数字滤波器设计及DSP实现报告

1、带通数字滤波器的设计及DSP实现班级: 物联网1121 我是 学号： 1132106124 我是 姓名： 我是傻子 现场答辩（20分）书面报告（80分）成绩Matlab设计（20分）DSP程序（25分）输入输出分析（20分）格式规范（15分）总分等级1.课程设计目的1.1巩固和加深对DSP原理和知识的理解；1.2培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的能力；1.3学会方案论证的比较方法，拓宽知识，初步掌握工程设计的基本方法；1.4掌握matlab、ccs的正确使用方法，学会软件的设计和调试方法；1.5能按课程设计的要求编写课程设计报告，能正确反映设计和实验成果，能用ccs进行仿真。2

2、.课程设计要求2.1 A/D采样率为100KHZ；采用窗函数设计法设计一个通带截止频率为5KHZ、15KHZ的带通滤波器，并在DSP上仿真实现、验证设计结果。2.2利用matlab进行相应滤波器设计，给出设计过程及设计结果。2.3利用上述设计所计算的滤波器系数，编写相应的DSP实现程序，2.4输入信号为1.5KHz、10KHz、20KHz的叠加信号，即x(t)=sin(3000t)+sin(20000t)+ sin(40000t)，观察其经过滤波器后的响应，记录输入、输出的时域、频域波形图，并对结果作相应分析。3. matlab设计3.1 滤波器设计原理假设FIR滤波器的系数为h(0)、h(1

3、)、h(N-1),x(n)表示滤波器在n时刻的输入，则n时刻的输出为：y(n)=h(0)x(n)+h(1)x(n-1)+h(N-1)xn-(N-1)=对应的滤波器传递函数为：横截型滤波器的结构图为：若FIR 数字滤波器的单位冲激响应序列为h(n)，它就是滤波器系数向量b(n)。传统的滤波器分析与设计均使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新运算，从而在分析与设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量特别大。这里应用MATLAB 设计FIR滤波器，根据给定的性能指标设计一个H(z)，使其逼近这一指标，进而计算并确定滤波器的系数b(n)，再将所设计滤波器的幅频响应、相频响应曲线作为输出，与设计要求进行比较，

4、对设计的滤波器进行优化。设计完成之后将得到FIR滤波器的单位冲激响应序列h(n)的各个参数值。3.2 滤波器设计思路1）先通过对滤波器重要参数的计算，算出归一化的上通带截止频率，和下通带截止频率。由于所给的上截止频率和下截止频率为5KHZ和15KHZ，所以wp1=5/100*pi=0.1pi,wp2=15/100*pi=0.3pi,即wc=0.10 0.30。2）选择合适的窗函数，确定要选用的滤波器阶数。本次设计，我用的是hamming窗函数，所以，M=6.6*pi/过渡带宽。在此，我选的阶数为37。3）根据得到的截止频率和滤波器阶数编写matlab程序，得到单位冲击响应序列各个参数值。4）根

5、据输入信号，加上幅值，编写matlab程序，得到37个n时刻的x(n)值。5）将两组数值带入dsp程序中进行仿真。程序流程图： 计算滤波器w和N Matlab编程得出冲击序列根据输入信号得出n时刻值带入dsp程序进行仿真，得波形3.3 matlab程序1） 滤波器设计程序：wc=0.10 0.30;M=37; b=fir1(M-1,wc); freqz(b);/画幅频响应图/ figure;/画单位冲击响应图/ stem(b,'.'); line(0,25,0,0);xlabel('n');ylabel('h(n)'); fid=fopen(&#

6、39;input.dat','w'); fprintf(fid,'%dn',round(b*32768);/把浮点数转化为1位符号位，0位整数位，15位小数位的定点数/ fclose(fid);2) 输入信号设计程序：n=0:1:199;T=1/100000;x=sin(3000*pi*n*T)+sin(20000*pi*n*T)+sin(40000*pi*n*T);fid=fopen('in.dat','w'); fprintf(fid,'%dn',round(x*230);fclose(fid);plo

7、t(t,x);程序分析：由于x是由三个频率不同的正弦函数叠加而成的，所以若要设置一个周期的数据，就要计算出这三个正弦函数的最小公约数。通过计算得到最小公约数，并且得到一个周期中的n正好是200个，所以把n设置成步长为1，0到199。因为步长为1，所以T等于抽样频率的倒数。3.4 matlab仿真图图（1）带通滤波器的频率响应图（2）带通滤波器单位冲击响应图（3）输入信号x=sin(3000*pi*n*T)+sin(20000*pi*n*T)+sin(40000*pi*n*T)波形图（4）输入信号x(t)=sin(3000t)+sin(20000t)+ sin(40000t)冲击响应4. DSP

8、实现4.1 设计实现步骤1)运行CCS。2）FIR滤波器的DSP软件仿真。a在CCS环境下新建fir工程和四个文件：fir.asm、fir.cmd、in.dat、out.dat。b.分别编辑四个文件并将文件fir.asm、fir.cmd、添加到fir工程中。c.编译、链接、装载程序d设置探针、断点、及文件关联。e按F12运行程序并设置图形查看窗口。4.2源程序1）asm程序 .title "fir.asm" .mmregs .def _c_int00 .bss y,1indata .usect "buffer",1outdata .usect "

9、;buffer",1xn .usect "xn",37h .usect "h",37 .datatable: .word -17,27,108,197,215,98,-98,-181,0,312 .word 293,-519,-2056,-3480,-3574,-1628,1838,5169,6541,5169 .word 1838,-1628,-3574,-3480,-2056,-519,293,312,0,-181 .word -98,98,215,197,108,27,-17 .text_c_int00: SSBX FRCT STM #x

10、n,AR1 RPT #36 ST #0,*AR1+ STM #h,AR1 RPT #36 MVPD #table,*AR1+ STM #xn+36,AR3 STM #h+36,AR4 STM #37,BK STM #-1,AR0 STM #indata,AR5 STM #outdata,AR2 ;LD #xn,DP;PORTR PA1,xn ;LD #y,DPFIR: NOP MVDD *AR5,*AR3+0% RPTZ A,#36 MAC *AR3+0%,*AR4+0%,A STH A,*AR1 MVDD *AR1,*AR2 NOP;STH A,y;PORTW y,PAO B FIR ;B

11、FIR;PORTR PA1,*AR3+0% .end2）连接文件程序fir.obj -o fir.out -m fir.map -estart MEMORY PAGE 0: EPROM: org=0100H,len=0F70H PAGE 1: SPRAM: org=1000H,len=1000H DARAM: org=2000h,len=2000H SECTIONS .text :> EPROM PAGE 0 .data :> EPROM PAGE 0 .bss :> SPRAM PAGE 1 xn : align(128)> DARAM PAGE 1 h : alig

12、n(128)> DARAM PAGE 1 buffer :>DARAM PAGE 1 4.3 输入信号in.dat内容1651 1 1025 1 10,376,397148,1,104,207,57,-196,-181,186,552,562,300,139,227,313,146,-126,-129219,565,555,274,94,163,230,46,-243,-263,71,404,383,91,-98,-36,26,-161,-452,-471-135,202,186,-98,-278,-205,-130,-304,-580,-583,-230,125,128,-137

13、,-297,-205,-111-265,-522,-506,-135,237,256,6,-141,-36,69,-76,-325,-304,71,445,465,213,63,163261,107,-152,-143,219,578,582,313,146,227,306,133,-146,-156,186,526,511,225,40104,168,-19,-311,-332,0,332,311,19,-168,-104,-40,-225,-511,-526,-186,156,146,-133,-306,-227,-146,-313,-582,-578,-219,143,152,-107,

14、-261,-163,-63,-213,-465-445,-71,304,325,76,-69,36,141,-6,-256,-237,135,506,522,265,111,205,297,137,-128,-125,230,583,580,304,130,205,278,98,-186,-202,135,471,452,161,-26,36,98-91,-383,-404,-71,263,243,-46,-230,-163,-94,-274,-555,-565,-219,129,126,-146-313,-227,-139,-300,-562,-552,-186,181,196,-57,-2

15、07,-104,-1,-148,-397,-376 5. 仿真结果图（5）数据存储区地址图：分析：有数据存储区的地址可以看出，输入数据的地址为0x1025，输出数据的地址为0x1026。图（6）图形窗口设置图：分析：对图形窗口进行设置，修改输入输出的地址。图（7）输入、输出时域波形仿真图：分析：上面是in.dat中的输入信号波形，是三个正弦波的叠加图；下面是out.dat的输出波形图，是通过带通滤波器滤波后出来的中间的一个正弦波，即：x=sin（20000*pi*t）。 图（8）输入信号频域波形图：分析：这是输入信号的频域波形图，因为输入信号是由三个不同频率的信号叠加而成的，所以，图中一个周期中有三个脉冲信号，分别表示不同频率的正弦波。最左边的是高通的波形，中间的是带通的波形，最右边的是低通的波形。图（9）输出信号频域波形图：分析：由图中可以验证，我所设计的滤波器是带通的滤波器。因为与上图相比较，我输出的波形的横坐标所在位置，正好与上图中带通的冲激波的位置相符合。6. 设计心得体会为了这次大作业设计，自己自学了数字信号处理领域中窗函数的有关知识。实际中遇到的离散时间信号总是有限长的，因此不可避免地要遇到数据截断问题。而在信号处理中，对离散序列的数据截断是通过序列与窗函数相乘