基于DSP的数字滤波器的设计与仿真要点

1、2.1系统功能介绍一个实际的应用系统中，总存在各种干扰。数字滤波器在语音信号处理、信号 频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像信号等各种信号处理中都有 广泛的应用，数字滤波器也是使用最为广泛的信号处理算法之一。在本设计中，使用 matlab模拟产生合成信号，然后利用 ccs进行滤波 设定模拟信号的采样频率为 48000hz,。设计一个fir低通滤波器，其参数为：滤波器名称：fir低通滤波器采样频率：fs=48000hz通带截止频率：15000hz阻带截止频率：16000hz通带最大衰减：0.1db阻带最少衰减：80db滤波器系数：由matlab根据前述参数求得。2.2总体设计方案流程

2、图图1总体设计方案主要内容和步骤3.1 滤波器原理对于一个fir滤波器系统，它的冲击响应总是又限长的，其系统函数可记为： nh z= hnzn z0其中n 1是fir的滤波器的阶数，z为延时结，h(n)为端口信号函数。最基本的fir滤波器可用下式表示：n 1y n =hkxn-k k=0其中x(n-k )输入采样序列，h(k )是滤波器系数，n是滤波器的阶数y(n)表示 滤波器的输出序列，也可以用卷积来表示输出序列 y(n)与x(n)、h(n)的关系，如 下：yn=xn hn3.2 操作步骤(1)打开fdatool,根据滤波要求设置滤波器类型、通带截止频率、指定 阶数、采样频率等。指定完设计参

3、数后单击按钮design filter,生成滤波器系数。(2)把生成的滤波器系数传到目标 dsp。选择菜单targets-export to code composer studio(tm)ide,打开 export to c header file对话框，选才c c header file ,指定变量名(滤波器阶数和系数向量)，输出数据类型可选浮点型或 32 b, 16 b 整型等，根据自己安装选择目标板板号和处理器号，单击 ok,保存该头文件，需 指定文件名(filtercoeff . h)和路径(保存在c： timyprojectsfir工程中)。(3)修改ccs汇编程序，删掉数据前的所

4、有文字，在开头加上.data,第二行 加coeff .word,在每行的前面加上.word,比且把每行的最后的逗号去掉。(4)编译汇编程序，如果有错误，按错误进行修改；没错误，则往下执行。(5)加载初始化data数据。运行程序，查看输入输出波形，修改相应参数 进行调试11第4章详细设计在本实验中使用matlab模拟产生信号，观察滤波前的时域波形和频域波形。matlab仿真后，使用得到的滤波器参数，进行 dsp编程，在dsp中实现 带通滤波，并使用ccs的频谱分析功能，查看dsp的滤波效果。matlab 程序流程图如图4.1所示图4.1 matlab程序流程图ccs汇编程序流程图如图4.2所示图

5、4.2 ccs汇编程序流程图第5章实验过程5.1 汇编语言实验步骤与内容matlab辅助dsp实现fir ,其总体过程为在dsp中编写处理程序，在 matlab中利用滤波器设计、分析工具(fdatool )，根据指定的滤波器性能 快速设计一个 fir ,然后把滤波器系数以头文件形式导入ccs中，头文件中matlab 辅助dsp实现fir数字滤波器含滤波器阶数和系数数组，在 matlab 中调试、运行 dsp程序并显示、分析处理后的数据。使用该方法，便 于采用汇编语言来实现程序。头文件名不变，当matlab中设计的滤波器系数改 变时，相应头文件中系数也改变，方便了程序调试、仿真。(1)在matl

6、ab中先编写程序，查看待滤波和已滤波的信号的时域和频域 波形，如图5.1和图5.2所示。图5.1待滤波信号的时域图图5.2待滤波信号的频域图利用fda tool设计fir滤波器的参数，操作步骤如图5.3所示frequency c.khzmr sueierworttifiker orderspeerry order: ida utnimum gnek-r options/ sea* f&郡sgiiawrtndnvv:k&l9*er口 flr wkidowoesigaing filtef done| view |图5.3 fir滤波器的参数打开export,把numerator改为b,如图5.4所

7、示。图5.4 export 设置已滤波的信号的时域和频域波形，如图 5.5和图5.6所示e11+ e4iir*mr i口 l*。1 hlp-eil* hi* 1= lr. mr l u+u 则口 力hlp0 0li*k色h的国驷口口国口企id当 k色冷爬口 口x 10sj filler design fli arhalysis tool - luntitled-fda *ehe edit analysis targets view window help0 0 bi自用 国沁m泣亡|国os旧喏寺的l图僦回回mngnhucic remt 钙(db)siorfl finer.frfcr mansa

8、er图5.5已滤波信号时域波形图图5.6已滤波信号频域波形图matlab滤波器设计工具在完成fir设计后,如图5.7所示，在export as 中选择16bit符号整数输出，然后单击 ok按钮。生成fir.h c语言头文件。将系 数稍作修改，调整后拷贝到程序的系数初始化空间即可。图5.7 matlab输出数值转换图(2)在ccs中编写汇编语言程序，进行调试，实现带通滤波的功能。在ccs ide中建立lhm.pjt工程，用汇编语言编写处理主程序fir.asm。另外根据板上的 存储器配置方式，编写存储器配置文件fir.cmd文件，将matlab生成的lhm.h 和input1.dat文件拷贝到lh

9、m.pjt工程文件夹下，进行编译、链接，生成可执行文 件 lhm.out。(3)加载初始化data数据，图5.8所示。图5.8 data初始化图运行程序，查看输入输出波形，修改相应参数进行调试。5.2 实验过程中出现的错误及解决的办法(1)在matlab程序设计中，采样频率设置的过小，截止频率大于采样频 率的一半，运行的时候图形出现错误。(2) fir.m中的采样频率要和开始设置时的采样频率一致，否则结果会出现偏差(3)在ccs中未定义标号，程序运行错误。(4)在.h文件中未把coeff顶格写，编译时出现错误。(5)未将fir.h和input.dat文件考入工程文件中。(6)间接寻址过程中，程

10、序中丢失。(7) 在 view 的 graph 中单击 time/frequency 出现 graph property dialog 框，未修改抽样点数。显示的图形出现差异5.3 ccs程序运行后的各种输出结果在 view 的 graph 中单击 time/frequency 出现 graph property dialog 框。将显示类型，图形名称，起始地址，抽样点数，数据类型等分别进行设置，输出各种波形。输出滤波前的信号时域波形。首先，设置如图5.9所示，输出滤波前的信号时域波形。图 5.9 graph property dialog设置框图单击ok后生成如下图5.10波形。图5.10滤

11、波前信号波形图图5.10为滤波前的信号，波形很杂乱，从时域上很难看出信号的周期性。修改 相应设置，输出如图5.11所示滤波前信号频谱。图5.11滤波前信号频谱波形图经过滤波后，时域波形频谱波形如图5.12和5.13所示图5.12滤波后信号时域波形图图5.13滤波后信号频谱图由上述的所有截图可知，输入参数中，通带截止频率和阻带截止频 率是比较重要的两个参数，不宜过小，过小滤掉的高频成分太多，很难 还原出远波形的形状，也不宜过大，过大滤波效果欠佳。在本课程设计 中，通带截止频率选用4000hz，阻带截止频率选用4500hz,因此，显 示图形时的，时域显示的抽样点数为 1024,频域显示的带宽为0.

12、5hz。 对比滤波前后信号的时域图5.10和5.12、频谱波形图5.11和5.13可 以知道，滤波前的时域信号的波形图的波形很杂乱，很难看出信号的周 期性，滤波后周期性也相对的明显起来了；滤波前信号分布在整个频带上，滤波后阻带范围内的基本被滤掉，这些都可以从上述截图看出。附件：源程序清单用线性缓冲区实现fir滤波器程序清单:.titlefir1.asm”.mmregs.defstart.usect” cx, 8pa0.setpa1.set.datacoef:.word1*32768/10.word2*32768/10.word-4*32768/10.word3*32768/10.word-4*

13、32768/10.word2*32768/10.word1*32768/10.textstart: ssbxfrctstm#x+7,ar2stm#6,ar0ld#x+1,dpportr pa1,x+1fir1: rptz a,#6macd *ar2-,coef,asth a,*ar2portw *ar2+,pa0bdfir1portr pa1,*ar2+0.end用循环缓冲区实现fir滤波器程序清单:.titlefir2.asm”.mmregs .def start .bss y,1 xn.usect“xn”,7b0.usect“b0”,7pa0.set0pa1.set1.data table

14、: .word 1*32768/10 .word 2*32768/10 .word 3*32768/10 .word 4*32768/10 .word 5*32768/10 .word 6*32768/10 .word 7*32768/10 .text start: ssbx frctstm #b0,ar1 rpt #6 mvpd table,*ar1 + stm #xn+6,ar2 stm #b0+6,ar3 stm #7,bk stm #-1,ar0 ld #xn,dp portr pa1,xnfir2: rptz a,#6 mac *ar2+0%,*ar3+0%,a sth a,y po

15、rtw y,pa0 bd fir2portr pa1,*ar2+0% .end汇编程序清单ihm.h文件内容:.datacoeff .word -85,-64,-61,-36, 8, 62, 110, 136, 131.word 96, 42, -11, -44, -44, -11,39, 85, 106.word 88, 37, -29, -83, -101, -73, -7, 70, 124 .word 131, 82, -5, -96, -151, -144, -72, 37, 140.word 191, 162,61, -76, -191, -231, -174, -35, 132.w

16、ord 256, 278, 180, -7, -208, -337, -330, -176, 72.word 316, 445, 392, 156, -178, -475, -599, -470, -108.word 361, 745, 857, 594, -6, -748, -1336, -1456, -893.word 386, 2192, 4154, 5816, 6768, 6768, 5816, 4154, 2192.word 386, -893, -1456, -1336, -748, -6, 594, 857, 745.word 361, -108, -470, -599, -47

17、5, -178, 156, 392, 445.word 316, 72, -176, -330, -337, -208, -7, 180, 278.word 256, 132, -35, -174, -231, -191, -76, 61, 162.word 191, 140, 37, -72, -144, -151, -96, -5, 82.word 131, 124, 70, -7, -73, -101, -83, -29, 37.word 88, 106, 85, 39, -11, -44, -44, -11,42.word 96, 131, 136, 110, 62, 8, -36,

18、-61, -64.word -85fir.asm 内容:.title fir.asm .mmregs.global _c_int00;the length of input dataorder .set 154xna0d_len .set 1024.usect xn, (order-1).usect a0, (order-1)ii; get coefs from coef.hinput .usect input, d_len output .usect output, d_len .copy hm.h .text.asg ar0, fir_index.asg ar2, fir_data.asg

19、 ar3, fir_coef.asg ar5, data_in.asg ar6, data_out_c_int00:ssbx frctstm #a0,fir_coef; copy a0(coefs) tofir_coef(ar3)rpt#order-1mvpd #coeff,*fir_coef+stm#1, fir_indexstm#xn, fir_data; copy xn(data)tofir_data(ar2)rptz a,#order-1stl a, *fir_data+stm#(xn+order-1), fir_datastm#(a0+order-1), fir_coefstm#input, data_in;get datafrom inputstm#output, data_out;writedata to ou