IIR濾波器的DSP及Matlab實(shí)現(xiàn)

1、IIR濾波器的DSP及Matlab實(shí)現(xiàn)華東師范大學(xué)2010屆學(xué)士學(xué)位論文專業(yè)班級 姓名 時(shí) 間 指導(dǎo)教師 2010 年 5 月 12 日一 設(shè)計(jì)目的：1. 掌握數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)過程；2. 了解IIR的原理和特性；3. 熟悉設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的原理和方法；4. 學(xué)習(xí)IIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)原理；5. 學(xué)習(xí)使用CCS的波形觀察窗口觀察輸入/輸出信號波形和頻譜變化情況。二 設(shè)計(jì)內(nèi)容：1. 通過來設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波器，對它進(jìn)行模擬仿真確定濾波器系數(shù)；2. 用DSP匯編語言編程，實(shí)現(xiàn)IIR運(yùn)算，對產(chǎn)生的合成信號，濾除信號中高頻成分，觀察濾波前后的波形變化。三 設(shè)計(jì)原理： IIR濾波器與FIR濾波器相比具

2、有相位特性差的特點(diǎn)，但它的結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)算量小，具有經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)，并且可以用較少的階數(shù)獲得很高的選擇性，因此也得到了廣泛的應(yīng)用。IIR數(shù)字濾波 器系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：H(Z)=Y(Z)/X(Z)=（b0+b1z-1+bnz-N）/(1+a1z-1+an-N)它具有N個(gè)極點(diǎn)和N個(gè)零點(diǎn)，如果任何一個(gè)極點(diǎn)在單位圓外，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。如果系數(shù)aj(j=1,N)全部為零，則濾波器變成非遞歸的FIR濾波器，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。對于IIR濾波器，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。對于IIR濾波器，有系數(shù)量化敏感的缺點(diǎn)。由于系統(tǒng)對序列施加的算法是由加法、乘法和延時(shí)的基本運(yùn)算的組合，所以可以用不同結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)，而不影響系統(tǒng)的總的

3、傳輸函數(shù)。四 總體方案設(shè)計(jì)： 1.IIR濾波器的結(jié)構(gòu)IIR濾波器的傳遞函數(shù)在有限z平面上有極點(diǎn)存在。它的單位脈沖響應(yīng)延續(xù)到無限長，而它的結(jié)構(gòu)上的特性是存在反饋環(huán)路，也即結(jié)構(gòu)上是遞歸型的。具體實(shí)現(xiàn)起來，結(jié)構(gòu)并不是唯一的。同一個(gè)傳遞函數(shù) ，可以有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，其中主要的基本結(jié)構(gòu)形式有以下幾種:直接型 一個(gè)N階IIR濾波器的傳遞函數(shù)可以表達(dá)為 用差分方程可以表達(dá)為從這個(gè)差分方程表達(dá)式可以看出， 是由兩部分相加構(gòu)成： 第一部分是一個(gè)對輸入 的N節(jié)延時(shí)鏈結(jié)構(gòu)，每節(jié)延時(shí)抽頭后加權(quán)相加，也即是一個(gè)橫向結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。第二部分也是一個(gè)N節(jié)延時(shí)鏈的橫向結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，不過它是對延時(shí)，因此是個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)。從圖中我們可以看

4、到，直接型結(jié)構(gòu)需要2N級延時(shí)單元。2.IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖；數(shù)字濾波器技術(shù)指標(biāo)數(shù)模指標(biāo)參數(shù)變換模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)數(shù)字濾波器模擬濾波器離散化相應(yīng)的模擬濾波器設(shè)計(jì)3.設(shè)計(jì)步驟；.首先應(yīng)根據(jù)指標(biāo)參數(shù)及對濾波器特性的要求，選擇合適的濾波器類型及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求應(yīng)采用Butterworth型IIR高通濾波；.運(yùn)用編程，根據(jù)給定參數(shù)求出高通濾波器的指標(biāo)和系統(tǒng)函數(shù)的系數(shù);如下所示：編寫程序： Wp=400/500 Wp =0.8000 Ws=200/500 Ws =0.4000 n,Wn=buttord(Wp,Ws,10,25) n =2 Wn = 0.7990 b,a=but

5、ter(n,Wn) b = 0.6375 1.2750 0.6375 a = 1.0000 1.1389 0.4110 freqz(b,a,512,1000) 得到濾波器的頻率特性曲線 得到濾波器階數(shù)為n=2，系統(tǒng)函數(shù)系數(shù)為： b = 0.6375 1.2750 0.6375 a = 1.0000 1.1389 0.4110.根據(jù)上面得到的系數(shù)和參量在CCS里編程運(yùn)行得到，模擬濾波器的特性，并得到輸入輸出時(shí)域頻域內(nèi)的圖形，驗(yàn)證濾波器的正確。.得出設(shè)計(jì)結(jié)果，分析交流，最后得到結(jié)論。五 主要參數(shù)； Wp=400HZ，Ws=200HZ,p=10dB,s=25dB六. 源程序； 根據(jù)濾波器的階數(shù)和系數(shù)

6、得匯編語言源程序： .title iir.asm .mmregs .def startDX .usect DX,3DY .usect DY,3DB .usect DB,3DA .usect DA,3PA0 .set 0PA1 .set 1 .datatable: .word 0 .word 0 .word 0 .word 0 .word 6375*32768/10000 .word 12750*32768/10000 .word 6375*32768/10000 .word 4110*32768/10000 .word 11389*32768/10000 .textstart: SSBX FR

7、CT STM #DX,AR1 RPT #1 MVPD #table,*AR1+ STM #DY,AR1 RPT #1 MVPD #table+2,*AR1+ STM #DB,AR1 RPT #2 MVPD #table+4,*AR1+ STM #DA,AR1 RPT #1 MVPD #table+7,*AR1+ STM #DX+2,AR2 STM #DY+1,AR3 STM #DB+2,AR4 STM #DA+1,AR5 STM #3,BK STM #-1,AR0iir: PORTR PA1,*AR2 MPY *AR2+0%,*AR4+0%,A MAC *AR2+0%,*AR4+0%,A MA

8、C *AR2,*AR4+0%,A MAC *AR3+0%,*AR5+0%,A MAC *AR3+0%,*AR5+0%,A MAR *AR5+0% STH A,*AR3 BD iir PORTW *AR3,PA0 .end命令文件為：-o iir.out-m iir.map-e startMEMORY PAGE 0: EPROM: org=0E000H len=1000H VECS: org=0FF80H len=0080H PAGE 1: SPRAM: org=0060H len=0020H DARAM: org=0080H len=1380HSECTIONS .text : EPROM PA

9、GE 0 .data : EPROM PAGE 0DX: align(4) DARAM PAGE 1DY: align(4) DARAM PAGE 1DB: align(4) DARAM PAGE 1DA: align(4) DARAM PAGE 1.vectors: VECS PAGE 0在CCS內(nèi)編寫以上程序通過加載運(yùn)行等操作得到輸入，輸出的時(shí)域與頻域波形圖。七 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析； 輸入時(shí)域波形圖： 輸入頻域波形圖： 輸出時(shí)域波形圖： 輸出頻域波形圖：八 結(jié)果分析： 通過比較輸入濾波器前后的波形得到，輸出中濾去了輸入的波形，得到設(shè)計(jì)所要求的頻率段的波形，說明濾波器工作了，實(shí)現(xiàn)了對輸入的濾波處

10、理。九 設(shè)計(jì)總結(jié)： 剛開始由于對DSP不熟悉，拿到這個(gè)課題時(shí)毫無頭緒，根本不知道從何處入手，并且在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多的問題，但在老師和同學(xué)的指導(dǎo)和自己的努力下，終于逐個(gè)解決了每一個(gè)難題。 經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，我不僅對以前所學(xué)的知識有了較深刻的理解，而且動手能力、獨(dú)立解決問題的能力有所提高。這個(gè)課程設(shè)計(jì)對于以后搞科研項(xiàng)目很有幫助，也讓我了解到dsp的一些應(yīng)用方法，在設(shè)計(jì)過程中，同時(shí)也暴露出了自身的許多不足，如自己自主解決問題的能力有所欠缺，這在以后需要更好的加強(qiáng)。在此設(shè)計(jì)過程中還用到了MATLAB等軟件，我更熟悉了此軟件的使用，這對以后的工作和解決實(shí)際問題都有了很好的幫助。最后衷心感謝在設(shè)計(jì)過程中給與我?guī)椭乃欣蠋?/p>