DSP实时滤波器

1、1、 摘要在信号处理中，滤波占有十分重要的地位。数字滤波是数字信号处理的基本方法。数字滤波与模拟滤波相比有很多优点。它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外，还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求DSP芯片实现数字滤波具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点。数字滤波器分为有限冲激响应滤波器FIR和无限冲激响应滤波器IIR，由于FIR是全零点的滤波器，因而系统总是稳定的。这对于系统综合是很重要的。本实验采用TI公司的TMS320C5409型号的DSP芯片实现具有线性相位的FIR低通数字滤波。2、 利用Matlab获取滤波器系设h(n)(n=0,1,2,N一1)为滤波器的冲激

2、响应，输入信号为x(n)，则FIR滤波器就是要实现下列差分方程：上式就是FIR滤波器的差分方程。FIR滤波器的最主要的特点是没有反馈回路，因此它是无条件稳定系统。它的单位脉冲响应h(n)是一个有限长序列。由上面的方程可见，FIR滤波箅法实际上足一种乘法累加运算，它不断地输入样本x(n)，经延时做乘法累加，再输出滤波结果y(n)。FIR滤波器的一个分支的延时线，把每一节的输出加权累加，得到滤波器的输出。结构如图1所示，它由一条均匀间隔的延迟线上对抽失信号进行加权求和构成。x(n)h(0)h(1)h(2)h(N-1)y(n) FIR滤波器的直接型结构图本实验用MATLAB的fdatool功能实现滤

3、波器设计。具体方法如下：(1) 输入fdatool，弹出滤波器设计窗口。输入设计指标，令采样频率为20000Hz，开始衰减的频率为2500Hz截止频率为4600Hz，衰减为50db，软件自动完成设计。(2)点击File>Export，选择参数，导出滤波器系数，再由导出的参数乘32768后取整数部分转换为十六进制数，即为设计的十六进制系数。设计的系数如下：0.0042058395684075245 0089H-0.0075151837349766307 -00F5H-0.035418063175322867 -0487H-0.059588974025311756 -079DH-0.0359

4、94625237031161 -0498H 0.062526635535184144 0800H 0.20563298596047033 1A51H 0.31249419559483949 27FCH 0.31249419559483949 27FCH 0.20563298596047033 1A51H 0.062526635535184144 0800H-0.035994625237031161 -0498H-0.059588974025311756 -079DH-0.035418063175322867 -0487H-0.0075151837349766307 -00F5H 0.00420

5、58395684075245 0089H得出的结果是一个16阶的FIR低通滤波器。3、 滤波器系数验证滤波器的系数验证及软件仿真选用MATLAB的sptool功能实现。Sptool是MATLAB信号处理工具箱中自带的交互式图形用户界面工具，它包含了信号处理箱中的大部分函数，可以方便快捷地自动完成对信号、滤波器及频谱的分析、设计和浏览。本实验中具体步骤如下：(1)在MATLAB命令窗口中输入以下命令，生成混频信号，信号中包含了低频500Hz和高频8000Hz。 Fs=20000; t=(1:100)/Fs; in=sin(2*pi*t*500)+sin(2*pi*t*8000);(2)在命令窗口

6、中输入sptool，进入仿真界面，在File>Import中导入输入信号in，采样频率Fs，命名sig1，在Filter下的选项中选择New新建滤波器，方法与二相同，点击Apply，生成输出信号，命名为output。、(3)在Signals的View下观察输入、输出的时域波形 输入时域波形 输出时域波形（4） 在Spectra下点击creat，选择FFT方式，Apply生成频域波形 输入信号频谱 输出信号频谱由仿真可看出，滤波器使信号中500Hz的低频分量通过，抑制了8000Hz的高频分量，实现了低通滤波，滤波器设计正确。4、 DSP实时滤波器代码合成过程程序设计的总体思路是：启动AD模

7、块对输入的模拟信号进行模数转换，每采集到一个数据就送人DSP滤波运算，运算结果送DAC转换为模拟量。不断地重复上述过程，在DAC7625的输出端就得到滤波后的模拟信号。为了精确地控制ADS7864的采样率，使用DSP内部的定时器控制采样时间间隔T，设置定时器的定时时间等于采样时间间隔T，并让它工作在中断方式，则定时器每过T时间就向CPU发出中断请求，CPU响应中断请求，转去执行中断服务程序，在中断服务程序中读取A/D转换结果，对转换结果进行滤波运算，并将运算结果送D/A转换器转换为模拟量。因此，程序分为A/D转换、定时器中断、中断服务程序、D/A转换等几个模块。5、 实时滤波器软件流程和硬件组

8、成框图及核心代码陈述中断服务程序开始读取A/D转换结果启动A/D转换进行滤波运算转换结果有效？运算结果送D/A转换器返回主程序YN主程序开始等待定时中断堆栈设置 寄存器设置启动A/D转换定时器初始化开中断 1、定时器初始化代码如下，设置中断频率prd为00C7h即十进制199，tcr为082Eh即令TDDR第四位为14,十进制为15，由中断周期计算公式公式TINT频率=算出，其中为时钟周期，DSP中的时钟频率为60MHz，由此算的采样频率Fs=20000Hz。 stm #0010h,tcr ;TSS置1,便于接下来的设置 stm #00C7h,prd ;置位prd以设置中断频率，十进制为199

9、 stm #082Eh,tcr ;tcr初始化，令TDDR的低四位为14,10进制为152、中断服务程序如下，每处理一个数据调用一次jump子程序，由a逐次-1计数。 jump: SUB #1h,arsbx xfrpt #5nopportr 07fffh,*ar2 rpt #5nopssbx xfnopportr 0ffffh,*ar5nopnopstl a,*ar5;暂存累加器A的值nop nopcall filter_startnop nopld *ar5,anopnopportw *ar2,0bfffhnopnopRete(2)滤波程序如下，由A/D转换来的数据存在寄存器ar2中，经公式

10、处理后生成滤波后的数据存放在寄存器ar3中，送到D/A转换。filter_start: LD *ar2,A nop nop nop nop SFTA A,6 nop nop nop nop stlA,*ar3 nop nop nop nop RPT #K_A-1-1 MAR *ar3-0% MPY *ar3+0%,#f15,B LD B,A MPY *ar3+0%,#f14,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f13,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f12,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f11,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f10,B A

11、DD B,A MPY *ar3+0%,#f9,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f8,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f7,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f6,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f5,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f4,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f3,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f2,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f1,B ADD B,A MPY *ar3+0%,#f0,B ADD B,A SFTA A,-4 STH A,*ar2 NOPfilter_en

12、d: RET6、 实时滤波器结果展示 低频输入输出波形 高频输入输出波形示波器通道一接A/D输入端，通道2接D/A输出端，由信号发生器在输入端输入正弦信号，改变输入频率观察实际滤波结果。实际滤波结果如下：开始衰减频率：2.2kHz截至衰减频率：3.8kHz结果显示2.2kHz之前信号几乎无衰减，3.8kHz之后信号基本衰减到0，故实际过渡带为2.2kHz3.8kHz。 用软件方法从CCS上查看滤波程序运行后的结果，方法为点击ViewGraphTime/Frequency，按图12所示填入相应参数，看频域图要把Display type选择为FFT Magnitude。输入信号和滤波后输出信号的时域图和频域图如图13所示。 观测信号波形的属性设置7、 误差分析设计的滤波器开始到截止的波段为2.5kHz4.6kHz，实际开始衰减的频率为2.2kHz偏低；实际截止频率为