利用DSP的FIR濾波器設計

數(shù)字處理器（DSP）有很強的數(shù)據(jù)處理能力，它在高速數(shù)字信號處理領域有廣泛的使用，例如數(shù)字濾波、音頻處理、圖像處理等。相對于模擬濾波器，數(shù)字濾波器沒有漂移，能夠處理低頻信號，頻率響成等。使用可編程的DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波可以通過修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性，下面主要說明利用TMS320VC54xDSP芯片設計實現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器。設計目的意義一個實際的使用系統(tǒng)中,總存在各種干擾，所以在系統(tǒng)設計中,濾波器的好壞將直接影響系統(tǒng)的性能。使用DSP進行數(shù)字處理，可以對一個具有噪聲和信號的混合信號源進行采樣,再經(jīng)過數(shù)字濾波,濾的基礎。技術指標1、數(shù)字濾波器的頻率參數(shù)主要有：①通帶截頻：為通帶和過渡帶的邊界點，在該點信號增益下降到規(guī)定的下限。②阻帶截頻：為阻fc作為通帶或阻帶截頻。④當電路沒有損耗時，固有頻率：就是其諧振頻率，復雜電路往往有多個固有頻率。2、增益和衰耗增益。②對帶阻濾波器，應給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。化量以dB為單位，則指增益dB值的變化量。3、阻尼系數(shù)和品質因數(shù)阻尼系數(shù)α是表征濾波器對角頻率為ω0信號的阻尼作用，是濾關的一項系數(shù)。4、靈敏度器的性能。5、群時延函數(shù)度。字濾波器通常用來實現(xiàn)選頻操作，因此在利用DSP實現(xiàn)數(shù)字濾波器設下圖所示幅頻響應和相頻響應特性曲線含義是信號通過系統(tǒng)之后的輸出信號的相位和它輸入時的信號的相只包含實數(shù)算法，不涉及復數(shù)運算；②不存在延遲失真，只有固定數(shù)器的單位脈沖響應是有限長序列，故FIR濾波器沒有不穩(wěn)定的問題,且誤差較小?；驹砝肈SP實現(xiàn)FIR濾波器的設計方法主要有窗函數(shù)法和頻率抽樣法，其中窗函數(shù)法是基本的設計方法，這里采用窗函數(shù)法設計FIR濾波器。設希望得到的濾波器理想響應為計就在于尋找一個傳遞函數(shù)

,那么FIR濾波器的設去逼進 ，設這里 就是傅立葉級數(shù)的系數(shù)。在這種逼近中，最直接的一種方法就是從單位脈沖響應

逼近理想的單位脈沖響應 。由于 是一個無限長序列，因此，最簡單的方法就是對做截尾處理，即得到一個近似的傳遞函數(shù)上式中，Q就是最終確定FIR濾波器的階數(shù)，Q越大，近似程度就越高。對 截尾，實際上就是對

乘上一個矩形窗口

,即令z= ,則其脈沖響應系數(shù)為 ， ，…， ， ，，…， ， 。為使 具有因果性，延時Q個樣值，可得：令n+Q=k，上式成為令 ,N=2Q,得式中， 是脈沖響應系數(shù)，這里…,。

,…,一般來說,FIR數(shù)字濾波器輸出的Z變換形式之間的關系如下:

的Z變換形式

和輸入實現(xiàn)結構如下圖所示： Z變換結構圖從上面的Z變換和結構圖可以很容易得出FIR濾波器的差分方程表示形式，即對上式進行反Z變換得：上式為FIR數(shù)字濾波器的時域表示方法,其中x(n)是在時間n的濾波器的輸入抽樣值，根據(jù)上式即可對濾波器進行設計。硬件設計1、DSP芯片功耗定點數(shù)字信號處理器芯片TMS320C5402。選擇該芯片主要是因為它是目前最常用的低成本DSP芯片，而且包括以下主要特點：⑴運算速度快，最快可達532MIPS；

據(jù)存儲總線和4條地址總線）；⑶CPU采用馮·

高速地完成多項算術運算；⑷片內(nèi)集成了4K×16bitROM和16K×16bit的雙存取RAM；⑸豐富的片上外圍電路（通用I/O

引腳，定時器，時鐘發(fā)生器，HPI

接口，多通道緩沖串行口McBSP）使其和外部接口方便；⑹3.3V

45mA，I/O約30mA；⑺144腳BGA封裝，使體積減少，功耗降低。2、AD和DA電路在本數(shù)字濾波器系統(tǒng)中選擇了TI公司的TLV1570芯片作為模數(shù)轉換器件，8通道10位2.7到5.5

電壓下的采樣頻率為625KSPS，輸入信號最高頻率不能超過300K。

的運算工作量，在本數(shù)字濾波器系統(tǒng)中選擇了TI公司的TLV5608芯片，它是一款8通道10位2.7到5.5V低電壓數(shù)模轉換芯片。3、電源電路根據(jù)DSP芯片工作的電壓電流需求，及芯片采用雙電源供電對加電順序的要求，考慮使用TI公司的電源轉換芯片TPS73HD318,其輸出電壓為一路3.3V、一路1.8V，每路電源的最大輸出電流為750mA，能滿足本系統(tǒng)的供電需求。而且TPS73xx具有非常低的靜態(tài)電流，能使穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定。4、時鐘電路C54xx系列的時鐘端子為X1和X2/CLKIN，采用無源晶振提供時鐘信號，由于DSP有一組端子可以用來調(diào)整其工作頻率的高低，故對晶振頻率大小的選定沒有特別的要求，這里選用10Mhz的晶振。5、復位電路為了克服DSP系統(tǒng)因時鐘頻率較高導致在運行時可能發(fā)生的干擾電路,于是采用專門的自動復位芯片MAX706。MAX706的電源為3.1V～5.0V,低電平復位輸出，復位門限為3.08V。6、未用端子處理根據(jù)使用DSP芯片的相關原則，以及芯片手冊具體決定未用端子是接上拉電阻還是懸空。硬件電路連線圖，如下所示程序設計1、設計思路⑴在DSP進行數(shù)字濾波運算前首先要進行初始化，只有正確設置了DSP的初始狀態(tài)才能保證芯片能正常運行。本系統(tǒng)主要進行以下兩方面的初始化：和時鐘模式寄存器等。②中斷矢量表初始化：根據(jù)DSP芯片對各中斷矢量的設置位置編指定的地址。⑵其次就是FIR

數(shù)字濾波的子程序設計，主要步驟如下：①查詢SPCR11寄存器的第二位，當為1時說明read

DRR11的值讀入AR3所指向的地址，該值為最新的采樣值。②將最新的采樣值減去200h，然后AR3的值減1。③執(zhí)行MAC指令。④將累加器的值送給變量Y，并將Y加上200h。⑤查詢SPCR20寄存器的第二位，當為1時說明writeready，將Y值賦給DXR10，該值為濾波器輸出值。⑥循環(huán)執(zhí)行上面步驟。2、程序流程圖依據(jù)上述程序設計思路可以得到利用DSP實現(xiàn)FIR濾波器設計的程序流程圖，如下3、程序代碼由于初始化程序部分過于龐大繁雜，這里只給出用MAC指令編程實現(xiàn)FIR低通濾波器的程序片斷：FILT_task1LD Store_SICX,ASTLM A,ar4STM #1,ar0 ；間址STM #28,bkLD DEM_Out,ASTL A,*ar4+% ；輸入信號:實部STM #Coef_Tab1,ar5 LD #0,ASTM #27,brcRPTB

SICXU-1MAC *AR4+0%,*AR5+,ASICXU LD A,-16,A ；低通濾波結果LD C7FFF,BMIN ANEG BMAX ASTL A,DEM_OutLDM AR4,ASTL A,Store_SICXRETCoef_Tab1.word 100 ；h(0).word 7 ；h(1)… ；脈沖響應系數(shù).word -248.word -71 ；h(N-1).end總結芯片組成的基本系統(tǒng)的相關電路有了比較深的認識。熟悉DSP芯片的系統(tǒng)設計和使用開發(fā)流程，并利用圖書館、網(wǎng)絡、詢問同學等方式查找資料和解決相關的難題，這是最基礎的工作