FIR有限冲击滤波系统设计

0 《现代信号处理课程设计》 课程设计报告

设计题目: FIR有限冲击滤波系统设计 1

目 录 第1章 绪论..............................................错误！未定义书签。 1.1设计背景.............................................错误！未定义书签。 1.2设计内容及目的.... ................................错误！未定义书签。 1.3设计思路简介.........................................2 第2章 系统开发平台与环境.................................2 1.1 CCS开发环境.........................................错误！未定义书签。 2.2 ICETEK-F2812 –A 评估板..............................错误！未定义书签。 第3章 FIR滤波器设计过程 ...............................4 3.1 FIR滤波器设计总框图 .................................4 3.2 FIR滤波器设计的原理及其方法..........................5 第4章 系统软件设计.......................................8 4.1 程序流程图...........................................8 4.2程序源代码 ...........................................9 第5章 系统仿真..........................................13 2

5.1仿真设置 ............................................13 5.2启动CCS ...........................................19 5.3 仿真图..............................................19 第6章 总结..............................................错误！未定义书签。 参考文献.................................................20 1

第1章 绪论 1.1设计背景 从广义上讲，任何对某些频率（相对于其他频率来说）进行修正的系统称为滤波器。严格地讲，对输入信号通过一定的处理得到输出信号，这个处理通常是提取信号中某频率范围内的信号成分，把这种处理的过程称为滤波。实现滤波处理的运算电路或设备称为滤波器。在许多科学技术领域中，广泛应用线性滤波和频谱分析对信号进行加工处理，模拟滤波是处理连续信号，数字滤波则是处理离散信号，而后者是在前者的基础上发展起来的。我们知道，无源或有源模拟滤波器是分立元件构成的线性网络，他们的性能可以用线性微分方程来描述，而数字滤波器是个离散线性系统，要用差分方程来描述，并以离散变换方法来分析。这些方程组可以用专用的或通用的数字计算机进行数字运算来实现。因此，数字滤波器的滤波过程是一个计算过程，它将输入信号的序列数字按照预定的要求转换成输出数列。

数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应(IIR)滤波器和有限冲激响应(FIR)滤波器。由于FIR滤波器的最大优点是可以实现线性相位滤波，信号无失真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为常数，相频响应为频率的线性函数(即具有线性相位)。在数字通信和图像传输处理等应用场合都要求滤波器具有线性相位特性。另外FIR滤波器是全零点滤波器，硬件和软件实现结构简单，不用考虑稳定性问题，在数字信号处理领域得到广泛应用。FIR滤波器的设计方法有许多种，如窗函数设计法、频率采样设计法和最优化设计法等。本次设计主要利用窗函数法设计FIR滤波器，并在DSP上实现滤波。 1.2设计内容及目的 设计内容主要是在给定滤波器的性能指标下，采用窗函数法和双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化。设计的目的为： 2

1、 掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法 2、 熟悉线性相位FIR数字滤波器特性 3、 了解各种窗函数对滤波器特性的影响 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。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

1.1 CCS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2.1 CSS开发周期阶段 2.2 ICETEK-F2812 –A 评估板 ICETEK–F2812-A 评估板的内存映射 ICETEK–F2812-A 评估板（以下简称评估板）的内存映射与TMS320F2812A 芯片不同的是，所有的寄存器和存储器全部映射在XINTF ZONE 2 译码的空间内，占TMS320F2812A 芯片的80000h-0FFFFFh 地址单元中。因此，如果您需要使用DSP 芯片的管脚外扩硬件设备的话，请避免使用这部分地址资源。对于这部分地址单

设计概念性规划

编程和编译创建工程文件、编写源代码和配置文件调试语法检查、探测点设置和日志保存等分析

实时调试、统计和跟踪 3

元，基本上分为两个部分，从 80000h 到0BFFFFh 共256K 的地址单元分配给片外扩展存储器。这里有一个声明，一般来说，在出厂时，板上所连接的存储器一般为64K 的存储器，因此这部分的实际有效内存是80000h-8FFFFh。为了特殊的需求，这里最多可以扩展到256K 的实际存储器。从 C0000h 到FFFFFh 是外围其他设备的寄存器接口，这里包含一个12 位的模数转换器DAC7528，以及四位的状态显示数码管和四位可读入数字量的开关。ICETEK–F2812-A 评估板实物图和原理框图分别如图1.2、1.3所示。

图2.2 ICETEK–F2812-A 评估板实物图

图2.3 ICETEK–F2812-A 评估板原理框图 4

第3章 FIR滤波器设计过程 3.1 FIR滤波器设计总框图 FIR滤波器设计总框图如图3.1所示

开始

初始化DSP产生输入数据

读入新数据并存放到栈顶

滤波处理保存滤波结果到输出单元

待滤波的样本点数处理完成

结束否

是

图3.1 FIR滤波器设计总框图 5

3.2 FIR滤波器设计的原理及其方法 FIR数字滤波器设计原理是利用数字的方法，按预定的要求对信号进行变换，把输入的信号变成一定的输出信号，从而达到改变信号频谱的目的。 FIR滤波器（有限冲激响应滤波器）的差分方程是：

10)()()(Nkknxkhny

在数字滤波中，我们主要讨论离散时间序列。如图3.2所示。设输入序列为nx，离散或数字滤波器对单位抽样序列n的响应为nh。因n在时域离散信号和系统中所起的作用相当于单位冲激函数在时域连续信号和系统中所起的作用。

图3.2 数字滤波器原理 数字滤波器的序列ny将是这两个序列的离散卷积，即





kknxkhny （1.4）

同样，两个序列卷积的z变换等于个自z变换的乘积，即 zXzHzY （1.5）

用Tjez代入上式，其中T为抽样周期，则得到 TjTjTjeXeHeY （1.6）

式中TjeX和 TjeY 分别为数字滤波器输入序列和输出序列的频谱，而TjeH为单位抽样序列响应nh的频谱。由此可见，输入序列的频谱TjeX



经

过滤波后，变为TjTjeXeH ，按照TjeX的特点和我们处理信号的目的，选取适当的TjeH使的滤波后的TjTjeXeH符合我们的要求。 其直接型结构如图3.3所示：

数字滤波器nh,H(z)

zx

nx



ny

zy