FIR滤波器设计C语言程序

基于TMS320VC5416 的FIR 数字滤波器设计与实现

论文摘要：在现代电子系统中，数字滤波器在语音处理、图像处理、模式识别以及各种随机信号分析中有着广泛的应用，且其波形传递系统中都越来越多的要求信道具有线性的相位特性，在这方面FIR滤波器具有独到的优点，它可以在幅度特性随意设计的同时保证精确严格的线性相位。本文以窗函数法设计线性相位FIR数字滤波器为例，研究有限冲击响应（FIR）滤波器的基本原理，介绍用MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和如何在定点TMS320VC5416 DSP芯片上设计实现连续数字滤波器。

关键词：FIR滤波器，TMS320V5416

一. 课题的目的以及意义

随着集成电路技术的发展，各种新型的大规模和超大规模集成电路不断涌现集成电路技术与计算机技术结合在一起， 使得对数字信号处理系统功能的要求越来越强。 DSP 技术就是基于VLSI技术和计算机技术发展起来的一门重要技术，DSP 技术已在通信、控制 信号处理、仪器仪表、医疗、家电等很多领域得到了越来越广泛的应用.在数字信号处理中数字滤波占有极其重要的地位。数字滤波在语音信号、图象处理模式识别和谱分析等领域中的一个基本的处理技术。数字滤波与模拟滤波相比数字滤波具有很多突出的优点，主要是因为数字滤波器是过滤时间离散信号的数字系统，它可以用软件（计算机程序）或用硬件来实现，而且在两种情况下都可以用来过滤实时信号或非实时信号。尽管数字滤波器这个名称一直到六十年代中期才出现，但是随着科学技术的发展及计算机的更新普及，数字滤波器有着很好的发展前景。同时它也有完全取代模拟滤波器的时候，原因是数字滤波没有漂移，它能处理低频信号，数字滤波的频率响应特征可做成极接近于理想的特性，它可以做成没有插入损耗和有线性相位特性，可相当简单地获得自适应滤波，滤波器的设计者可以控制数字字长，因而可以精确地控制滤波器的精度，其中的道理是数字滤波随着滤波器参数的改变，很容易改变滤波器的性能。这一特点就能允许我们用一种程序滤波器来完成多重滤波任务。滤波器对幅度和相位特性的严格要求，可以避免模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题。用可编程DSP芯片实现数字滤波可通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性，因此我们有必要对滤波器的设计方法进行研究，理解其工作原理优化设计方法，设计开发稳定性好的滤波器系统。我们将通过DSP设计平台来实现较为重要的“FIR 和自适应滤波器系统”并实现了它们的应用系统以TMS320VC5416芯片为核心的硬件电路，实现能独立完成滤波功能的系统从而通过本课题的研究。掌握滤波器的设计技术和原理能为在通信领域、信号处理领域等诸多领域中对数字滤波器的设计提供技术和准备。本科题的研究将为今后设计以DSP为核心部件的嵌入式系统集成提供技术准备，这不仅具有重要的理论意义同时还具有重要的现实意义。

4.1 CCS集成开发环境的介绍

CCS(Code Composer Studio)是由TI公司针对开发TMS320系列的DSP芯片而推

出的一种集成开发环境，运行于Windows操作系统中，并且使用清晰明了的图形

交互界面有助于用户在软件环境下完成对程序的编辑、编译、链接、运行、软件

的仿真、调试硬件和数据分析等工作。通过提供环境配置、程序的调试、源文件

的编辑、以及程序运行时的跟踪以及数据处理的分析等工具，能够满足用户完成

开发DSP系统所有环节的各种需求，缩短了系统开发所需要的时间，很大程度上

给设计者带来了方便。现阶段，CCS是用于DSP系统开发的典型软件，受到了广泛

的应用。CCS的工作模式有两种：软件仿真和硬件在线编程[2]。前者的仿真可以

不用真实的DSP芯片，仅在个人微型计算机上就可以仿真DSP系统的实际工作流程，

作用主要是验证前期处理算法的准确性以及调试编辑好的程序；后者的在线编程

则可以在DSP芯片上进行实际的操作运行，结合硬件开发板一块实现对程序的编

辑和调试以便实现特定的功能。图4-1和图4-2分别为CCS集成开发环境运行时的

配置窗口和工作窗口： 图4-1 CCS的配置窗口 图4-2 CCS的工作界面

4.1.1 CCS的组成

CCS的系统开发一般由以下五个部分组成：  C54x系列芯片的集成代码生成工具；

 DSP/BIOS插件和应用程序的接口API；

 RTDX插件（用于对数据进行实时的交换）和与之对应的程序接口API；

 CCS集成开发环境；

 非TI的公司作为第三方所提供的多种应用模块插件。

这五个组成部分用来对C语言、汇编语言或者是二者的混合语言编写的源程

序进行编译、链接，最终生成可执行的程序代码，然后将其加载到指定的DSP

芯片中来完成预先设定的数据处理的任务。

4.1.2 CCS的主要功能

CCS集成开发环境的功能很强大，集成了对程序的编辑、编译、链接、运行、

仿真和实时跟踪等用于系统开发的所有功能，包括对工程的管理以及对软件和硬

fir函数c语言实现 -回复

如何在C语言中实现fir函数？

fir函数（Finite Impulse Response，有限冲激响应）是一种数字滤波器，常用于信号处理领域，它的主要功能是对输入信号进行加权平均处理。下面将一步一步回答如何在C语言中实现fir函数。

第一步：明确fir函数的功能和输入输出

fir函数的功能是对输入信号进行加权平均处理，并返回处理后的输出信号。它的输入参数包括输入信号数组、滤波器系数数组和信号长度，输出是处理后的输出信号数组。在C语言中，我们可以定义一个函数原型如下：

c

void fir(float input[], float output[], float coefficient[], int

signalLength);

第二步：实现fir函数的主体逻辑

在fir函数的主体逻辑中，我们需要首先根据输入信号和滤波器系数进行计算，然后更新输出信号数组。

c

void fir(float input[], float output[], float coefficient[], int

signalLength) {

for (int i = 0; i < signalLength; i++) {

output[i] = 0;

for (int j = 0; j < signalLength; j++) {

if (i - j >= 0) {

output[i] += input[i - j] * coefficient[j];

}

}

}

}

在上述代码中，我们使用嵌套的循环来计算输出信号的每个元素。外层循环迭代输入信号的每个元素，内层循环根据滤波器系数和相应的输入信号元素进行加权平均。

第三步：调用fir函数进行测试

课程设计说明书

11引言

数字信号处理(DigitalSignalProcessing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广

泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞

速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过

使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列

表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的

应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。

数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）

和专用集成电路（ASIC）等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、

设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无

法比拟的。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因

此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转

换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实

现的。

数字信号处理的核心算法是离散傅立叶变换(DFT)，是DFT使信号在数字域和

频域都实现了离散化，从而可以用通用计算机处理离散信号。而使数字信号处理从

理论走向实用的是快速傅立叶变换(FFT)，FFT的出现大大减少了DFT的运算量，

使实时的数字信号处理成为可能、极大促进了该学科的发展。DSP（digitalsignalprocessor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大

量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字

信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实

际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂

指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它

的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。