基于DSP的IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

1、題 目 基于DSP的IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 王喜娟 學(xué)號(hào) 1210064068 所在學(xué)院 物電學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電信1203班 指導(dǎo)教師 黃朝軍老師 完成地點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室A-1012 2016年6月7日陜西理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書院(系) 物理與電信工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電子信息科學(xué)與技術(shù)(電信1203) 學(xué)生姓名 王喜娟 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 基于DSP的IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)工作自 2015 年 11 月 9 日 起至 2016 年 5 月 18 日止三、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn): 博遠(yuǎn)樓A1012室 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成內(nèi)容及相關(guān)要求： 數(shù)字濾波器是指完成信號(hào)濾波處理的功能，用有限精度

2、算法實(shí)現(xiàn)的離散時(shí)間線性非時(shí)變系統(tǒng)。相對(duì)于模擬濾波器，數(shù)字濾波器沒(méi)有漂移，能夠處理低頻信號(hào)，頻率響應(yīng)特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以達(dá)到很高，容易集成等，這些優(yōu)勢(shì)決定了數(shù)字濾波器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1、課題的研究背景、目的及意義； 2、數(shù)字濾波器的基本理論； 3、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法的對(duì)比分析； 4、IIR數(shù)字濾波器的性能分析及Matlab仿真； 5、DSP上IIR數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)。 五、畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)收集資料及參考文獻(xiàn)： 1、應(yīng)收集與課題相關(guān)文獻(xiàn)至少12篇（其中包括一篇英文文獻(xiàn)），文獻(xiàn)的發(fā)表年限應(yīng)為2010年至2016年； 2、除了文獻(xiàn)之外，所參考的書目不能超過(guò)3篇； 3

3、、所有的參考資料要留存電子版，在交論文時(shí)一并打包交予指導(dǎo)教師。 六、畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排： 1、接受任務(wù)書，結(jié)合任務(wù)書查閱文獻(xiàn)資料（包括一定數(shù)量的外文資料），給出課題設(shè)計(jì)總體方案，完成開(kāi)題報(bào)告；并完成一篇外文文獻(xiàn)的全文翻譯工作； （1月15日3月20日） 2、結(jié)合研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)方案，完成內(nèi)容1和2的工作；（3月20日4月10日） 3、完成課題內(nèi)容3的工作，并提交中期報(bào)告；（4月10日4月20日） 4、完成課題內(nèi)容4和5的工作，并完成設(shè)計(jì)報(bào)告第一稿；（4月215月10日） 5、結(jié)合修改意見(jiàn)，完成設(shè)計(jì)報(bào)告，并在系統(tǒng)中提交終稿，報(bào)告字?jǐn)?shù)必須在5000字以上，并按照系上統(tǒng)一要求的格式排版打??；（4月11

4、日5月20日） 6、制作答辯PPT，準(zhǔn)備答辯材料，準(zhǔn)備答辯，并完成后續(xù)工作 （5月21日6月10日） 7、必須定期與指導(dǎo)老師見(jiàn)面，匯報(bào)進(jìn)展情況，按時(shí)完成論文的撰寫工作。 指導(dǎo)教師簽名 黃朝軍 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)簽名 熊曉軍 批準(zhǔn)日期 2016-01-11 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于DSP的IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)王喜娟（陜西理工學(xué)院物電學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2012級(jí)3班，陜西 漢中 723000）指導(dǎo)教師：黃朝軍摘要介紹了數(shù)字濾波器的基本原理，對(duì)比分析了IIR數(shù)字濾波器的常用設(shè)計(jì)方法，借助DSP芯片的強(qiáng)大信號(hào)處理能力，結(jié)合Matlab程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。以帶通濾波器

5、為例用matlab與DSP兩種方法分別實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字濾波器,設(shè)計(jì)完成后將Matlab與ccs上的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，得出的結(jié)論二者的仿真基本一致，并且濾波效果良好。結(jié)果證明，利用matlab輔助設(shè)計(jì)DSP應(yīng)用程序，可大大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞數(shù)字濾波器;IIR;DSPThe design of IIR digital filter based on DSPWang Xijuan （Grade12,Class03,Major Electronic Information Science and Technology,School of Physics and Telec

6、ommunication Engineering,Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723000,Shaanxi）Tutor: Huang ChaojunAbstract:This paper introduced the basic principle of digital filter, compares and analyzes the common design method of IIR digital filter, with the powerful signal processing ability of DSP chip,

7、combined with Matlab programming, the design of IIR digital filter is realized.The IIR digital filter is realized by using MATLAB and DSP in two ways, with the band pass filter as an example,After the design is completed, the results of Matlab and CCS are compared, the results of the two are basical

8、ly consistent, and the filtering effect is good.The results show that the use of DSP aided design matlab application, can greatly shorten the development time, the design of the filter has a certain guiding significance.Key word:digital Filter , IIR, DSP陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄1 引言11.1課題研究目的及意義11.2數(shù)字濾波器發(fā)展趨勢(shì)11.3

9、主要研究?jī)?nèi)容12數(shù)字濾波器的基本原理22.1數(shù)字濾波器概念22.2數(shù)字濾波器分類22.3數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)基本算法32.3.1脈沖響應(yīng)不變法32.3.2雙線性變換法42.3.3 IIR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)52.4數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)方法83 IIR濾波器設(shè)計(jì)MATLAB實(shí)現(xiàn)83.1 MATLAB性能介紹83.2 利用MATLAB實(shí)現(xiàn)濾波器的設(shè)計(jì)方法93.3 仿真結(jié)果113.3.1 切比雪夫I型濾波器113.3.2切比雪夫II型濾波器113.3.3橢圓濾波器123.3.4三種濾波器比較124 IIR濾波器DSP實(shí)現(xiàn)124.1 DSP芯片定義124.2 DSP芯片特點(diǎn)124.3 DSP芯片分類134.4 TMS320C

10、54芯片功能134.4.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)134.4.2 總線結(jié)構(gòu)144.4.3 CPU部分144.4.4存儲(chǔ)器系統(tǒng)144.4.5片內(nèi)外設(shè)144.5 IIR數(shù)字濾波器在DSP中移植154.5.1 編程思想154.5.2流程圖154.5.3移植結(jié)果154.5.4 MATLAB中的仿真結(jié)果與DSP中的結(jié)果對(duì)比165結(jié)語(yǔ)16致謝17參考文獻(xiàn)18附錄A19附錄B201 引言濾波是信號(hào)處理的基礎(chǔ)，濾波運(yùn)算是信號(hào)處理中的基本運(yùn)算，濾波器的設(shè)計(jì)也就相應(yīng)成為數(shù)字信號(hào)處理的最基本問(wèn)題之一。濾波器通常被理解為一個(gè)信號(hào)選擇系統(tǒng)，它可以通過(guò)某些成分又能衰減或阻止其他成分1。濾波器一般可理解為選頻系統(tǒng)，如高通、低通、帶阻、帶

11、通。濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。模擬濾波器是連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，可分為無(wú)源濾波器和有源濾波器；數(shù)字濾波器主要由乘法器、加法器、邏輯單元、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器和存儲(chǔ)延遲單元五部分構(gòu)成，具有穩(wěn)定性好，精度高，可以時(shí)分復(fù)用，不存在阻抗匹配問(wèn)題的特性。數(shù)字濾波器和模擬濾波器的濾波概念基本相同，根據(jù)其單位脈沖響應(yīng)的性質(zhì)數(shù)字濾波器分為有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)濾波器和無(wú)限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)濾波器，根據(jù)頻率響應(yīng)特性分為高通、低通、帶阻、帶通等類型，數(shù)字濾波器不僅具有模擬濾波器固有的優(yōu)點(diǎn)，比模擬濾波器的靈活性更強(qiáng)，濾波精度更高，穩(wěn)定性更好。1.1課題研究目的及意義隨著信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已成為一門非常重要

12、的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字信號(hào)處理在圖像、語(yǔ)音、自動(dòng)控制、通信、軍事、航空航天、雷達(dá)、和醫(yī)療等多領(lǐng)域獲得普遍的應(yīng)用。而數(shù)字濾波在數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中占據(jù)著舉足輕重的地位 ，數(shù)字濾波性能的優(yōu)劣直接決定數(shù)字信號(hào)處理能力的強(qiáng)弱。數(shù)字濾波器是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)濾波的線性時(shí)不變系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是一種運(yùn)算過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)運(yùn)算的處理。無(wú)限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器和有限長(zhǎng)單位脈沖數(shù)字濾波器是兩種最常用的數(shù)字濾波器，其中IIR數(shù)字濾波器具有運(yùn)算速度快，占有存儲(chǔ)空間少，運(yùn)算速度快，很高的計(jì)算精度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和比較好的選頻特性，比較低的階數(shù)實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)2-3。數(shù)字濾波器便于集成、穩(wěn)定性好、精度較高、不存在阻抗匹配問(wèn)題，可以時(shí)分復(fù)用，而

13、且數(shù)字濾波器對(duì)比模擬濾波器在信噪比、靈活性、穩(wěn)定性、濾波精度方面效果更好。數(shù)字濾波器（DF,Digital Filter）現(xiàn)在起著非常重要的作用且得到了普遍的應(yīng)用。 1.2數(shù)字濾波器發(fā)展趨勢(shì)美國(guó)與德國(guó)的科學(xué)家在1917年分別發(fā)明出LC濾波器，次年在美國(guó)獲得首個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)，無(wú)源濾波器技術(shù)自50年代起逐漸的走向成熟。60年代起，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，集成的流程和材料工業(yè)相應(yīng)得到迅速發(fā)展，濾波器技術(shù)向著高精度、小尺寸、多功能、低能耗的方向發(fā)展，達(dá)到了一個(gè)新的高度。70年代后數(shù)字濾波以多功能、高精度、穩(wěn)定可靠為主攻方向，數(shù)字濾波技術(shù)也稱為一門非常重要的學(xué)科及技術(shù)領(lǐng)域。以往的濾波器大多采用模擬電路

14、技術(shù)，模擬濾波器一般由電容、電感這些模擬器件搭建來(lái)實(shí)現(xiàn)，會(huì)有電壓飄移、溫度飄移和噪聲等問(wèn)題，而數(shù)字濾波器可以通過(guò)軟件或數(shù)字芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而不存在這些問(wèn)題可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度和精度。隨著信息時(shí)代和數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，單獨(dú)的軟件、硬件已不能滿足需求，所以就將軟件與硬件相結(jié)合發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，而現(xiàn)在應(yīng)用最成熟的就是數(shù)字濾波器，簡(jiǎn)稱DSP。數(shù)字濾波器具有許多模擬濾波器沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，如使用靈活、精度高、可靠性強(qiáng)，被廣泛的應(yīng)用在語(yǔ)音、通信、數(shù)字電視、圖像、許多工程領(lǐng)域及生物醫(yī)學(xué)等哥哥科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。 1.3主要研究?jī)?nèi)容首先探討了數(shù)字濾波器的目的及意義，分析了數(shù)字濾波的基本原理，簡(jiǎn)單介紹了數(shù)字濾波的幾種設(shè)計(jì)方法。其次

15、基于Matlab程序語(yǔ)言和DSP芯片的強(qiáng)大功能，以帶通濾波器為例用兩種方法實(shí)現(xiàn)了IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)及仿真，并對(duì)比分析其幅頻、相頻特性。具體介紹MATLABDE的性能及濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，最后給出濾波器的仿真結(jié)果；描述了DSP芯片定義、特點(diǎn)和分類，重點(diǎn)介紹TMS320C54芯片。最后給出IIR數(shù)字濾波器在DSP芯片中的移植結(jié)果，并對(duì)比分析matlab仿真結(jié)果與DSP中的仿真結(jié)果。2數(shù)字濾波器的基本原理2.1數(shù)字濾波器概念數(shù)字濾波器的輸入、輸出信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)，可以濾除數(shù)字器件或程序的一些頻率成分，也可以以數(shù)值運(yùn)算的方法改變輸入信號(hào)含有頻率成分的比例，其本質(zhì)是一個(gè)線性時(shí)不變的離散系統(tǒng)由有限精度算

16、法來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字濾波器是一種信號(hào)處理裝置，具有一定的傳輸特性4-5。其工作原理是利用離散系統(tǒng)性質(zhì)對(duì)系統(tǒng)輸入的信號(hào)進(jìn)行有效的加工和變換以改版輸入序列的信號(hào)波形或頻譜，使有用的信號(hào)成分通過(guò)，濾除無(wú)用的信號(hào)成分輸出。數(shù)字濾波器與模擬濾波器根據(jù)頻率響應(yīng)特性都可以分為帶通、帶阻、高通與低通四大類；數(shù)字濾波器相比模擬濾波器除了其固有的優(yōu)點(diǎn)外，還具有體積小、無(wú)阻抗匹配問(wèn)題、精度高、重量輕、穩(wěn)定性高使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是它換可以實(shí)現(xiàn)模擬濾波器不能實(shí)現(xiàn)的特殊功能。數(shù)字濾波器是一種電子濾波器，通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)做濾波處理而獲得預(yù)期的響應(yīng)特性的離散時(shí)間系統(tǒng)。數(shù)字濾波器在數(shù)字信號(hào)領(lǐng)域工作，其處理對(duì)象是模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣系

17、統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)，它與工作在模擬信號(hào)域的模擬濾波器的處理對(duì)象不同。數(shù)字濾波器可以用系統(tǒng)函數(shù)、單位采樣系統(tǒng)和微分方程等形式來(lái)表示，當(dāng)研發(fā)數(shù)字濾波器時(shí)，可以直接用一個(gè)框圖來(lái)表示。2.2數(shù)字濾波器分類數(shù)字濾波器按照不同的分類方法可以分為許多種類，主要可分為現(xiàn)代濾波器和經(jīng)典濾波器兩大類。經(jīng)典濾波器是將輸入信號(hào)中占有不同頻帶的有用信號(hào)的頻率成分與希望被濾除的頻率成分通過(guò)一個(gè)滿足要求的可選頻濾波器來(lái)濾除干擾，從而達(dá)到濾波的目的只獲得有用的信號(hào)。如果遇到有用的信號(hào)與干擾信號(hào)的頻譜互相重疊，那么經(jīng)典濾波器就不能有效的濾除干擾信號(hào)來(lái)最大限度地恢復(fù)信號(hào)，從而出現(xiàn)了自適應(yīng)濾波器、維納濾波器和卡爾曼等現(xiàn)代濾波器。

18、現(xiàn)代濾波器可以最大限度地的恢復(fù)信號(hào)，其根據(jù)隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性在某些最佳的準(zhǔn)則下以最大限度來(lái)抑制干擾信號(hào)，從而得到最好的濾波目的。根據(jù)濾波特性經(jīng)典濾波器分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器四類6。圖1.1 各種濾波器幅頻特性根據(jù)沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域性質(zhì)數(shù)字濾波器可以分為有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器和無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器。無(wú)限長(zhǎng)數(shù)字濾波器的特性是無(wú)限持續(xù)時(shí)間沖激響應(yīng)。最常用的實(shí)現(xiàn)方法是遞歸型。其差分方程為： （2-1）系統(tǒng)函數(shù)為： （2-2）設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器實(shí)質(zhì)上就是找到一個(gè)使其頻率響應(yīng)H(Z)滿足給定的通帶截止頻率、通帶衰減系數(shù)、阻帶截止頻率及阻帶衰減系數(shù)的可以在物理上實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)

19、函數(shù)H(Z).2.3數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)基本算法2.3.1脈沖響應(yīng)不變法脈沖響應(yīng)不變法就是使數(shù)字濾波器的脈沖響應(yīng)序列h(n)等于模擬濾波器脈沖響應(yīng)的采樣值，即 （2-3）式中，T為采樣周期。所以數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)H(z)由下式得出： （2-4） Z-表示對(duì)-的內(nèi)容進(jìn)行Z變換。若是得到了符合要求的模擬濾波器傳遞函數(shù) ，則相應(yīng)的數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù) H(z)的計(jì)算方法是：模擬濾波器單位脈沖響應(yīng)： （2-5）上式中，是對(duì)Laplace逆變換。模擬濾波器單位沖激響應(yīng)采樣值也稱之為數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)序列h(n)。對(duì)數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)h(n)進(jìn)行Z變換，可得到傳遞函數(shù)H(z).由以上方法得出數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)H

20、(Z)且利用模擬濾波器系統(tǒng)函數(shù)計(jì)算的步驟：將模擬濾波器的傳遞函數(shù)H(s)用部分分式的方法展開(kāi)成： （2-6）在MATLAB中可通過(guò)residue函數(shù)實(shí)現(xiàn)。若調(diào)用residue函數(shù)形式為R,P,K=residue(a,b)形式，則將下式： （2-7）變換為： （2-8）上式稱為極點(diǎn)留數(shù)商向量形式。若b,a=resdue(R,P,K)則為上面調(diào)用形式的反過(guò)程。用數(shù)字極點(diǎn)表示模擬極點(diǎn)得到系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 （2-9）其中T 為采樣間隔。將式（2-9）轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)形式，可采用R,P,K=residue(a,b)。MATLAB的窗函數(shù)庫(kù)中包括利用沖激響應(yīng)不變法來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的函數(shù)，其格式為：bz,az=

21、impinvar(b,a,Fs)，式中a,b分別是模擬濾波器的分子與分母多項(xiàng)式系數(shù)向量；FS為采樣頻率，單位HZ，缺省時(shí)為1HZ.bz,az分別為數(shù)字濾波器分子和分母多項(xiàng)式系數(shù)向量。我們用例子說(shuō)明上面的函數(shù)。脈沖響應(yīng)不變法的原理是將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器H(Z),其頻率采樣周期為T=0.1S。b=3 2;a=2 3 1;T=0.1; bz1,az1=impinvar(b,a,1/T)程序輸出為:bz1=0.3000 -0.2807az1=2.0000 -3.7121 1.7214設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器時(shí)要注意脈沖響應(yīng)不變法的特點(diǎn)。脈沖響應(yīng)不變法由得到數(shù)字角頻率與模擬角頻率呈線性關(guān)系，其中T表示采樣

22、間隔6。若濾波器頻率響應(yīng)是有限帶寬，可以通過(guò)變換得到數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)及其接近模擬濾波器頻率響應(yīng)。模擬濾波器頻率響應(yīng)通過(guò)周期延拓可以得到數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)，該方法對(duì)帶阻和高通濾波器會(huì)出現(xiàn)混疊效應(yīng)并造成頻率失真，所以只適用有限帶寬濾波器，這方面的問(wèn)題可以由雙線性變換法解決。2.3.2雙線性變換法雙線性變換法將s平面整個(gè)頻率軸映射到z域一個(gè)頻率周期內(nèi)，所以s平面與z平面的映射呈非線性關(guān)系，單值雙線性映射關(guān)系為： （2-10）式中，T為采樣周期。若已知模擬濾波器傳遞函數(shù)，將（2-4）式帶入可得到數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)： （2-11）在雙線性變換中模擬角頻率與數(shù)字角頻率關(guān)系如下： （2-12）因此，模擬

23、角頻率和數(shù)字角頻率為非線性關(guān)系。MATLAB中的函數(shù)bilinear是用雙線性變換法實(shí)現(xiàn)模擬s域到數(shù)字z域的映射，可以直接將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器。調(diào)試方法為:zd,pd,kd=bilinear(z,p,k,FS)numd,dend=bilinear(num,den,FS)上式的z,p分別是零、極點(diǎn)列向量；k為模擬濾波器增益;FS為采樣頻率，單位HZ；zd,pd,kd分別為零極點(diǎn)與增益；Mun,Den是傳遞函數(shù)分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量。模擬濾波器的傳遞函數(shù)形式如下式： （2-13）Numd、Dend是傳遞函數(shù)分子、分母的多項(xiàng)式系數(shù)向量。將模擬濾波器用雙線性變換法轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器，采樣間隔

24、為 T=0.1S 。b=3 2;a=2 3 1;T=0.1;bz1,az=bilinear(b,a,1/T)程序輸出：bz1= 0.0720 0.0046 -0.0674az1= 1.0000 -1.8560 0.8606雙線性變換法優(yōu)點(diǎn)是適于高通、帶阻等濾波器的設(shè)計(jì)，其幅值逼近效果好且能解決脈沖響應(yīng)不變法的頻譜混疊現(xiàn)象。它的缺點(diǎn)為頻率變換性質(zhì)會(huì)使模擬濾波器與數(shù)字濾波器的幅度、頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化。2.3.3 IIR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)IIR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要分為直接型、級(jí)聯(lián)型與并聯(lián)型三種。直接型系統(tǒng)傳輸函數(shù)： （2-14）其N階差分方程： （2-15）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：級(jí)聯(lián)型IIR的系統(tǒng)函數(shù)可由直接性轉(zhuǎn)

25、換得出。若直接型結(jié)構(gòu)的傳輸函數(shù)階數(shù)變化，則系數(shù)量化導(dǎo)致的誤差會(huì)影響濾波器性能，所以要選擇其他結(jié)構(gòu)。將上式傳輸函數(shù)的分子、分母行因式分解可表示為： （2-16）上式,分子、分母的實(shí)系數(shù)二階因子分別為共軛零點(diǎn)、極點(diǎn)。若把（2-16）中的單根一階因子當(dāng)做二階因子的一種特例，那么可以表示上式為M個(gè)實(shí)系數(shù)二階。圖2.1 直接型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本級(jí)聯(lián)形式： (2-17)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2-2所示：圖2.2 級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 并聯(lián)型用部分分式的形式表示傳輸函數(shù)H(z)，相當(dāng)于用若干個(gè)一階、二階基本網(wǎng)絡(luò)與常數(shù)的和表示： (2-18)上式可以用二階基本節(jié)的形式表示： (2-19)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2-3所示：圖2.3 并聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)

26、結(jié)構(gòu)2.4數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法主要有以下3種：（1）用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)當(dāng)前發(fā)展的速度快并且功能很強(qiáng)大，因此依靠單片機(jī)硬件環(huán)境與信號(hào)處理軟件用于數(shù)字控制、醫(yī)療儀器等工程實(shí)際。硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是單片性能好，成本低，容易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是功能單一；穩(wěn)定性不好；精確度不高，在要求精確的頻率濾除的情況下很可能將有用的信號(hào)也給濾掉。（2）在通用的微型機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般在計(jì)算機(jī)軟件或數(shù)字電路上實(shí)現(xiàn)，使用者不僅可以自己編寫所需的軟件，也可以使用現(xiàn)成的。它的優(yōu)點(diǎn)是精度高；靈活性好，濾波器性能的改變只需要改變其程序的參數(shù)；運(yùn)行效率高，計(jì)算機(jī)可以在同一時(shí)間處理多路系統(tǒng)；處理功能強(qiáng)；可靠性強(qiáng)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行不

27、隨周圍環(huán)境的變化而變化。其缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)結(jié)果的速度慢，一般用在教學(xué)和科研方面；實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，成本高；可嵌入性接口和集成不方便。（3）用專用的信號(hào)處理DSP片軟硬件結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)8。DSP芯片的優(yōu)點(diǎn)是多總線、運(yùn)行速度快、有大量滿足信號(hào)處理的指令并且采用流水線的工作方式與并行結(jié)構(gòu)，等；具有方便構(gòu)成大的控制系統(tǒng)的外部通信接口（SCI,SPI,CAN）；大規(guī)模集成性、較低功耗及處理能力強(qiáng)等。缺點(diǎn)是成本較高、功率消耗較大等。比較上述方法：可以用MATLAB等軟件學(xué)習(xí)數(shù)字濾波器基本知識(shí)、計(jì)算數(shù)字濾波器系數(shù)和階數(shù)、研究算法可行性和對(duì)數(shù)字濾波器進(jìn)行前期仿真。其次，可以用DSP或FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件電路。一般通用可編程D

28、SP芯片具有更好的實(shí)時(shí)性與靈活性，所以本次實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波是采用通用可編程DSP芯片來(lái)完成。3 IIR濾波器設(shè)計(jì)MATLAB實(shí)現(xiàn)基于MATLAB設(shè)計(jì)濾波器可以按照設(shè)計(jì)的要求來(lái)調(diào)整設(shè)計(jì)的參數(shù)，從而降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度并且是濾波器的設(shè)計(jì)最優(yōu)化。MatlabB普遍的被應(yīng)用在工程計(jì)算領(lǐng)域，其信號(hào)處理工具箱提供了幾個(gè)直接計(jì)算IIR數(shù)字濾波器的函數(shù)，可以直接調(diào)用所需的函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)期望的濾波器。利用Matlab信號(hào)處理工具箱能夠方便的設(shè)計(jì)各種數(shù)字濾波器，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便。3.1 MATLAB性能介紹（1）MATLAB有豐富的工具箱（toolbox）。各個(gè)領(lǐng)域的專家學(xué)者將眾多科學(xué)領(lǐng)域中常用的算法編寫為一個(gè)個(gè)子程序，即M文件

29、，這些M文件包含在一個(gè)個(gè)工具箱中。其工具箱可以分為功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充MATLAB符號(hào)計(jì)算、圖形可視化、建模仿真等功能，學(xué)科性工具箱是按學(xué)科領(lǐng)域來(lái)分類的，如信號(hào)處理、控制、通信。系統(tǒng)辨識(shí)等工具箱。（2）有強(qiáng)大的圖形繪制和可視化功能，可以進(jìn)行視覺(jué)數(shù)據(jù)處理和分析，進(jìn)行圖形、圖像的顯示及編輯，能夠繪制二維、三維圖形，使用戶可以制作高質(zhì)量的圖形。（3）程序限制不嚴(yán)格，設(shè)計(jì)自由度大，可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。（4）有和用其他高級(jí)語(yǔ)言(如C,C+,FORTRAN,JAVA)編寫的外部程序相接口的能力，也可把MATLAB程序轉(zhuǎn)換成上

30、述高級(jí)預(yù)壓的子程序。有把外部文件及外部硬件設(shè)備讀入數(shù)據(jù)的能力。（5）可以在多種操作系統(tǒng)下運(yùn)行，如DOS、Windows95/98/2000/NT、Compaq Alpha、LinuxSun Solaris等。同時(shí)有超過(guò)500種的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、科學(xué)及工程方面的函數(shù)，使用簡(jiǎn)單快捷，并且有很強(qiáng)的用戶自定義函數(shù)的能力。（6）源程序的開(kāi)放性。開(kāi)放性也是MATLAB最受人們歡迎的特點(diǎn)之一。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過(guò)對(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。3.2 利用MATLAB實(shí)現(xiàn)濾波器的設(shè)計(jì)方法方法一：根據(jù)給定的濾波器指標(biāo)及類型，直接調(diào)用

31、對(duì)應(yīng)的濾波器函數(shù)編寫M文件實(shí)現(xiàn)。借助于模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出模擬濾波器，利用脈沖響應(yīng)不變法或雙線性變換法轉(zhuǎn)換成指定的數(shù)字濾波器類型，然后用硬件或軟件實(shí)現(xiàn)10。（1） 根據(jù)給定的數(shù)字濾波器的性能指標(biāo)，首先對(duì)設(shè)計(jì)性能指標(biāo)中的頻率指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的頻率指標(biāo)作為模擬帶通濾波器原型設(shè)計(jì)指標(biāo)；（2） 調(diào)用相應(yīng)的MATLAB函數(shù)設(shè)計(jì)模擬帶通濾波器，估計(jì)模擬濾波無(wú)最小階數(shù)和邊界頻率；（3） 由模擬帶通原型經(jīng)頻率變換獲得相應(yīng)的過(guò)渡模擬濾波器；（4） 采用雙線性變換法或脈沖響應(yīng)不變法將相應(yīng)類型的模擬濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器。方法二：利用Matlab中的信號(hào)處理工具箱，直接調(diào)用FDAtools函數(shù)，在彈出的窗

32、口中結(jié)合濾波器指標(biāo)和類型進(jìn)行設(shè)計(jì)11-12。MATLAB是一個(gè)非常強(qiáng)大的軟件，它的運(yùn)算能力非常強(qiáng)大，MATLAB工具箱中有各種各樣的函數(shù)和一些工具。FDAtool工具箱可以通過(guò)給定的濾波器參數(shù)（通帶截止頻率、通帶最大衰減、阻帶截止頻率、阻帶最小衰減及采樣頻率）來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，fdatool工具箱如圖3.1示：圖3.1 fdatool工具箱圖3-1中右下角的FS為采樣頻率，F(xiàn)pass和Fstop分別是通道上司截止頻率和阻帶截止頻率,Apass和Astop分別是通帶最大衰減和阻帶最小衰減，令FS=1000hz, Fpass=200Hz,Fstop=400Hz, Apass=1dB,Atop=30

33、dB.左下角選擇lowpass和IIR。下面依次生成巴特沃斯濾波器、切比雪夫I型濾波器、切比雪夫II型濾波器以及橢圓濾波器的股頻特性曲線，分別如圖3.2、3.3、3.4、3.5：圖3.2 巴特沃斯濾波器幅頻特性曲線圖3.3 切比雪夫I型濾波器幅頻特性曲線圖3.4 切比雪夫II型濾波器幅頻特性曲線圖3.5 橢圓濾波器幅頻特性曲線對(duì)比上圖可得，圖3.2中信號(hào)的幅度在輸入信號(hào)是220Hz時(shí)開(kāi)始衰減，在500Hz時(shí)達(dá)到最大；圖3.3中信號(hào)的幅度在輸入信號(hào)是200Hz時(shí)開(kāi)始衰減，在500Hz時(shí)達(dá)到最大；圖3.4中信號(hào)的幅度在輸入信號(hào)是260Hz時(shí)開(kāi)始衰減，在410Hz時(shí)達(dá)到最大；圖3.5中信號(hào)的幅度在輸

34、入信號(hào)200Hz時(shí)開(kāi)始衰減，在420Hz時(shí)達(dá)到最大。根據(jù)要求：通帶截止頻率200Hz和阻帶截止頻率400Hz。綜合以上分析，橢圓濾波器最符合要求。3.3 仿真結(jié)果3.3.1 切比雪夫I型濾波器巴特沃斯低通濾波器幅頻特性隨的增加而單調(diào)下降，當(dāng)N較小時(shí)，阻帶幅頻特性下降較慢，要想使其幅頻特性接近理想低通濾波器，必須增加濾波器的階數(shù)，這將導(dǎo)致模擬濾波器使用的原件增多，線路更復(fù)雜13。切比雪夫?yàn)V波器阻帶衰減特性則有所改善。切比雪夫I濾波器的幅頻特性和相頻特性圖如圖3.5。圖3.4 切比雪夫I型濾波器的幅頻特性3.3.2切比雪夫II型濾波器特點(diǎn)：誤差值在規(guī)定的頻段上等幅變化 。切比雪夫II型濾波器的幅頻

35、特性和相頻特性如圖3.5。圖3.5 切比雪夫II型濾波器的幅頻、相頻特性3.3.3橢圓濾波器特點(diǎn)：幅值響應(yīng)在通帶和阻帶內(nèi)都是等波紋的，對(duì)于給定的階數(shù)和波紋要求，橢圓濾波器能獲得較其他濾波器為窄的過(guò)渡帶寬，就此而言，橢圓濾波器是最優(yōu)的。橢圓濾波器的幅頻特性和相頻特性圖及如圖3.6。圖3.6 橢圓濾波器幅頻特性和相頻特性3.3.4三種濾波器比較調(diào)用MATLAB濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)得：當(dāng)階數(shù)相同時(shí)，對(duì)相同的通帶最大衰減和阻帶最小衰減，巴特沃斯濾波器具有單調(diào)下降的幅頻特性且過(guò)渡帶最寬；兩種類型的切比雪夫?yàn)V波器過(guò)渡帶寬相等，比巴特沃斯濾波器過(guò)渡帶窄，但比橢圓濾波器過(guò)渡帶寬；切比雪夫?yàn)V波器與巴特沃斯濾波器比較，

36、切比雪夫?yàn)V波器的通帶有波紋，過(guò)渡帶輕陡直，因此，再不允許通帶內(nèi)有波紋的情況下，巴特沃斯型更適合；從相頻響應(yīng)看，巴特沃斯型優(yōu)于切比雪夫型，前者相頻響應(yīng)更接近于直線14。四種濾波器各具特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用根據(jù)濾波器階數(shù)和相位特性具體選擇。4 IIR濾波器DSP實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing)是一門涉及許多學(xué)科又被許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的新興學(xué)科14。1960年以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)出現(xiàn)并迅速的發(fā)展起來(lái)。傳感器數(shù)字信號(hào)處理原理為利用傳感器對(duì)數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)采集并將它轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的電信號(hào)，然后用計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理達(dá)到計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制或

37、計(jì)算機(jī)輔助控制的目的。 DSP芯片是一種適合數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，用來(lái)快速、實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。用DSP 芯片實(shí)現(xiàn)IIR 數(shù)字濾波器，既具有精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，又因DSP 芯片的可編程性，可更方便修改濾波器參數(shù)來(lái)改變?yōu)V波器特性，設(shè)計(jì)十分靈活。4.1 DSP芯片定義DSP芯片（數(shù)字信號(hào)處理器），是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP芯片內(nèi)部采用哈弗結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，提供特殊的DSP指令，用來(lái)快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。4.2 DSP芯片特點(diǎn)根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP芯片主要特點(diǎn)為：（1） 在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；（2） 程序和數(shù)據(jù)空間

38、分開(kāi)，可同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)；（3） 片內(nèi)具有快速RAM,通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)；（4） 快速的中斷處理及硬件I/O支持；（5） 有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；（6） 支持流水線操作，使譯碼、執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行；DSP芯片的其他通用功能與通用微處理器相比較弱些。4.3 DSP芯片分類（一）按基礎(chǔ)特性分根據(jù)DSP芯片工作時(shí)鐘和指令類型分類。若在某時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的任何時(shí)鐘頻率上，DSP芯片可以正常工作，除計(jì)算機(jī)速度有變化外，沒(méi)有性能的下降，稱為靜態(tài)DSP芯片。如TI公司的TMS320C2XX系列芯片、日本OKI電氣公司的DSP芯片等。若有兩種或兩種以上的DSP芯片，其指

39、令集和相應(yīng)機(jī)器代碼機(jī)管腳結(jié)構(gòu)相互兼容，稱為一致性DSP芯片，如美國(guó)TI公司的TMS320C5X等。（二）按數(shù)據(jù)格式分根據(jù)DSP芯片工作數(shù)據(jù)格式分類。數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的DSP芯片稱為定點(diǎn)DSP芯片，如TI公司的TMS320C2XX/C5X、TMS320C1X/2X系列等；以浮點(diǎn)格式工作的稱為浮點(diǎn)DSP芯片，如AD公司ADSP21XX系列、TI公司TMS320C3X/C4X/C8X等。不同浮點(diǎn)DSP芯片采用的浮點(diǎn)格式不完全一樣，一些DSP芯片采用自定義浮點(diǎn)格式，一些DSP芯片采用IEEE標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式。（三）按用途分按DSP用途可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。通用型DSP芯片適合普通的D

40、SP應(yīng)用，專用型DSP芯片用于待定的DSP運(yùn)算，更適合特殊的運(yùn)算。4.4 TMS320C54芯片功能TMS320C54是繼TMS320C1X和TMS320C2X后的第三代定點(diǎn)DSP處理器。其核心中央處理器以TMS320C25的核心CPU為基礎(chǔ)提高了整體性能。TMS320C5X工作速度為TMS320C25的2倍以上，對(duì)TMS320C1X和TMS320C2X具有源代碼向上兼容特性。TMS320C5X系列有TMS320C50/C52/C53/C54等多種產(chǎn)品，它們主要區(qū)別是片內(nèi)RAM、ROM資源的多少。下面以TMS320C54為主介紹DSP芯片。4.4.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)TMS320C54x DSP采用先

41、進(jìn)的修正哈弗結(jié)構(gòu)與8總線結(jié)構(gòu)使處理器性能大大提高。其獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)總線允許同時(shí)訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，即可以在一條指令中同時(shí)執(zhí)行3次寫操作和1次讀操作。還可在數(shù)據(jù)總線與程序總線之間相互傳送數(shù)據(jù)，使其具有在單個(gè)周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、乘法累加器運(yùn)算、移位操作及訪問(wèn)程序的強(qiáng)大功能。雖然TMS320C54x系列DSP芯片產(chǎn)品很多，但其體系結(jié)構(gòu)基本相同，各個(gè)型號(hào)主要是片內(nèi)存儲(chǔ)器和片外設(shè)的配置不同。C54x硬件結(jié)構(gòu)分為3大塊：CPU包括乘法器、累加器、移位寄存器、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、地址生成器、各種專門用途的寄存器及內(nèi)部總線。存儲(chǔ)器系統(tǒng)包括片內(nèi)訪問(wèn)數(shù)據(jù)RAM、片內(nèi)程序ROM和外接存儲(chǔ)器接口

42、、雙訪問(wèn)數(shù)據(jù)RAM。片內(nèi)外專用硬件電路包括各種類型的串口、片內(nèi)的定時(shí)器、主機(jī)接口、片內(nèi)鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器及各種控制電路。此外，芯片中包含仿真功能和其IEEE標(biāo)準(zhǔn)接口可用于芯片開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)的仿真。4.4.2 總線結(jié)構(gòu)C54x DSP片內(nèi)包含8條16位的總線，即4條地址總線和4條數(shù)據(jù)/程序總線。這些總線功能如下：（1）程序總線（PB）。傳送程序存儲(chǔ)器的指令代碼和立即操作數(shù)。（2）數(shù)據(jù)總線（CB、DB和EB）。將內(nèi)部各單元（如數(shù)據(jù)地址生成電路、CPU、片外圍電路及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序地址生成電路）連接在一起。CB和DB傳送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)，EB傳送寫到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。（3）4個(gè)地址總線（PAB、CAB、DAB

43、和EAB）傳送執(zhí)行指令所需地址。C54x DSP利用兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)運(yùn)算單元（ARAU0和ARAU1）在每個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。PB將存放在程序空間的操作數(shù)傳送到加法器和乘法器以便執(zhí)行累加/乘法操作或通過(guò)數(shù)據(jù)傳送指令傳送到數(shù)據(jù)空間的地址。這種功能與雙操作數(shù)特性支持在一個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行3操作數(shù)指令。C54x DSP有一條雙向總線用于尋址片內(nèi)外設(shè)。其通過(guò)CPU接口的總線交換器連接DB和EB。利用這個(gè)總線寫/讀需要2個(gè)或2個(gè)以上周期，具體時(shí)間取決外圍電路結(jié)構(gòu)。4.4.3 CPU部分先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)（1條程序總線、3條程序總線和4條程序總線）。40位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元包括1個(gè)40位桶形移位寄存器

44、與2個(gè)獨(dú)立的40位累加器。17*17位并行乘法器和40位專用加法器連接用于非流水線式單周期累加/乘法運(yùn)算。選擇、比較、存儲(chǔ)單元用于加法比較選擇。指數(shù)編碼器：可在單個(gè)周期內(nèi)計(jì)算40位累加器數(shù)值的指數(shù)。雙地址生成器：包含8個(gè)輔助寄存器和2個(gè)輔助寄存器算術(shù)運(yùn)算單元。4.4.4存儲(chǔ)器系統(tǒng)具有64K字程序存儲(chǔ)空間、192K字可尋址存儲(chǔ)空間、64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及64K字I/O空間，可將C5402、C5410、C5416、C548和C549等程序空間擴(kuò)展至8M。片內(nèi)雙尋址RAM。將C54x的DARAM分成若干塊，每個(gè)周期CPU可對(duì)同一個(gè)DARAM塊尋址2次，即CPU在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可對(duì)同一個(gè)DARAM塊寫

45、入1次和讀寫1次。DARAM可以映射到程序空間和數(shù)據(jù)空間。一般情況DARAM總是映射到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，用于存放數(shù)據(jù)。片內(nèi)單尋址RAM。如C548、C5402、C5410和C5416等。4.4.5片內(nèi)外設(shè)（1）軟件可編程等帶狀態(tài)發(fā)生器。（2）可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路。（3）數(shù)據(jù)總線具有總線保持特性（PLL）時(shí)鐘發(fā)生器。（4）可編程的定時(shí)器。（5）外部總線關(guān)斷控制以斷開(kāi)外部的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號(hào)。（6）串口：一般TI公司的DSP都有串行口，C54x系列DSP集成在芯片內(nèi)部的串口分為4中：標(biāo)準(zhǔn)同步串口（SP）、帶緩沖的串行接口（BSP）、時(shí)分復(fù)用（TDM）串行口和多通道帶緩沖串行接口（McBS

46、P）。芯片不同串口配置也不盡相同。（7）帶有內(nèi)部振蕩器或用外部時(shí)鐘源的片內(nèi)鎖相。4.5 IIR數(shù)字濾波器在DSP中移植4.5.1 編程思想在MATLAB中仿真后，需要將其向DSP上移植，即在CCS軟件上編程匯編語(yǔ)言，把實(shí)現(xiàn)濾波的差分方程用匯編語(yǔ)言表示出來(lái)。差分方程如下： （5-1）將MATLAB中函數(shù)產(chǎn)生的系數(shù)A、B與產(chǎn)生正弦分量的定點(diǎn)化數(shù)據(jù)都在程序里輸入。4.5.2流程圖圖5.1 實(shí)現(xiàn)濾波器的流程圖4.5.3移植結(jié)果在CCS中運(yùn)行，進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如下圖所示，明顯可以看出，在我們的通頻帶2K-6K之內(nèi)，信號(hào)通過(guò)；而通頻帶之外的信號(hào)，在經(jīng)過(guò)濾波后被濾掉。 圖5.2（a） 濾波器前的疊加信號(hào)圖

47、5.2（b） 濾波后的信號(hào)4.5.4 MATLAB中的仿真結(jié)果與DSP中的結(jié)果對(duì)比圖5.3 MATLAB與CCS的結(jié)果對(duì)比通過(guò)對(duì)在MATLAB與DSP上的CCS實(shí)現(xiàn)相同的數(shù)字濾波結(jié)果對(duì)比，我們可以看出，其實(shí)現(xiàn)的濾波效果基本相同且較為標(biāo)準(zhǔn)，故說(shuō)明設(shè)計(jì)的濾波器符合設(shè)計(jì)的要求。5 結(jié)語(yǔ)DSP是現(xiàn)代的熱門技術(shù)，我們也是在這個(gè)大背景下選擇完成此次課題。相較于復(fù)雜的系統(tǒng)，本文只介紹一些最基本的DSP結(jié)構(gòu)與使用基本的思想和方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的目的。IIR濾波器是一種較為教導(dǎo)的電子設(shè)備，并且在數(shù)字電路中有廣泛的應(yīng)用，通過(guò)這次，深入了解了數(shù)字電路中兩個(gè)使用極其廣泛的器件。在未來(lái)，DSP將朝著更快，更小，更節(jié)能的方向發(fā)

48、展，但是萬(wàn)變不離其宗，一切發(fā)展都基于基本的原理與結(jié)構(gòu)，我們則是掌握了最基礎(chǔ)的理論知識(shí)與實(shí)際操作。本文以TMS320C54X的DSP為例介紹了數(shù)字信號(hào)處理器原理與結(jié)構(gòu)以及領(lǐng)略DSP的優(yōu)點(diǎn)。又基于DSP實(shí)現(xiàn)了IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。使我們對(duì)DSP的理解更為深入，也進(jìn)一步掌握DSP設(shè)計(jì)的基本思想和操作步驟流程，為今后的研究和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。致謝這次的基于DSP實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字濾波器中，主要涉及數(shù)字濾波器的算法，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我真是受益非淺。通過(guò)對(duì)所學(xué)知識(shí)回顧，充分發(fā)揮對(duì)其的理解和書面表達(dá)能力，最終完成這次課題，為今后的學(xué)習(xí)積累經(jīng)驗(yàn)。撰寫論文過(guò)程中運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際

49、訓(xùn)練。培養(yǎng)了自己運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)實(shí)訓(xùn)我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高才可以將課本知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合，理論知識(shí)服務(wù)于實(shí)際設(shè)計(jì)，從而完成課題的設(shè)計(jì)。要做好此次設(shè)計(jì)：首先，在設(shè)計(jì)程序之前對(duì)DSP、IIR數(shù)字濾波器與MATLAB有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道它們是什么，有哪些性質(zhì)、功能，工作原理等；其次,要有清晰的思路和完整的流程圖。設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題是正常的，我們應(yīng)該把每次遇到的問(wèn)題記錄，并分析清楚以免再次遇到同樣的問(wèn)題。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，但從中學(xué)到的知識(shí)使我受益終身。此次設(shè)計(jì)使我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，理解理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的意義，學(xué)會(huì)耐心、堅(jiān)持和努力，為今后的學(xué)習(xí)和工作做出好的榜樣，另外非常感謝我的

50、指導(dǎo)老師，是他讓我學(xué)會(huì)面對(duì)困難無(wú)所畏懼及一些對(duì)問(wèn)題重要的思考方法。參考文獻(xiàn)1杜曉群.基于DSP的數(shù)字濾波器（IIR）的實(shí)現(xiàn)J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2010.(8):31.2郝小江,唐宇.IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及DSP實(shí)現(xiàn)J.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2008.(21):43.3周耀輝,王蕓波，朱維新，張玉仲，武煥舟.IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)J.電力自動(dòng)化設(shè)備，2010.(30):25-27.4武衛(wèi)華.基于MATLAB的IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)J.自動(dòng)化儀表，2003（24）:2-7.5楊達(dá)亮,王巨豐.基于DSP的IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.電子技術(shù)應(yīng)用，2006.(11):81.6趙紅怡.DSP技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例M.北京：電子工業(yè)出版社，2012.40-627高西全，丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.112-1568樊景峰,吳家富.用MATLAB設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器并在DSP上的實(shí)現(xiàn)J.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010.(9):89.9吳大正.信號(hào)與線性系統(tǒng)分析M.北京：高等教育出版社，2005.240-30010龐建麗,高麗娜.基于MATLAB的IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法比較及應(yīng)用J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010.(