(完整版)利用DSP的FIR滤波器设计

电子科技大学信息与软件工程学院学院标准实验报告（实验）课程名称数字信号处理电子科技大学教务处制表电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间：14-18一、实验室名称：计算机学院机房 二、实验项目名称：fir 低通滤波器的设计 三、实验学时： 四、实验原理：1. FIR 滤波器FIR 滤波器是指在有限范围内系统的单位脉冲响应h[k]仅有非零值的滤波器。

M 阶FIR 滤波器的系统函数H(z)为()[]Mkk H z h k z-==∑其中H(z)是kz-的M 阶多项式，在有限的z 平面内H(z)有M 个零点，在z平面原点z=0有M 个极点.FIR 滤波器的频率响应()j H e Ω为 0()[]Mj jk k H e h k e Ω-Ω==∑它的另外一种表示方法为()()()j j j H e H e e φΩΩΩ=其中()j H e Ω和()φΩ分别为系统的幅度响应和相位响应。

若系统的相位响应()φΩ满足下面的条件()φαΩ=-Ω即系统的群延迟是一个与Ω没有关系的常数α，称为系统H(z)具有严格线性相位。

由于严格线性相位条件在数学层面上处理起来较为困难，因此在FIR 滤波器设计中一般使用广义线性相位。

如果一个离散系统的频率响应()j H e Ω可以表示为()()()j j H e A e αβΩ-Ω+=Ω其中α和β是与Ω无关联的常数，()A Ω是可正可负的实函数，则称系统是广义线性相位的。

如果M 阶FIR 滤波器的单位脉冲响应h[k]是实数，则可以证明系统是线性相位的充要条件为[][]h k h M k =±-当h[k]满足h[k]=h[M-k],称h[k]偶对称。

当h[k]满足h[k]=-h[M-k],称h[k]奇对称。

按阶数h[k]又可分为M 奇数和M 偶数，所以线性相位的FIR 滤波器可以有四种类型。

2. 窗函数法设计FIR 滤波器窗函数设计法又称为傅里叶级数法。

目录第1章绪论 (1)1.1设计背景 (1)1.2设计要求 (1)1.3设计思路简介 (1)第2章系统开发平台与环境 (2)1.1CCS开发环境 (2)2.2SEED-DEC2812开发实验箱 (2)第3章 FIR滤波器设计过程 (3)3.1FIR滤波器设计总框图 (3)3.2FIR滤波器设计的原理 (4)3.3 FIR滤波器的设计方法 ....................... .. (5)第4章系统软件设计 (5)4.1程序流程图 (6)4.2程序源代码 (6)第5章系统仿真 (11)5.1仿真设置 (12)5.2仿真图 (13)第6章总结 (17)参考文献 (18)第1章绪论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（Code Composer Studio）下对FIR滤波器的DSP实现原理进行讨论。

FIR高通滤波器设计南京师范大学物科院从实现方法方面考虑，将滤波器分为两种，一种是IIR滤波器，另一种是FIR 滤波器。

FIRDF的最大优点是可以实现线性相位滤波。

而IIRDF主要对幅频特性进行逼近，相频特性会存在不同程度的非线性。

我们知道，无失真传输与滤波处理的条件是，在信号的有效频谱范围内系统幅频响应应为常数，相频响应为频率的线性函数。

另外，FIR是全零点滤波器，硬件和软件实现结构简单，不用考虑稳定性问题。

所以，FIRDF是一种很重要的滤波器，在数字信号处理领域得到广泛应用。

FIRDF设计方法主要分为两类：第一类是基于逼近理想滤波器特性的方法，包括窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法；第二类是最优设计法。

其中窗函数计法的基本思想是用FIRDF逼近希望的滤波特性。

本次设计主要采用窗函数设计法，对理想滤波器进行逼近，从而实现高通滤波器的设计。

在MATLAB软件中，有一系列函数用于设计滤波器，应用时十分方便。

因此，在本次设计中，滤波器的设计主要采用MATLAB软件，编写适当的程序，得到滤波器的单位脉冲响应。

本设计对滤波器的硬件仿真主要使用CCS软件，通过对滤波器的硬件仿真，可以较为真实的看出滤波器的滤波效果。

关键字：高通、FIRDF、线性相位、Hanning窗、MATLAB、CCS1.设计目标产生一个多频信号，设计一个高通滤波器消除其中的低频成分，通过CCS的graph view 波形和频谱显示，并和MATLAB计算结果比较2.设计原理2.1数字滤波器数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。

其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。

由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。

数字滤波器广泛用于数字信号处理中，如电视、VCD、音响等。

按照滤波电路的工作频带为其命名：设截止频率为fp，频率低于fp的信号可以通过，高于fp的信号被衰减的电路称为低通滤波器，频率高于fp的信号可以通过，低于fp的信号被衰减的电路称为高通滤波器；而带通吗，就是频率介于低频段截止频率和高频段截止频率的信号可以通过的电路。

D S P实验报告F I R和I I R滤波器设计Revised by Petrel at 2021D S P 实验报告实验一 FIR 滤波器的设计1.实验目的利用所学DSP 知识，在平台上，对TMS320VC5416DSP 设计，编程实现FIR 滤波器。

从而学会使用CCS 软件和TMS320VC5416实验板。

2.实验要求设计一个10阶的FIR 滤波器，要求f c =，定点实现。

并对F s =8kHZ 的多正弦波合成文件进行滤波测试，显示出输入和输出信号。

3.实验原理一个截止频率为ωc 的理想数字低通滤波器，其传递函数的表达式为：这个滤波器是物理不可实现的。

为了产生有限长度的冲激响应函数，我们取样响应为)(n h ，长度为N 。

)(n h 表示截取)(n h d 后的冲激响应，即)()()(n h n n h d ω=，其中)(n ω即为窗函数，窗长为N 。

一般的FIR 滤波器差分方程如下：进行Z 变换得到FIR 的系统函数为：N 阶滤波器通常采用N 个延迟单元、N 个加法器与N+1个乘法器组成。

因此可以得到FIR 滤波器的结构图如图1所示。

图1 FIR 滤波器直接结构图4.设计思路对于FIR 滤波器的设计，其系数()h n 是关键。

由于matlab 自带滤波器设计工具箱和滤波器设计函数，故借用matlab 工具，设计满足条件的滤波器并导出系数以备编写滤波器程序时使用。

实验需要用到的输入数据是多正弦波合成文件，对于输入信号的设计，这里也借助matlab 编程生成dat 文件。

然后用C 语言编写FIR 滤波器的主程序，输入文件在程序运行后导入。

5.实验内容（1）滤波器系数的设计由于实验只给出滤波器条件为N=10，f c=，并没有给出f p和f s，所以这里调用matlab工具箱函数fir1实现窗函数法设计滤波器。

fir1的调用格式为ℎn=fir1（N，ωc），返回值为6dB截止频率为ωc的N阶（单位脉冲响应h（n）长度N′=N+1）的FIR低通滤波器的系数向量（ωc为标量），默认选用，这里计算得出哈明窗。

基于DSP实现的FIR低通滤波器FIR（有限脉冲响应）低通滤波器是一种常见的数字信号处理（DSP）滤波器。

它的设计和实现非常灵活，可以用于去除数字信号中高频成分，使得信号能在一定的频率范围内进行平滑处理。

FIR低通滤波器有很多种设计方法，其中最简单的方法是基于窗函数设计，例如矩形窗、汉宁窗、布莱克曼窗等。

这些窗函数的选择取决于滤波器的性能要求和频率响应的形状。

在DSP中，FIR低通滤波器的实现可以采用直接形式、级联形式、并行形式和迭代形式等多种结构。

其中直接形式是最简单和直观的实现方式，也是最容易理解和实现的一种结构。

直接形式的FIR低通滤波器由一个延迟线、一组乘法器和加法器组成。

延迟线用于延迟输入信号，乘法器用于对延迟后的信号进行调制，而加法器则将调制后的信号相加得到输出信号。

```----------------------，，，x(n) -->， Delay ，-->， Multiply，-->--+ Sum ，--> y(n)Line ，，，----------------------```在实现过程中，需要注意的是延迟线的设置和乘法器的系数。

延迟线的长度决定了滤波器的阶数，即滤波器对输入信号的响应范围。

乘法器的系数则决定了滤波器的频率响应，可以通过窗函数的选取来确定。

通常，FIR滤波器的实现可以通过查表法或者卷积法来实现。

查表法通过预先计算所有可能的输入组合，并将其存储在一张查找表中，以减少计算量。

卷积法则通过将输入信号和滤波器的冲击响应进行卷积运算来得到输出信号。

当实现FIR低通滤波器时，还需要考虑滤波器的性能指标和算法的优化。

常见的性能指标包括滤波器的截止频率、抗混叠性能、通带和阻带的幅频特性等。

算法的优化可以从以下几个方面考虑：乘法器的系数选择、滤波器结构的选择、滤波器长度的选择和存储器的优化等。

总之，基于DSP实现的FIR低通滤波器是一种常用的数字信号处理滤波器，它可以用于去除数字信号中的高频成分，平滑信号的频谱。

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实验十二 FIR滤波器的DSP实现座位号:第一组B5姓名:于杏 1104210311小组成员:陈翔宇1104210101董泽人1104210202指导老师：李彧晟2014年一、实验目的１、巩固数字FIR滤波器的概念２、理解定点DSP中数的定标、有限字长、溢出等概念３、理解算法现实中实时的概念４、掌握DSP软件开发过程及基本调试方法５、了解C和汇编实现算法的区别二、实验仪器计算机、C2000 DSP 教学实验箱、XDS510USB仿真器、示波器，信号源。

三、注意事项进入CCS顺序:１、打开C2000实验箱电源（确认实验箱电源正常加载）２、点击CCS2（C2000) 进入开发界面退出CCS顺序:３、关闭CCS2(C2000）应用程序４、关闭C2000实验箱电源５、严格控制输入信号的幅度，在示波器上确认幅度小于5V后，再接入实验箱。

６、利用CCS查看DSP内存数据或作图显示时，最好先停止程序运行。

３四、实验内容１、针对FIR算法，设计滤波器系数，完成数据的定标，查看滤波器特性曲线。

２、建立工程，编写DSP的主程序,并对工程进行编译、链接，利用现有DSP 平台实现FIR滤波器算法,通过信号源、示波器理解滤波器特性，验证实现与理论设计的一致性。

五、实验要求实验指导书上的要求：１、独立完成项目编译、链接、调试的全过程；２、当输入信号为正弦信号时，改变正弦信号频率，观察示波器，记录各频点对应的幅度，并描点做图，与理论设计的幅频曲线比对，做误差分析。

目录1、引言.......................................................................... - 2 -1.1 研究背景................................................................ - 3 -1.2 研究意义................................................................ - 3 -1.3 研究目的................................................................ - 4 -2、DSP及其开发环境............................................................. -5 -2.1开发平台一DSP系统....................................................... -5 -2.1.1 DSP 系统的构成.................................................... - 5-2.1.2 DSP 系统的优缺点及设计流程........................................ - 5 -2.1.3 DSP 系统硬件电路图................................................ - 7 -2.2 CCS 开发环境............................................................. - 8 -2.2.1 CCS 集成开发环境.................................................. - 9 -3 FIR 滤波器的设计................................................................ - 10 -3.1 FIR 滤波器设计原理....................................................... - 10 -3.1.1 FIR 滤波器的基本结构............................................... - 10 -3.1.2 FIR 滤波器的特点................................................... - 14 -3.2 FIR 滤波器具体设计方案 .............................................. - 15 -3.2.1 窗函数法......................................................... - 15 -3.2.2 频率抽样法....................................................... - 17 -3.3 FIR 滤波器的MATLAB实现 ................................................ -18 -3.3.1 带通滤波器的MATLAB实现........................................ -19 -3.3.2 低通滤波器的MATLAB实现......................................... -21 -4、FIR滤波器的DSP实现......................................................... -22 -4.1 FFT/IFFT 算法程序及应用.................................................. - 22 -4.1.1 FFT 设计方法..................................................... - 22-4.1.2 FFT 算法的实现................................................... - 24-4.1.3 FFT 算法的仿真和测试结果......................................... - 26 -4.2 FIR 滤波器的DSP的实现................................................. -27 -4.3 总结体会 ................................................................ - 32 - 附录 A MATLAB程序............................................................... -34 - 附录B FFT的DSP实现程序........................................................ -2 -附录C FIR 的DSO实现程序........................................................ -11 -1、引言20世纪60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。

基于DSP的FIR数字滤波器的设计与仿真毕业设计论文研究背景数字信号处理在现代通信、音视频处理、图像处理等领域中起着至关重要的作用，数字滤波器是数字信号处理中的重要内容。

其中FIR数字滤波器是一种常用的滤波器，其具有线性相位和稳定性等特点，在数字信号处理中应用广泛。

因此，本毕业设计将以FIR 数字滤波器为研究对象，结合DSP平台，进行数字滤波器的设计与仿真研究。

研究目标本文旨在设计一种基于DSP的FIR数字滤波器，并且研究其性能和仿真效果。

主要目标包括：1. 掌握DSP平台的开发流程和设计方法，包括硬件平台和软件开发技术。

2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧。

3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，包括硬件和软件两个方面，满足设计要求。

4. 仿真FIR数字滤波器的性能和效果，验证设计的正确性和可行性。

5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法。

研究方法本研究采用如下方法：1. 研究DSP平台的开发流程和设计方法，包括使用硬件平台和软件开发技术。

2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧。

3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，采用Verilog语言描述硬件电路，C语言编写软件程序。

4. 利用模拟工具对FIR数字滤波器进行仿真，测试性能和效果。

5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法。

预期结果本研究预期可以达到如下结果：1. 掌握DSP平台的开发流程和设计方法，能够应用于数字信号处理和嵌入式系统开发等领域。

2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧，能够进行数字信号处理相关工作。

3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，满足设计要求，具有较好的性能和稳定性。

4. 仿真FIR数字滤波器的性能和效果，能够验证设计的正确性和可行性。

5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法，具有较好的表达和撰写能力。

FIR滤波器在DSP上的实现
1引言
近年来，随着数字信号处理（DSP）技术的发展，自由响应滤波器（FIR）已成为DSP系统的核心部分，广泛用于各种应用，如声学信号处理、通信器件、生物医学信号处理等。

本文首先介绍FIR滤波器的基本原理，之后介绍如何在DSP上实现FIR滤波器，主要介绍两种实现方法：延迟求和和移位加法（Shift-Add）。

最后，将对比分析两种实现方法的优劣，并分析哪些条件下使用移位加法。

2FIR滤波器的原理
输入的时域信号x[n]经过一系列不同阶数的延迟单元滤波器系数h[n]的乘法和求和运算，从而得到输出的时域信号y[n]，即
y[n]=\sum_{k=0}^{k=N}h_{k}x[n-k]
其中，x[n]表示输入时域信号，h[n]表示滤波器系数，y[n]表示输出时域信号，N表示滤波器的阶数。

3在DSP上实现FIR滤波器。

dsp实验报告 fir实验
DSP实验报告 FIR实验
一、实验目的
本实验旨在通过设计一种FIR滤波器，加深对数字信号处理中FIR滤波器的理解，并掌握FIR滤波器的设计方法和实现过程。

二、实验原理
FIR滤波器是一种常见的数字滤波器，其特点是无需考虑系统的稳定性问题，且具有线性相位特性。

FIR滤波器的传递函数为：
H(z) = b0 + b1z^(-1) + b2z^(-2) + ... + bMz^(-M)
其中，b0、b1、b2...bM为滤波器的系数。

FIR滤波器的设计主要包括窗函数法、频率采样法和最优化法等。

三、实验步骤
1. 确定滤波器的通带截止频率和阻带截止频率；
2. 根据通带截止频率和阻带截止频率选择合适的窗函数；
3. 计算窗函数的系数；
4. 将窗函数的系数作为FIR滤波器的系数；
5. 利用MATLAB或其他数学软件进行FIR滤波器的模拟实现；
6. 对设计的FIR滤波器进行性能评估，包括幅频特性、相频特性、群延迟等。

四、实验结果
经过实验设计和模拟实现，得到了满足要求的FIR滤波器。

通过对滤波器的性
能评估，得到了其幅频特性、相频特性和群延迟等性能指标。

实验结果表明，
设计的FIR滤波器具有良好的滤波效果，能够满足通带截止频率和阻带截止频
率的要求。

五、实验总结
通过本次实验，加深了对FIR滤波器的理解，掌握了FIR滤波器的设计方法和实现过程。

同时，也了解了数字信号处理中滤波器的重要性，以及如何根据实际需求设计出满足要求的滤波器。

希望通过本次实验，能够对数字信号处理的相关知识有更深入的了解和掌握。