FIR滤波器的DSP设计FFT的DSP实验

1、FIR滤波器的DSP设计作业要求：一、 修改代码：滤波器设计要求：线性相位低通滤波器，模拟信号通带为01kHz，阻带衰减在5kHz处为-60dB。采样率为20kHz。1. FIR滤波器设计流程为，根据给出的滤波器设计（通带带宽、阻带衰减、相位要求）要求，在matlab环境下仿真得到滤波器系数，得到了滤波器系数后在CCS下编程设计DSP的FIR滤波器。a) 使用matlab中的FDAtool设计FIR滤波器MATLAB工具箱中的FDATool是通过指定滤波器的性能指标来快速设计数字滤波器, 它是一种交互式工具，只要在FDATool 工具里选择相应的滤波器设计方法，并填入需要的技术指标，如通带阻带

2、截止频率、阶数等，即可生成所需的滤波器。并可以在界面上可以看到幅频相频、零极点分布等图形。在本设计中：选择fir低通滤波器，阶数为13，采样率为20KHz，截止频率fc=1KHz，窗口设置为Blackman窗。b) 用SPtool验证所设计的滤波器的功能在FDATool里设计了一个FIR低通滤波器后，可以用SPTool来分析所设计的滤波器是否实现了功能与FDATool一样。SPTool可以对信号进行时域与频域的分析。测试滤波器是否实现功能的主要步骤：在MATLAB 环境下产生一个混叠波信号，在MATLAB 命令窗口输入：Fs = 20000;t = (0:500)/Fs;s = sin(2*p

3、i*t*1000)+sin(2*pi*t*5000);subplot(1,1,1);plot(t, s);axis(0 0.005 -2 2);grid产生了1000Hz和5000Hz的混叠波，其波形显示图形为：c) 在FDATool 的界面里输出到SPTool，然后在将导入SPTool的滤波器命名为filter，点击“Apply”，这样，设计的滤波器就导入了SPTool中。在SPtool主界面里面，将输入信号S，采样频率Fs导入进去，并生成名为output的输出信号。通过点击该界面下的“view”可以得到输入输出波形，点击“create”可以得到输出的频谱，这三个图形如下所示：通过观察输入输

4、出的波形图及频谱图验证所设计的滤波器的功能。可以看出5000HZ 的频率分量被滤，所设计的滤波器实现了低通滤波功能。2. 使用CCS编程实现DSP的FIR滤波启动CCS软件，编写及修改程序，我们得到的仿真波形如下：a) 输入与输出波形：b) 输入波形的频谱：c) 输出波形的频谱：一、 通过代码修改、仿真，理解定点运算和浮点运算相比的优缺点。定点运算的优点是：效率高，硬件单元比较简单，适合在低成本或者一些高速的DSP上应用；缺点主要就是丢失了精度，并且计算过程容易溢出。浮点运算的优点很明显，浮点数有更大的数字表示范围，数据运算时不容易产生溢出，运算精度也比定点运算高；但是其缺点是运算复杂，硬件较

5、复杂，带有浮点运算单元的DSP明显比定点DSP价格高，增加了成本。二、 通过仿真波形的分析、理解滤波器阶数与滤波器延时以及滤波器的阻带衰减之间的关系。在利用窗函数设计的FIR滤波器中，用同一种窗函数设计的FIR数字滤波器的阶数N不同，所得到的滤波器的过渡带会不一样，N越大，过渡带越窄。滤波器的阻带衰减只有窗形状决定，不受滤波器阶数的影响；但是滤波器的阶数太高，会导致过渡带很窄，暂态增加，延时很长。三、 实验程序：#include #include #define order 14 #define N 128 #define pi 3.float firorder = 0,0.,0.27699,

6、0.97668,0.58371,0.3152,0.246,0.246,0.3152,0.58371,0.97668,0.27699,0.,0;float s;int i,n;float inputN,outputN; int fs=20000; int f1=1000; int f2=5000; void wavein() for(n=0;nN;n+ )inputn= sin(2*pi*n*f2/fs)+sin(2*pi*n*f1/fs); void main() int p=0; n=0; wavein(); for(n=0;nN;n+ ) p=0; s=0;while(porder)&(p

7、=n) s=firp*inputn-p+s; p+; outputn=s;FFT的DSP实验实验内容：一、完成所给例程对应实验，验收结果如下：A、时域信号波形为（图形入口地址：SignalInput）：B、对应谱为（图形入口地址：SignalInput）：C、FFT输出结果（图形入口地址：FFT_W）：二、修改代码为时域信号60Hz和160Hz两个信号相乘，分析其频谱，并说明理由。1. 代码被修改的部分：#define S2_Freq 160 / 信号2频率void init_fft_tab(void) /输入波形的初始化 float wt1; float wt2; int i; for (i

8、=0;iSample_Numb;i+) wt1=2*pi*i*S1_Freq; wt1=wt1/SampleFreq; wt2=2*pi*i*S2_Freq; wt2=wt2/SampleFreq;/此处实现60Hz和160Hz两个信号相乘。 SignalInputi=cos(wt1)*cos(wt2)*100; /SignalInputi=(cos(wt1)+cos(wt2)/2*100; 由时域相乘频域卷积可以知道60Hz和160Hz的余弦信号相乘将得到有100Hz和220Hz频率分量的信号。2. CCS仿真图形如下：A、时域信号波形为（图形入口地址：SignalInput）：B、对应谱为

9、（图形入口地址：SignalInput）：由频谱图可以看出，60Hz和160Hz相乘产生的信号的频率分量有100Hz和220Hz。C、FFT输出结果（图形入口地址：FFT_W）：三、修改实验代码为1024点FFT，进行程序的编译、运行和对应结果的查看。1、代码被修改的部分（时域信号为60Hz和180Hz的两个波形相加）：#define Sample_Numb 1024/设置FFT点数为1024点void fft(float datarSample_Numb,float dataiSample_Numb) int x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,xx; int i,j

10、,k,b,p,L; float TR,TI,temp;/倒位序；由1024点可以得到顺序数可以由10位数表示，这里取0-9； for(i=0;iSample_Numb;i+) x0=x1=x2=x3=x4=x5=x6=x7=x8=0; x0=i&0x01;x1=(i/2)&0x01;x2=(i/4)&0x01;x3=(i/8)&0x01; x4=(i/16)&0x01;x5=(i/32)&0x01;x6=(i/64)&0x01;x7=(i/128)&0x01;x8=(i/256)&0x01;x9=(i/512)&0x01; xx=x0*512+x1*256+x2*128+x3*64+x4*32

11、+x5*16+x6*8+x7*4+x8*2+x9; dataixx=datari; for(i=0;iSample_Numb;i+) datari=dataii;dataii=0; /10级蝶形运算 for(L=1;L0) b=b*2;i-; for(j=0;j0) p=p*2;i-; p=p*j; for(k=j;k1024;k=k+2*b) TR=datark;TI=dataik;temp=datark+b; datark=datark+datark+b*cos_tabp+dataik+b*sin_tabp; dataik=dataik-datark+b*sin_tabp+dataik+b*cos_tabp; datark+b=TR-datark+b*cos_tabp-dataik+b*sin_tabp; dataik+b=TI+temp*sin_tabp-dataik+b*cos_tabp; /计算FFT输出的功率for(i=0;iSample_Numb/2;i+) FFT_Wi=sqrt(datari*datari+dataii*dataii);A、时域信号波形为（图形入口地址：SignalInput）：B、对