电气控制技术应用设计
题目基于DSP的FIR数
字低通滤波器设计
二级学院电子信息与自动化学院
专业电气工程及其自动化
班级 113070404
学生姓名黄鸿资学号 11307991032
学生姓名姜天宇学号 11307991015
指导教师蒋东荣
时间：2016年8月29日至2016年9月9日
考核项目平时成绩20分设计35分报告15分答辩30分得分
总分考核等级教师签名
一绪论 (3)
（一）课题设计的目的 (3)
（二）课题内容 (3)
（三）设计方法 (3)
(四）课程设计的意义 (4)
二FIR滤波器基本理论 (4)
（一）FIR滤波器的特点 (4)
（二）FIR滤波器的基本结构 (4)
（三）Chebyshev逼近法 (5)
三用MATLAB辅助DSP设计FIR滤波器 (5)
（一）利用fir函数设计FIR滤波器并在在MATLAB环境仿真 (6)
（二） Matlab中自带工具箱FDATool快速的实现滤波器的设计 (10)
1.确定一个低通滤波器指标 (10)
2.打开MATLAB的FDATool (10)
3.选择Design Filter (11)
4.滤波器分析 (11)
5.导出滤波器系数 (13)
（三）滤波器设计总结 (13)
（四）DSP所需文件配置 (14)
四基于DSP的FIR滤波器实现 (14)
（一）DSP中滤波器的算法实现 (15)
1.线性缓冲区法 (15)
2.循环缓冲区法 (15)
（二）C语言实现FIR (15)
（三）CSS仿真调试 (17)
（四）滤波器的仿真测试 (18)
五 DSP数字滤波器与硬件低通滤波器对比 (21)
（一）二阶有源低通滤波电路的构建 (21)
（二）二阶低通滤波器参数计算 (22)
（三）在protues环境下的仿真测试 (22)
（四）实物硬件连接以及测试结果 (22)
（五）利用FilterPro的低通滤波器设计 (23)
1 选择filter类型 (24)
2 滤波器参数设定 (24)
3 滤波器的算法选择 (25)
4 滤波器的拓扑结构选择 (25)
（六） DSP数字滤波器与硬件电路滤波器对比总结 (26)
六课程设计总结 (26)
参考文献 (28)
摘要
DSP芯片是一种特别适合数字信号处理运算的微处理器，主要用来实时、快速实现各种数字信号处理算法。FIR数字滤波器具有严格的线性相位、总是稳定等特点而广泛应用于数字信号处理的各个领域，是一个重要的研究课题。
本文主要研究了低通数字滤波器的基本理论，在MATLAB坏境下设计FIR低通数字滤波器，主要用窗函数法及利用MATLAB的滤波器设计工具的设计方法，编写相应的MATLAB语言，进行具体的仿真分析。用TMS320C5402的DSP芯片软件，编写了DSP的FIR低通数字滤波算法，用MATLAB中生成的滤波器系数导入DSP中设计的滤波器函数中。在ccs环境中，首先根据算法编写C语言文件，在编写完成后再编写cmd文件和在库中添加lib文件保证C语言程序文件可以正确编译链接。
DSP的输入信号可以又MATLAB软件进行编写，在程序测试的时候可以导入进行观察。
在这次课程设计末尾，为了验证DSP设计的低通滤波器相对于运算放大器所设计的硬件电路的优势，利用protues软件和FilterPro软件进行硬件电路的设计仿真。采用信号发生器产生所需信号，利用示波器显示。将DSP设计的滤波器与硬件设计的滤波器进行比较分析其优劣。
最后根据得到的结果对滤波后的结果进行分析，找出设计过程中存在的问题，并想办法从电路元件或者软件算法方面对其进行一定改良。通过这次课程设计可以掌握CCS，MATLAB，protues等软件的基本使用和焊接简单电路的动手能力。
关键词：数字低通滤波器 FIR MATLAB TMS320C54XX DSP
引言
现代生活中，越来越多的电子产品把数字信号处理（DSP)作为技术核心，DSP 已经作为推动数字化进程的动力。作为数字化最重要的技术之一，DSP无论是在其应用领域的深度还是广度，正在以前所未有的速度发展。
数字信号处理器，也称DSP芯片，是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器。随着数字化技术的飞速发展，DSP在电子信息、通信、无线电、自动控制、仪表技术等方面应用广泛。
在数字信号处理中，数字滤波器占有极其重要的位置。是象处理、指纹识别、模式识别、谱分析等应用中一个基本的处理算法。在许多信号处理应用中运用数字信号滤波器代替模拟信号滤波器有很大的优势，数字信号滤波器容易实现不同幅度和相位频率特性指标，克服了与模拟信号处理器性能相关的电压漂移、温度漂移和噪声问题。用DSP实现数字滤波具有稳定性好、精确度高和不受环境影响。
数字滤波器又分为无限冲激响应滤波器(IIR)和有限冲激响应滤波器(FIR)。FIR滤波器具有不含反馈环路、结构简单以及可以实现的严格线性相位等优点，因而在对相位要求比较严格的条件下，采用F1R数字滤波器。同时，由于在许多场合下，需要对信号进行实时处理，因而对于单片机的性能要求也越来越高。采用 DSP控制器就可以提高数字信号处理运算的能力，可以对数字信号做到实时处理。而普通的单片机例如MCS-51难以满足这一要求。用可编程DSP芯片实现数字滤波的又一优势是:通过修改滤波器的参数十分方便的改变滤波器的特性。有限长单位冲激响应((FIR)数字滤波器，与传统的通过硬件电路实现的模拟滤波器相比有以下优点:
(1)简化了硬件电路的设计，提高了硬件电路的集成度和可靠性。
(2)对干扰信号的抑制能力有了明显提高，这对系统的控制精度和稳定性的提高起到了促进作用。
(3)数字滤波器的参数调节比起模拟滤波器来更加方便、灵活。
(4)数字滤波器可以实现数据的并行处理，提高了系统运行速度。
