERTM;
/*设置CPU*/
ConfigCpuTimer(&
CpuTimer2,150,22);
StartCpuTimer2();
/*开中断*/
IER|=M_INT14;
InitAdc();
for(;
;
){
if(adconvover==1){
/*fir滤波处理*/
for(i=0;
i<
DataLong;
i++)
Ad_data_signed[i]=(short)(Ad_data[i]-0x5300);
fir_filter(Ad_data_signed,hfir,filter_result,ORDER_FIR,DataLong,ROUND_FIR);
adconvover=0;
}
}
}
interruptvoidad(void)
IFR=0x0000;
PieCtrl.PIEACK.all=0xffff;
if(adconvover==0){
Ad_data[convcount]=AdcRegs.RESULT0;
convcount++;
if(convcount==DataLong){
convcount=0;
adconvover=1;
//接满标志
}
}
interruptvoidISRTimer2(void)
AdcRegs.ADC_ST_FLAG.bit.INT_SEQ1_CLR=1;
AdcRegs.ADCTRL2.bit.SOC_SEQ1=1;
4.2.2FIR_filter.c代码:
//constshortx[]:
输入信号的缓冲数组,short类型
//constshorth[]:
滤波器的系数数组,short类型
//shorty[]:
输出信号的缓冲数组,short类型
//n:
滤波器长度
//m:
输入信号的长度,即x[]的长度
//s:
生成整型的滤波器系数时使用的移位数目
voidfir_filter(constshortx[],constshorth[],shorty[],intn,intm,ints)
inti,j;
longy0;
longacc;
_nassert(m>
=16);
_nassert(n>
for(j=0;
j<
m;
j++)
{
acc=0;
for(i=0;
n;
if(i+j>
=m)
break;
else
y0=(long)x[i+j]*(long)h[i];
acc=acc+y0;
*y++=(short)(acc>
>
s);
第5章系统仿真
5.1仿真设置
1.fir_filter(Ad_data_signed,hfir,filter_result,ORDER_FIR,DataLong,ROUND_FIR)和adconvover=0处设置断点
2.在GraphPropertyDialog中设置StartAddress和DisplayType如图5.1、图5.2、图5.3、图5.4
图5.1
图5.2
图5.3
图5.4
3.设置实验板输入信号的参数,再运行程序得到仿真图。
5.2仿真图
(1)标准矩形波,频率为300Hz,振幅为800mV。
滤波前的波形如图5.5和图5.6,滤波后的波形如图5.7和图5.8。
图5.5
图5.6
图5.7
图5.8
(2)噪声三角波,频率为400Hz,振幅为800mV。
滤波前的波形如图5.9和图5.10,滤波后的波形如图5.11和图5.12。
图5.9
图5.10
图5.11
图5.12
第6章总结
FIR滤波器的设计是数字信号处理技术的基础,也是DSP芯片的重要组成部分。
FIR滤波器性能的好坏直接影响着DSP的运行速度和精度,对现代电子技术的发展起决定性作用,FIR滤波器的设计在以后的一段相当长的时间里将持续主导DSP,而DSP随着电子技术的不断发展,应用领域愈来愈广泛。
这次课程设计实现了一个简单的FIR滤波器的设计,在罗老师的精心指导和帮助以及自己上网查找资料,较好的完成了课程设计的任务并达到了理想的目的。
在这里我对罗老师表示感谢,感谢她的耐心和热心。
通过这次课程设计使我对DSP芯片有了更深一步的了解,也不断的强化了自己的基础知识。
参考文献
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清华大学出版社,1999年
[2]孙宗瀛,谢鸿林.TMS320C5xDSP原理设计与应用[M].北京:
清华大学出版社,2002年
[3]乔瑞萍,崔涛,张芳娟.TMS320C54xDSP原理及应用[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2005年
[4]张雄伟.DSP芯片的原理与开发应用(第三版)[M].北京:
电子工业出版社,2003年
[5]郑红.TMS320C54XDSP应用系统设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2002年
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