第37章ARM官方DSP库FIR滤波器的实现

单片机fir滤波器算法的实现单片机是一种常用的嵌入式系统电路，可以通过编程控制其功能。

其中之一的应用就是实现滤波器算法，用于信号处理和数据分析。

FIR滤波器是一种常见的数字滤波器，通过有限长度的冲激响应函数来处理输入信号。

在本文中，我将探讨单片机中FIR滤波器算法的实现。

1. FIR滤波器简介FIR滤波器，全称为有限冲激响应滤波器（Finite Impulse Response Filter），它的输出只依赖于当前和过去的输入样本，不依赖于未来的输入样本。

FIR滤波器常用于去除信号中的噪声、平滑信号、滤除频率特定的组分等应用。

2. FIR滤波器算法原理FIR滤波器的算法原理是基于信号与滤波器的卷积运算。

具体来说，FIR滤波器将输入信号与一组系数进行加权求和，得到输出信号。

这组系数称为滤波器的冲激响应函数，决定了滤波器的频率特性和幅度响应。

3. 单片机中的FIR滤波器实现步骤1) 定义滤波器的系数。

根据需要设计陷波器或带通滤波器等，确定系数的数量和取值。

2) 获取输入信号样本。

通过单片机的模数转换器（ADC）获取输入信号的模拟样本值。

3) 实现滤波器算法。

将输入信号样本与滤波器系数进行加权求和，得到输出信号样本。

4) 输出滤波后的信号。

通过单片机的数模转换器（DAC）将输出信号样本转换为模拟信号输出。

4. 单片机中FIR滤波器算法的实现要点- 系数选择：根据所需的频率响应和滤波器类型，选择适当的系数。

常见的系数设计方法包括窗函数法、最小二乘法等。

- 数据类型选择：根据单片机的数据类型和精度要求，选择适当的数据类型表示滤波器系数和输入/输出信号。

- 内存管理：考虑到单片机的资源限制，合理管理存储器来存储滤波器系数和中间计算结果。

- 实时性要求：根据实时性要求，合理选择单片机的工作频率和计算速度，确保滤波器算法能够满足实时处理的需求。

5. 我的观点和理解FIR滤波器是一种常用的滤波器算法，其在单片机中的实现能够实现信号处理和数据分析的功能。

第四章FIR数字滤波器设计4.1 实验目的1、熟悉使用TI公司的6413DSP开发板。

2、进一步熟悉软件Code Composer Studio的使用。

3、掌握加窗法实现FIR数字滤波器的原理。

4.2 实验内容使用Code Composer Studio软件在6713DSP开发板上实践加窗FIR数字滤波器算法。

4.3 实验器材6713DSP 开发板x1USB 数据线x1供电线x1电脑x14.4 实验原理1.一个长度为N+1的因果FIR滤波器传输函数H(z)是的N次多项式：其对应的频率响应函数为：任何长度为N+1的有限长序列x[n]的特性可由其离散时间傅里叶变换X( )的N+1样本完全描述。

因此，要设计一个长度为N+1的FIR 滤波器，可以利用冲击响应序列{h[n]}或频率响应H( )的N+1个样本来进行。

同时为了保证线性相位，必须满足条件:FIR 滤波器的两种直接设计方法为加窗傅里叶级数法和频率抽样法。

本次实验只用加窗傅里叶级数法实现。

2.由于加窗理想滤波器冲击响应序列的幅值响应出现吉布斯（Gibbs ）现象，我们需要利用两边都是逐渐平滑减小到零的窗函数或者在通带到阻带加入平滑的过渡带等方法减弱吉布斯现象。

使用渐缩的窗函数可以使旁瓣的高度减小，但会使主瓣的宽度相应的增加，结果是在不连续点间出现更宽的过渡带。

现将我们常用的长度为N=2M+1的渐变窗函数列举如下：Hann 窗：Mn M N n n w ≤≤---=)],12cos(1[21)(πHamming 窗：Mn M N n n w ≤≤---=)],12cos(46.054.0[)(π Blackman 窗：M n M N n N n n w ≤≤--+--=)],14cos(08.0)12cos(5.042.0[)(ππKaiser 窗：10,)())]1/(21[1()(020-≤≤---=N n I N n I n w ββ4.5 实验步骤1、将6713 DSP开发板接上电源并与计算机连接，打开6713 DSK Diagnostics Utility 检测实验设备是否连接正常。

fir滤波原理FIR滤波器是一种重要的数字滤波器，其滤波原理基于有限冲激响应（Finite Impulse Response）的特性。

FIR滤波器的输入信号经过一系列延时元件和加权系数的乘积运算后，得到输出信号。

FIR滤波器的名称来自于其冲激响应的长度是有限的。

冲激响应是指当输入信号为单位冲激函数时，滤波器的输出响应。

FIR滤波器的冲激响应通常是系统函数的单位抽样，因此其长度为有限值。

FIR滤波器的输出信号是由输入信号的当前样本和过去n个样本的加权和决定的。

这些加权系数对应着滤波器的冲激响应，称为滤波器的系数。

通过调整这些系数，可以改变滤波器的频率响应特性，从而实现不同类型的滤波功能，如低通滤波、高通滤波、带通滤波等。

FIR滤波器的实现方法多种多样，其中一种常见的方法是基于卷积运算。

输入信号和滤波器的系数进行卷积运算，即将滤波器的每个系数与输入信号对应的样本相乘，然后将乘积相加得到输出信号。

这个过程可以通过时域卷积、频域卷积或者快速卷积等算法进行计算。

相比其他类型的数字滤波器，FIR滤波器具有一些优点。

首先，FIR滤波器的结构简单，易于实现。

其次，由于冲激响应是有限长度的，所以FIR滤波器的相应时间也是有限的，这可以避免信号延迟和相位失真的问题。

此外，FIR滤波器还可以通过在频域设计和窗函数选择等方法来实现对滤波器的精确控制。

总的来说，FIR滤波器是一种非常常用的数字滤波器，其基本原理是通过对输入信号的加权和来实现滤波功能。

它在信号处理、通信系统等领域中广泛应用，并具有灵活性和可控性的优势。

N -1一、试验目的:1、了解 FIR 滤波器的 DSP 实现方法;2、了解用 FIR 滤波器实现模拟信号滤波的全过程;3、把握 FIR 滤波器直接型构造的实现方法。

二、试验原理:FIR 滤波器是有限长单位脉冲响应数字滤波器，其系统函数一般式为：H (z ) = ∑ h (n )z - nn =0FIR 滤波器的通用 DSP 实现法与前面介绍的 IIR 滤波器构造的实现方法类似, 用 FIR 滤波器对模拟信进展滤波的构造图所示。

数字滤波器对模拟信号滤波的原理图本试验中在以通用DSP(TMS320)为核心的DSP 平台上承受窗函数设计法分别设计了 50 阶的高通、低通、带通 FIR 滤波器,其幅频特性分别如以下图形所示:50)B d (ed u t i n ga M 0 -50 -100-1501000 2023 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000Frequency (Hz))s e r g e d ( e s a h P-500 -1000 -1500-20231000 2023 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000Frequency (Hz)输入 保护滤波器输出A/D FIR 滤波器 D/A低通滤波器的频响特性)s e es no ps eRe dut i nga M1.510.510000 1000 2023 3000 4000 5000 6000 7000 8000Hertz9000 10000r g e d( e s a h P -1000-2023-3000-40000 1000 2023 3000 4000 5000 6000 7000 8000Hertz9000 10000es no ps eRe dut i nga Ms)1.510.50 1000 2023 3000 4000 5000 6000 7000 8000Hertz9000 10000e r ged(e sa hP-500-1000-15000 1000 2023 3000 4000 5000 6000 7000 8000Hertz9000 10000高通滤波器的频响特性带通滤波器的频响特性试验板信号源Input1GndGndOut3示波器试验名称：通用DSP 实现FIR 滤波器姓名：刘宇〔〕同组人：石龄佳〔〕三.试验原理图：图2-5 试验原理图四．试验仪器稳压电源一台,双踪示波器一台, 信号源一台,试验板一块五、试验内容及步骤:1、按试验连接图检查连线是否正确,然后依次翻开信号源﹑示波器﹑试验装置的电源开关。

第37章F I R滤波器的实现本章节讲解FIR滤波器的低通，高通，带通和带阻滤波器的实现。

37.1 FIR滤波器介绍37.2 Matlab工具箱生成C头文件37.3 FIR低通滤波器设计37.4 FIR高通滤波器设计37.5 FIR带通滤波器设计37.6 FIR带阻滤波器设计37.7 切比雪夫窗口设计带通滤波器37.8 FIR滤波后的群延迟37.9总结37.1F I R滤波器介绍ARM官方提供的FIR库支持Q7，Q15，Q31和浮点四种数据类型。

其中Q15和Q31提供了快速算法版本。

FIR滤波器的基本算法是一种乘法-累加（MAC）运行，输出表达式如下：y[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]结构图如下：这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。

37.2M a t l a b工具箱f d a t o o l生成C头文件下面我们讲解下如何通过fdatool工具生成C头文件，也就是生成滤波器系数。

首先在matlab的命 窗口输入fadtool就能打开这个工具箱：fadtool界面打开效果如下：FIR滤波器的低通，高通，带通，带阻滤波的设置会在下面一一讲解，这里说一下设置后相应参数后如何生成滤波器系数。

参数设置好以后点击如下按钮：点击Design Filter按钮以后就生成了所需的滤波器系数，生成滤波器系数以后点击fadtool界面上的菜单Targets->Generate C header ,打开后显示如下界面：然后点击Generate，生成如下界面：再点击保存，并打开fdatool.h文件，可以看到生成的系数：/** Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool ** Generated by MATLAB(R) 7.14 and the Signal Processing Toolbox 6.17.** Generated on: 22-Dec-2014 21:34:29**//** Discrete-Time FIR Filter (real)* -------------------------------* Filter Structure : Direct-Form FIR* Filter Length : 51* Stable : Yes* Linear Phase : Yes (Type 1)*//* General type conversion for MATLAB generated C-code */#include "tmwtypes.h"/** Expected path to tmwtypes.h* C:\Program Files\MATLAB\R2012a\extern\include\tmwtypes.h*//** Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.* The resulting response may not match generated theoretical response.* Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate* single-precision filter coefficients.*/const int BL = 51;const real32_T B[51] = {-0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357, 0.0136509249,0.01735116541, 0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666, 0.01744112931,0.020********, -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647, 0.0477*******,0.027********, -0.0593*******, -0.08230702579, 0.06718690693, 0.3100151718,0.4300478697, 0.3100151718, 0.06718690693, -0.08230702579, -0.0593*******,0.027********, 0.0477*******,-0.001034529647, -0.03424086422, -0.0122964941,0.020********, 0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061, 0.00766530633,0.01735116541, 0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,-0.0009190982091};上面数组B[51]中的数据就是滤波器系数。

使用FIR滤波器实现音频滤波实验指南音频滤波是通过使用数字滤波器来处理音频信号以达到去除或增强特定频率分量的目的。

其中，FIR（Finite Impulse Response）滤波器是一种常用的数字滤波器。

本实验指南将介绍如何使用FIR滤波器实现音频滤波。

实验目的：通过使用FIR滤波器，实现对音频信号的滤波，包括低通滤波、高通滤波和带通滤波。

实验材料：1.电脑或音频设备2. 数字信号处理软件（如MATLAB或Python）实验步骤：2. 设计FIR滤波器：确定所需滤波器的类型和参数。

对于低通滤波器，你需要设置截止频率，即希望保留的信号频率下限。

对于高通滤波器，你需要设置截止频率，即希望保留的信号频率上限。

对于带通滤波器，你需要设置上下限频率，即希望保留的信号频率范围。

使用数字滤波器设计工具（如MATLAB中的“fir1”函数）来设计FIR滤波器。

确定滤波器的阶数和系数。

3. 实施滤波：将所选的音频信号输入滤波器中，并对其进行滤波处理。

在MATLAB中，可以使用“filter”函数来实现滤波过程。

确保滤波器的输出数据类型与输入数据类型一致。

4. 分析结果：检查滤波后的音频信号，以了解滤波器的效果。

可以使用频谱分析工具（如MATLAB中的“fft”函数）查看信号频率特性的变化。

实验注意事项：1.在设计FIR滤波器时，需要根据特定应用的要求选择适当的滤波器类型和参数，并考虑信号频率范围、阶数、滤波器系数等因素。

2.实验过程中，确保滤波器的输入和输出数据类型一致，以防止数据损失或溢出。

3. 在分析滤波结果时，可以结合音频播放软件或工具，如MATLAB中的“sound”函数，以便直接听取滤波效果，并对滤波器参数进行调整。

总结：本实验指南介绍了如何使用FIR滤波器实现音频滤波。

通过选择合适的滤波器类型和参数，将音频信号输入滤波器中，并对其进行滤波处理，可以去除或增强特定频率分量。

此外，可以使用频谱分析工具来检查滤波后信号的频率特性变化。

课程设计一FIR滤波器的DSP实现一、课程设计目的1、复习用C语言对数字信号处理器的编程方法，熟悉如何使用C5000系列数字信号处理器中的模数转换器；2、复习用窗函数法设计FIR数字滤波器；3、对TMS320VC5509编程实现不同参数的FIR滤波器。

二、课程设计原理（一）TMS320VC5509简介TMS320VC5509是TI公司出产的定点DSP芯片，它的源代码与C54x系列兼容，但速度更快，时钟频率可达300MHz，功耗是C54x系列的1/6。

C5509的CPU内部有2个乘法器、1个40位的加法器、1个16位的加法器、4个累加器。

共有12组总线，其中3组数据存储器读总线，2组数据存储器写总线，及相应5组数据存储器地址总线，程序存储器读总线及地址线各一组。

片内外设资源也比C54x系列数字信号处理器丰富，4通道10位A/D、DMA单元、RTC电路、McBSP、定时器等。

本设计中将用到A/D单元。

TMS320C5509A内部有一个4通道10位A/D，相关寄存器有4个，通过对这4个寄存器的操作来控制A/D模块。

1.、ADC控制寄存器：ADCCTLADCSTART：0 无作用；1 启动A/D转换CHSELECT：从4个模拟通道中选择一个作为输入信号Reserved：保留2、ADC数据寄存器：ADCDATAADCBUSY：0 ADC数据准备好，即A/D转换结束；1 正在进行A/D转换CHSELECT：从4个模拟通道中选择一个作为输入信号ADCDATA：A/D转换得到的10位二进制数3、ADC时钟控制寄存器：ADCCLKCTLIDLEEN：0 不允许ADC处于休眠状态；1 允许ADC处于休眠状态CPUCLKDIV：决定ADC时钟频率ADC Clock：(CPU Clock) / ( CPUCLKDIV+1)4、ADC时钟分频寄存器：ADCCLKDIVSAMPTIMEDIV ：与CONVRATEDIV 一起决定采样/保持周期ADC Sample and Hold Time = (ADC Clock Period)*2*(CONVRATEDIV+1+ SAMPTIMEDIV)CONVRATEDIV ：决定A/D 转换时钟频率ADC Conversion Clock = (ADC Clock) / (2*( CONVRATEDIV+1))完成一次A/D 转换需要13个A/D 转换时钟，所以，一次转换时间是t = 13 / ADC Conversion Clock一次完整的A/D 转换时间是采样/保持周期和转换时间的和，采样频率是其倒数ADC Total Conversion Time = ADC Sample and Hold Period+tSampling Rate = 1/ ADC Total Conversion Time（二）窗函数法设计FIR 滤波器的原理根据阻带最小衰减和过渡带宽选择合适的窗函数，实现不同指标的各种类型FIR 数字滤波器的设计。