基于DSP的FIR滤波器实验

1、成绩 课程设计报告 题 目 FIR滤波器的实验 课 程 名 称 数字信号处理课程设计 院 部 名 称 电子信息工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 课程设计学时 40 指 导 教 师 胡国兵 金陵科技学院教务处制 FIR滤波器的实验 一、摘要（所进行设计工作的主旨、缘起、目的，设计工作的主要内容、过程，采用的方法及取得的成果。关键字（key words）:一般35个，最能代表报告内容特征，或在报告起关键作用，最能说明问题的词组）数字信号处理（Digital Signal Processing,简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域

2、的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实是运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日

3、益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。关键字：数字滤波器、可编程、高速运行二、目录1、摘要 22、目录 33、前言 44、正文 54.1、设计理论 54.2、程序分析 114.3、设计步骤 145、问题与心得 245.1、实验问题 245.2、心得体会 256、参考文献 26三、前言（说明本次课程设计课题的意义，本课题相关技术特点，拟采用的方案或路线） 在数字信号处理中，滤波占有极其重要的地位。数字滤波是语音处理、图像处理、模式识别、频谱分析等应用中的基本处理算法。与模拟滤波相比,数字滤波具有很突出的优点,例如它 可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求,

4、可以避免模拟滤波无法克服的电压飘移、温度飘移和噪声等问题；用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点外，还具有灵活性好等特点。用可编程DSP芯片可通过修改滤波器的参数十分方便的改变滤波器的特性。 数字滤波器是DSP的基本应用，分为有限冲激响应滤波器FIR和无限冲激响应滤波器IIR。本设计选用TMS320C54x作为DSP处理芯片，在CCS软件中编程，并导入Matlab生成的待滤波数据、系数，实现FIR滤波器和IIR滤波器的设计，并将CCS仿真结果与Matlab相比较进行验证。四、正文（包含所进行设计的整体内容）1设计理论.FIR滤波器的特点FIR滤波器主要采用非递归

5、结构，因而从理论上以及实际的有限精度的运算中，都是稳定的；可以得到严格的线性相位；可采用快速傅利叶变换算法；一般没有现成设计公式，窗函数法只给出窗函数的计算公式，计算通带、阻带衰减仍无显示表达式。.FIR滤波器的DSP实现（1） 用线性缓冲区法实现z-1 数据存储器 数据存储器 数据存储器 线性缓冲区顶部 x(n) PORTR x(n+1) PORTR x(n+2) x(n-1) x(n) x(n+1) x(n-2) x(n-1) x(n) x(n-3) x(n-2) x(n-1) x(n-4) x(n-3) x(n-2) *ARx- x(n-5) *ARx- x(n-4) *ARx- x(n

6、-3) N=6的线性缓冲区存存储器图（2）用循环缓冲区法实现z-1 数据存储器 数据存储器 数据存储器 循环缓冲区顶部 x(n) ARx x(n) x(n) x(n-1) x(n-1) x(n-1) x(n-2) x(n-2) x(n-2) x(n-3) x(n-3) x(n-3) x(n-4) x(n-4) x(n-4) x(n-5) x(n-5) x(n-5) x(n-6) x(n-6) x(n+2) ARx 循环缓冲区底部 x(n-7) x(n+1) ARx x(n+1) N=8的循环缓冲区存储器图FIR滤波器的实现方法 （1）用线性缓冲区和直接寻址方法实现FIR滤波器例7-1N=5,y

7、(n)=h0x(n)+h1x(n-1)+h2x(n-2)+h3x(n-3)+h4x(n-4) 在数据存储器中存放系数h0h4，并设置线性缓冲区存放输入数据，如图所示 :数据存储器 y y(n) XN x(n) XNM1 x(n-1) XNM2 x(n-2) XNM3 x(n-3) XNM4 x(n-4) H0 h0 H1 h1 H2 h2 H3 h3 H4 h4 直接寻址线性缓冲区数据分配 FIR滤波器的输出 （2） 用线性缓冲区和间接寻址方法实现FIR滤波器例7-2N=5,y(n)=h0x(n)+h1x(n-1)+h2x(n-2)+h3x(n-3)+h4x(n-4) 在数据存储器中存放系数h

8、0h4，并设置线性缓冲区存放输入数据，如图所示，利用AR1和AR2分别作为间接寻址线性缓冲区和系数区的辅助寄存器。 数据存储器 y y(n) x x(n) x(n-1) x(n-2) x(n-3) AR1 x(n-4) h h0 h1 h2 h3 AR2 h4 间接寻址线性缓冲区数据分配 FIR滤波器的输出(3)用线性缓冲区和带移位双操作数寻址方法实现FIR滤波器 例7-3N=5,y(n)=h0x(n)+h1x(n-1)+h2x(n-2)+h3x(n-3)+h4x(n-4) 数据存储器 x 暂存y(n) 程序存储器 x(n) PARCOEF h4 x(n-1) h3 x(n-2) h2 x(n

9、-3) h1 AR1 x(n-4) h0 双操作数寻址线性缓冲区数据分配 （4）用循环缓冲区和双操作数寻址方法实现FIR滤波器例7-4N=80,，存放h0h79的系数表以及存放数据的循环缓冲区 均设在DARAM中，如图所示。数据存储器 y y(n) 60h 数据存储器 xn x(n) 80h h h0 100h x(n-1) 81h h1 101h x(n-2) h2 102h x(n-3) h3 103h x(n-4) h4 104h x(n-5) h5 105h AR3 x(n-79) cfh AR4 h79 14fh 双操作数寻址循环缓冲区数据分配（5）系数对称FIR滤波器的实现方法数据

10、存储器 New循环缓冲区 Old循环缓冲区 80h x(n) AR2 88h x(n-4) 81h x(n-3) 89h x(n-5) 82h x(n-2) 8Ah x(n-6) 83h x(n-1) 8Bh x(n-7) AR3 新旧缓冲区对比程序存储器 系数表 COEF h0 低地址 h1 h2 h3 高地址 程序存储器存系数表FIR滤波器单位脉冲响应输入方波时FIR滤波器的输出 （6）Filter函数的作用过滤一维数字滤波器。Y=filter(B,A,X)用向量A和B所描述的过滤器来过滤向量X中的数据，以创建过滤后的数据。输入X为滤波前序列，Y为滤波结果序列，B/A提供滤波器系数，B为分

11、子，A为分母。整个滤波过程是通过下面差分方程实现的：a(1)*y(n) = b(1)*x(n) + b(2)*x(n-1) + . + b(nb+1)*x(n-nb) - a(2)*y(n-1) - . - a(na+1)*y(n-na)2程序分析（对每一程序逐一分析，CMD文件也要解释）包含主程序流程图、各子程序的流程图、存储器的分配说明、关键函数或子程序、关键汇编语句的语法说明 fir.m fir.asm fir.CMD3设计步骤(详细描述，给出主要步骤的界面，如FDATOOL的界面、CCS中的整体界面、以及一些关键的窗口截图、存储器的分配图。)(1)、设计出线性相位FIR滤波器的参数如下

12、： 滤波器名称： 带通滤波器 采样频率： Fs=21KHz 通带： 2.5KHz4.5KHz 过渡带： 2.5KHz3.1KHz，3.9KHz4.5KHz 带内波动： <0.8dB 阻带衰减： -68dB以下 滤波器级数： N=75 滤波器系数 (偶对称，只需列出前一半系数)：12-43-79-485311112-177-2256321348-22-433-41934433357-34-236-9018-212-41898991138-37-1728-19625125392724-43-3147-3250173405(2)、实验步骤 打开MATLAB,点击file下的open;打开fir

13、.m文件； 点击右下角start ->Toolboxes->Filter Design HDL Coder->打开lter Design &Analysis Tool (fdatool) 根据.m文件设置参数，设置完点击Design Fitder 点击file下的export,导出滤波器系数 运行刚开始打开的.m文件，生成波形图 点击Targets->ccs->Export as->Signed 16 bit integer->Generate，生成.h文件并修改.h文件 打开Setup CCS,选择C5402Device芯片，保存后关闭 打开

14、CCS，新建Project ,并保存到自己的文件夹内，右击新建的工程，然后点击Add Files to Project;打开两个脚本文件 打开Source下的fir.asm文件，根据.m文件的参数参照修改，点击运行 点击file 下的load program,打开生成的.out 文件；点击左边的run; 点击File下的Data -> Load Data,打开之前生成的input1文件，根据fir.CMD文件，将Address设置为input ,Length设置为200，Page设置为Data 点击View下的Graph->Time/Frequency,设置波形图参数五、问题与心得

15、（对整个设计工作的总结，可以包括作者提出的建议、下一步工作的设想及改进意见等）1、实验问题（1）FIR有何特点？你做了什么？FIR滤波器主要采用非递归结构，因而从理论上以及实际的有限精度的运算中，都是稳定的；可以得到严格的线性相位；可采用快速傅利叶变换算法；一般没有现成设计公式，窗函数法只给出窗函数的计算公式，计算通带、阻带衰减仍无显示表达式。我做的带通滤波器。（3） 加了噪声特有何影响？加了噪声波形没有太大影响，就是滤出的波形中过渡带部分会出现毛刺。（3）数据如何加载进来的？通过Matlab中的fadtool中的Export to Code Composer Studio(tm)IDE导出.

16、h 文件，把.h 文件修改成能被DSP识别再把.h文件复制到在CCS中新建的文件夹中，通过fir.asm文件copy，这样数据就加载进来了。2、心得体会 经过这么长时间的课程设计，在老师的指导下，我终于如愿完成了此次课程设计的各项任务。总体而言，此次课程设计收获颇丰，且算是比较成功。虽然此前对Matlab 已经略有了解，但是运用还是不太熟练，还是要查阅资料才能完成任务。本次实验也算是对之前的所学知识的复习巩固，我们不仅对滤波器有更加新的知识还对Matlab的实际操作有了更叫充分的了解，还学会了使用CCS。但是也暴露出了自身的一些缺点，例如自己解决问题的能力有所欠缺，在处理问题时思路不够清晰，滤波器的制作中对于问题的把握不够具