基于DES5402PP的IIR濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于des5402pp的iir濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在許多實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，輸入信號(hào)既可以是語(yǔ)音信號(hào)、調(diào)制的電話信號(hào)、編碼的數(shù)字信號(hào)、壓縮后的圖像信號(hào)，也可以是各種輸出的模擬信號(hào)，這就需要dsp通過(guò)a/d和d/a轉(zhuǎn)換完成數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，從而能使dsp處理模擬信號(hào)和將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于人機(jī)交互的聲、光、電等信號(hào)。des5402pp是一個(gè)采納ti公司的tms320c5402為核心處理器的試驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，它提供的tlc320ac01能很好的完成這一功能。1 iir的matlab設(shè)計(jì)盡管iir濾波器的算法比f(wàn)ir濾波器要復(fù)雜，且不是因果穩(wěn)定的，但iir濾波器也具有多種優(yōu)越性，它可充分利用模擬濾波器的

2、設(shè)計(jì)成績(jī)，工作量相對(duì)較??；在相同的設(shè)計(jì)指標(biāo)下，可以用較低的階數(shù)獲得較好的性能；所用的存儲(chǔ)單元少，因此對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)，在相同時(shí)鐘速率和存儲(chǔ)空間下可以提供更好的帶外衰減特性。設(shè)低通iir切比雪夫?yàn)V波器的采樣點(diǎn)為256個(gè)，采樣頻率為600hz，輸入為兩個(gè)頻率分離為100hz和300hz的正弦信號(hào)的合成信號(hào)。設(shè)定截止頻率為200hz，可以預(yù)料，將保留100hz的信號(hào)，300hz的信號(hào)基本被濾掉。按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，先在matlab中求得iir濾波器的系數(shù)。主要分為三個(gè)步驟：產(chǎn)生本系統(tǒng)的測(cè)試信號(hào)；調(diào)用matlab中的濾波器函數(shù)，求出濾波器的系數(shù)；調(diào)用filter函數(shù)舉行濾波，輸出濾波后的信號(hào)。驗(yàn)證濾波器的

3、性能后，將濾波器的系數(shù)通過(guò)程序?qū)懗?inc的文件，通過(guò).include語(yǔ)句將其寫入dsp匯編程序中。2 c5402的緩沖串口（bsp）工作方式tms320c5402是ti公司生產(chǎn)的16位定點(diǎn)、速度為100、ram為1616位、rom為4k16位、可編程、低功耗和高性能的dsp。它提供的各種類型的串口都可以在全雙工方式下通信，其串口信號(hào)與許多符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行設(shè)備兼容，可以挺直銜接。當(dāng)串口復(fù)位時(shí)，可通過(guò)dsp來(lái)關(guān)閉或打開(kāi)串口工作時(shí)鐘，并允許串口運(yùn)行在低功耗模式下。緩沖串口在bsp在標(biāo)準(zhǔn)串口的基礎(chǔ)上增強(qiáng)一個(gè)自動(dòng)緩沖單元abu，是一種增加型標(biāo)準(zhǔn)串口。允許8、10、12、16、20、24或32位的數(shù)據(jù)

4、傳輸。因?yàn)閍bu是一個(gè)附加規(guī)律，它允許串口單元挺直將數(shù)據(jù)讀寫到c5402的內(nèi)部自立存儲(chǔ)器，不需要cpu參加，從而使bsp傳輸速度更快。表1給出了bsp發(fā)送和接收數(shù)據(jù)初始化的操作步驟。表1 bsp的發(fā)送和接收初始化步驟3 ac01的特點(diǎn)tlc320ac01也是ti公司生產(chǎn)的一款集成有a/d和d/a的芯片，通過(guò)串口與dsp或其他設(shè)備通信。ac01的最高采樣頻率為25khz，其數(shù)據(jù)精度為16位，采納單一5v電源供電。c5402與ac01銜接后，可以只用法一個(gè)緩沖通道串口來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和輸出，從而節(jié)約了dsp的硬件開(kāi)銷。因此，dsp與ac01的銜接用法在信號(hào)處理中得到了廣泛的應(yīng)用。試驗(yàn)系統(tǒng)des

5、5402pp用法ac01作為模擬信號(hào)接口，有兩個(gè)ac01，分離工作于“主”、“從”模式。利用“主ac01”產(chǎn)生合成的輸入信號(hào)，“從ac01”將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成濾波的數(shù)據(jù)信號(hào)并輸入到dsp芯片。其中，dsp還可以通過(guò)讀寫ac01的寄存器，控制ac01的采樣頻率、增益、低通、高通濾波器的截止頻率等參數(shù)。ac01的九個(gè)控制寄存器如表2。表2 tlc320ac01的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器功能在ac01正常工作前，必需對(duì)它舉行正確的初始化。初始化的操作主要工作是配置ac01的以上各個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。采樣頻率fs=mclk/2ab，其中，mclk為dsp的工作頻率，a，b分離為a，b寄存器的內(nèi)容。因?yàn)樵囼?yàn)設(shè)置采樣頻率為600

6、hz，因此設(shè)a，b寄存器的內(nèi)容分離為5和4。即：4 c5402和ac01的銜接方式41 c5402和ac01的硬件銜接在主/從模式下，dsp可以不通過(guò)其他器件而挺直與兩個(gè)ac01相連。其硬件銜接1所示：圖1 主/從tlc320ac01和tms320c5402的銜接42 c5402和ac01的軟件銜接先在c5402的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間寫入256個(gè)數(shù)據(jù)（即三個(gè)正弦信號(hào)混合而成的測(cè)試信號(hào)的離散表示），然后通過(guò)緩沖串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到“主ac01”，利用“主ac01”的d/a通道產(chǎn)生一個(gè)模擬信號(hào)作為iir濾波器的輸入信號(hào)。因?yàn)樵囼?yàn)中des5402pp的信號(hào)輸出通道與輸入通道相連，即“主ac01”的輸出作為“從a

7、c01”的輸入，“從ac01”的dout端口與dsp芯片的dr端相連。另外，在串口通訊中，由于數(shù)據(jù)時(shí)鐘和幀同步信號(hào)都由ac01產(chǎn)生，所以c5402將用法外部時(shí)鐘和幀同步信號(hào)。在用法串口前，需要對(duì)它舉行初始化，包括串口收發(fā)中斷設(shè)置和串口寄存器的初始化，主要代碼如下：同時(shí)，要修改中斷向量表以便正確響應(yīng)串口的接收和發(fā)送中斷哀求，其中發(fā)送中斷產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)和完成對(duì)ac01的初始化。事實(shí)上對(duì)信號(hào)濾波的實(shí)現(xiàn)，就是指從a/d讀到一個(gè)數(shù)據(jù)后調(diào)用濾波程序，然后輸出數(shù)據(jù)到d/a。5 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析試驗(yàn)程序主要包括以下幾個(gè)步驟：（1），對(duì)dsp的寄存器、緩沖串口以及定時(shí)器初始化，確保能提供ac01正確的時(shí)鐘信號(hào)。

8、完成該步驟后，檢測(cè)dsp的clkr和fsr引腳可以看到延續(xù)輸出的信號(hào)。（2），同過(guò)dsp的緩沖串口對(duì)ac01舉行初始化，正確設(shè)置ac01的采樣率控制寄存器（表2中的r1），設(shè)置其采樣頻率。完成該步驟后，檢測(cè)ac01的dout引腳可以發(fā)覺(jué)有延續(xù)輸出的信號(hào)。（3），設(shè)置dsp的中斷，從緩沖串口讀取數(shù)據(jù)。這一步可以通過(guò)ccs環(huán)境查看讀取的數(shù)據(jù)是否正確。假如正確，將采樣數(shù)據(jù)送到濾波程序中，舉行濾波處理，得到結(jié)果后，挺直送到ac01的d/a單元輸出。否則，返回步驟（1）。濾波前后的波形2和圖3所示?？梢钥吹?，比起濾波前的（a）圖，（b）圖的時(shí)域和頻域波形得到顯然充實(shí)，300hz的信號(hào)基本被濾除。（a）濾波前的信號(hào)波形 （b）濾波后的信號(hào)波形圖2 濾波前后信號(hào)的時(shí)域波形（a）濾波前的信號(hào)頻率 （b）濾波后的信號(hào)頻率圖3 濾波前后信號(hào)的頻域波形在圖2(b)中，可以看到，只剩下一種頻率的正弦信號(hào)。從頻域來(lái)看，在圖3（b）中，高頻部分已經(jīng)基本減弱，同時(shí)低頻也有少量損失，只要將濾波器的階數(shù)高一些或者截止頻率略微定低一些，便能更大程度的保留低頻信號(hào)、消退高頻信號(hào)。6 結(jié)語(yǔ)在信號(hào)與信息的過(guò)濾、檢測(cè)和預(yù)測(cè)等處理中，都要用法濾波器，數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中用法最廣泛的一種辦法。iir數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以借助模擬濾波器的設(shè)計(jì)成績(jī)或挺直采納典型的濾波器類型，削減工作量。而在信號(hào)的輸