改進型FIR數(shù)字濾波器設計

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.一種改進型型的FIIR數(shù)字字濾波器器設計 在數(shù)字字信號處處理中，濾濾波占有有極其重重要的作作用，數(shù)數(shù)字濾波波器是譜譜分析、雷雷達信號號處理、通通信信號號處理應應用中的的基本處處理算法法。目前前常用的的濾波器器設計方方法普遍遍采用MMatllab仿仿真，DDSP實實現(xiàn)。但但這一傳傳統(tǒng)設計計方法需需要的開開發(fā)周期期較長，且且設計過過程反復復進行，非非常不便便。 針對這一問問題，出出現(xiàn)了系系統(tǒng)級設設計方法法的構想想將Maatlaab算法法仿真和和DSPP的實現(xiàn)現(xiàn)融

2、合在在一起。文文中應用用Mattlabb Liink Forr CCCS DDeveeloppmennt TToolls進行行系統(tǒng)級級設計，來來完成FFIR濾濾波器的的設計。 1 FIRR數(shù)字濾濾波器設設計的基基本步驟驟 數(shù)字濾波器器根據(jù)其其沖激響響應函數(shù)數(shù)的時域域特性，可可分為22種，即即無限長長沖激響響應（IIIR）濾濾波器和和有限長長沖激響響應（FFIR）濾濾波器。FFIR系系統(tǒng)不像像IIRR系統(tǒng)那那樣易取取得較好好的通帶帶和阻帶帶衰減特特性，要要取得較較好的衰衰減特性性，一般般要求HH（z）階階次要高高，也即即M要大大。FIIR系統(tǒng)統(tǒng)有自己己突出的的優(yōu)點：系統(tǒng)總總是穩(wěn)定定的；易易實現(xiàn)線

3、線性相位位；允許許設計多多通帶（或或多阻帶帶）濾波波器，后后兩項都都是IIIR系統(tǒng)統(tǒng)不易實實現(xiàn)的。FFIR數(shù)數(shù)字濾波波器的設設計方法法有多種種，如窗窗函數(shù)設設計法、頻頻率采樣樣法和CChebbyshhev逼逼近法等等。隨著著Mattlabb軟件尤尤其是MMatllab的的信號處處理工作作箱的不不斷完善善，不僅僅數(shù)字濾濾波器的的計算機機輔助設設計有了了可能，而而且還可可以使設設計達到到最優(yōu)化化。 FIR數(shù)字字濾波器器設計的的基本步步驟如下下1： （1）確定定技術指指標 在設計一個個濾波器器之前，必必須首先先根據(jù)工工程實際際的需要要確定濾濾波器的的技術指指標。在在很多實實際應用用中，數(shù)數(shù)字濾波波器

4、常被被用來實實現(xiàn)選頻頻操作。因因此，指指標的形形式一般般在頻域域中給出出幅度和和相位響響應。幅幅度指標標主要以以2種方方式給出出。第一一種是絕絕對指標標。他提提供對幅幅度響應應函數(shù)的的要求，一一般應用用于FIIR濾波波器的設設計。第第二種指指標是相相對指標標。他以以分貝值值的形式式給出要要求。本本文中濾濾波器的的設計就就以線性性相位FFIR濾濾波器的的設計為為例。 （2）逼近近 確定了技術術指標后后，就可可以建立立一個目目標的數(shù)數(shù)字濾波波器模型型（通常常采用理理想的數(shù)數(shù)字濾波波器模型型）。之之后，利利用數(shù)字字濾波器器的設計計方法（窗窗函數(shù)法法、頻率率采樣法法等），設設計出一一個實際際濾波器器模

5、型來來逼近給給定的目目標。 （3）性能能分析和和計算機機仿真 上兩步的結結果是得得到以差差分或系系統(tǒng)函數(shù)數(shù)或沖激激響應描描述的濾濾波器。根根據(jù)這個個描述就就可以分分析其頻頻率特性性和相位位特性，以以驗證設設計結果果是否滿滿足指標標要求；或者利利用計算算機仿真真實現(xiàn)設設計的濾濾波器，再再分析濾濾波結果果來判斷斷。2 FIRR數(shù)字濾濾波器的的傳統(tǒng)設設計方法法 傳統(tǒng)的FIIR數(shù)字字濾波器器設計流流程分為為2個部部分：開開發(fā)設計計和產(chǎn)品品實現(xiàn)。在在開發(fā)設設計部分分完成方方案設計計和算法法設計與與驗證，一一般用MMatllab語語言進行行仿真，當當仿真結結果滿意意時，再再進入產(chǎn)產(chǎn)品的實實現(xiàn)階段段。在實實

6、現(xiàn)階段段，將開開發(fā)設計計的階段段的算法法用C/C或者匯匯編語言言實現(xiàn)，在在硬件的的單片機機或DSSP目標標板上實實現(xiàn)。 下面以電力力系統(tǒng)中中的用于于濾除高高次諧波波的低通通濾波器器為例，介介紹設計計線性相相位FIIR低通通數(shù)字濾濾波器的的傳統(tǒng)設設計方法法。 2.1 FFIR濾濾波器的的Mattlabb仿真2 在電力分析析實驗儀儀中，只只要求分分析200次以下下的諧波波，300次以上上的諧波波由抗混混疊濾波波器濾波波，200300次的諧諧波則由由數(shù)字濾濾波器濾濾除。所所以電力力系統(tǒng)的的低通濾濾波器的的技術指指標如下下：通帶帶截止頻頻率為11 0000Hzz，阻帶帶截止頻頻率為11 5000Hzz

7、，通帶帶波紋為為0.0001，阻阻帶波紋紋為0.0011，采樣樣頻率為為4 0000HHz，阻阻帶衰減減小于550 ddB，因因此設計計中采用用漢明窗窗比較合合適。 FIR濾波波器的設設計用MMatllab數(shù)數(shù)字信號號處理軟軟件包提提供的專專用函數(shù)數(shù)來直接接求取是是非常方方便的。 先求出濾波波器的階階數(shù)N：Ncceill（n）1，通通過相關關程序仿仿真可以以計算出出N228。 濾波器h（nn）的系系數(shù)和他他的幅頻頻特性： 調用格式為為：bfirr1（NN，wcc,fftyppe,winndoww）或bbfiir2（NN，wcc，m，wwinddow）；編制程程序并運運行，表表1為計計算所得得濾

8、波器器系數(shù)，圖圖1所示示為設計計的低通通濾波器器頻率響響應曲線線。由此此可見基基本滿足足性能指指標。hh（n）的的系數(shù)見見表1。 輸入一混疊疊信號來來測試所所設計濾濾波器的的功能：輸入信信號是頻頻率為ff14000Hzz和f221 8000Hz的的正弦交交流信號號。S1siin（44002tt）； S2siin（1180002t）； SS1S2 圖2為混疊疊信號波波形SS1S2。 圖3經(jīng)濾波波器濾波波后的波波形。由由此可見見，仿真真結果基基本令人人滿意。然然后用DDSP來來實現(xiàn)系系統(tǒng)。將上述系統(tǒng)統(tǒng)存盤，建建立一個個數(shù)據(jù)文文件fiir011.txxt，將將Mattlabb中產(chǎn)生生的fiir011

9、.txxt文件件，通過過執(zhí)行轉轉換命令令，將自自動變換換為Fiirdaata.incc濾波器器系數(shù)文文件。轉轉換命令令為（在在Mattlabb下）：！fiirdaata ficc01.txtt 2.2 FFIR數(shù)數(shù)字濾波波器的CC54實實現(xiàn) TMS3220C554166有很強強的數(shù)據(jù)據(jù)處理功功能33，帶帶數(shù)據(jù)移移位的加加法指令令MACCD在循循環(huán)執(zhí)行行時，一一但流水水線啟動動，該指指令就變變?yōu)閱沃苤芷谥噶盍??？梢砸钥焖偻晖瓿蔀V波波器的設設計和運運算。 下面討論上上述仿真真得到的的FIRR濾波器器的設計計4，程序序流程圖圖如圖44所示。 根據(jù)上述運運算和流流程圖編編制對稱稱FIRR低通濾濾波器程

10、程序，源源程序清清單略。在在CCSS50000上進進行仿真真調試運運行，利利用觀察察窗口可可以看到到如下圖圖形，并并分析輸輸入信號號和輸出出信號的的頻譜，結結果如圖圖5，圖圖6所示示。 輸入信號是是頻率為為f14000Hzz和f221 8000Hz的的正弦交交流信號號的疊加加。通過過觀察頻頻域和時時域圖，得得知：輸輸入波形形中的低低頻波形形通過了了濾波器器，而高高頻部分分則被濾濾除。濾濾波器實實現(xiàn)了目目標要求求。 這種方法盡盡管能設設計出較較好的濾濾波器。但但需要用用CCSS把目標標DSPP程序運運行的中中間結果果保存到到PC機機的硬盤盤上，然然后調到到Mattlabb工作空空間，與與Matt

11、labb算法的的中間結結果進行行比較，可可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)DSPP程序中中由于設設計或者者精度導導致的結結果偏差差。如此此過程反反復進行行，非常常不便。 下面提出了了一種改改進型的的設計方方法。 3 濾波器器設計的的改進方方法 目前提出了了一種系系統(tǒng)級設設計方法法的構想想5。系統(tǒng)統(tǒng)級設計計方法的的核心是是將算法法設計與與系統(tǒng)級級設計仿仿真在統(tǒng)統(tǒng)一的環(huán)環(huán)境中進進行，進進而將開開發(fā)流程程的兩個個部分有有效地結結合在一一起。進進行系統(tǒng)統(tǒng)級設計計需要一一個統(tǒng)一一的開發(fā)發(fā)環(huán)境，且且在該開開發(fā)環(huán)境境中可以以對系統(tǒng)統(tǒng)結構、算算法進行行描述，還還能夠對對系統(tǒng)不不同層次次、不同同組件和和不同數(shù)數(shù)據(jù)類型型進行建建模。MM

12、atllab Linnk ffor CCSS Deevellopmmentt Tooolss就是為為了完成成系統(tǒng)級級設計出出現(xiàn)的。 3.1 MMatllab Linnk ffor CCSS Deevellopmmentt Tooolss簡介 Mathwworkks公司司和TII公司聯(lián)聯(lián)合開發(fā)發(fā)的Maatlaab LLinkk foor CCCS Devveloopmeent Toools（CCCS Linnk）提提供了MMatllab 和CCCS的接接口，即即把Maatlaab和TTI CCCS及及目標DDSP連連接起來來。利用用此工具具可以像像操作MMatllab變變量一樣樣來操作作TI D

13、SPP的存儲儲器或寄寄存器，即即整個目目標DSSP對于于Mattlabb好像是是透明的的，開發(fā)發(fā)人員在在Mattlabb環(huán)境中中就可以以完成對對CCSS的操作作。Maatlaab LLinkk foor CCCS Devveloopmeent Toools可可以支持持CCSS能夠識識別的任任何目標標板，包包括TII公司的的DSPP，EVVM板和和用戶自自己開發(fā)發(fā)的目標標DSPP（C220000，C550000，C660000）板。 3.2 系系統(tǒng)級設設計探討討 CCS LLinkk向用戶戶提供的的3種接接口如圖圖7，可可以完成成系統(tǒng)級級設計。 3.3 數(shù)數(shù)字濾波波器的系系統(tǒng)級設設計方法法 利用

14、Linnk ffor CCSS IDDE接口口實現(xiàn)CCCSIIDE和和Mattlabb之間的的連接來來設計FFIR數(shù)數(shù)字濾波波器，利利用此連連接可以以在Maatlaab控制制下操作作DSPP的應用用程序，利利用Maatlaab中強強大計算算分析、可可視化工工具來分分析和對對比目標標程序運運行中的的結果，大大大縮短短調試開開發(fā)系統(tǒng)統(tǒng)的周期期。 具體設計步步驟如下下6： （1）選擇擇DSPP型號：實驗中中用TMMS3220C554166DSPP； （2）創(chuàng)建建CCSS IDDE連接接對象； （3）利用用Mattlabb把文件件加載到到CCSS IDDE中； （4）在MMatllab環(huán)環(huán)境下對對CCSS IDDE連接接對象進進行操作作； （5）關閉閉CCSS IDDE連接接對象。 從這個設計計步驟中中可以看看出，在在Mattlabb環(huán)境下下操作DDSP中中變量或或者寄存存器是很很方便的的。這樣樣就可以以在Maatlaab環(huán)境境下完成成DSPP程序的的仿真調調試。而而不用像像傳統(tǒng)的的開發(fā)要要把DSSP運行行結果調調回PCC機驗證證，方便便了開發(fā)發(fā)設計，縮縮短了開開發(fā)周期期。 用這種方法法所設計計濾波器器結果和和上面基基本相同同，只是是設