(完整word版)dsp带通滤波器设计

1、一、设计要求试用DSPS计FIR滤波器，分别实现带通的功能，具体要求如下： 滤波器的阶数5,截止频率自行选定，滤波系数用 MATLAB1定。编制C54XDS殴现FIR滤波器的汇编源程序。用软件仿真器完成上述程序的模拟调试。 以数据文件形式自行设定滤波器输入数据，以数据文件形式输出滤波结果，并与输入数据进行比较分析。用软件仿真器有关工具显示FIR滤波器的输入输出 波形，以证明滤波器滤波性能。二、FIR滤波器的基本原理数字滤波是将输入的信号序列，按规定的算法进行处理，从而得到所期望的 输出序列。一个线性位移不变系统的输出序列y n和输入序列x n之间的关系, 应满足常系数线性差分方程。FIR滤波器

2、的差分方程为：N 1y(n) h(m)x(n m)m 0FIR滤波器的传递函数为:hzi 0直接由差分方程得出的实现结构如图1所示：x(n) g;i/5* ?9+ . - >_Ih何'网1h(*2” ,r h(N-1：i13事事>>号y图1 横截型(直接型、卷积型)FIR滤波器的结构图由上面的公式和结构图可知，FIR滤波算法实际上时一种乘法累加运算。它 不断地从输入端读入样本值xn ,经过(z1)后做乘法累加，输出滤波结果yn 三、FIR滤波器的设计FIR滤波器的设计方法主要有窗函数法和频率采样法。其中，窗函数法是最 基本的方法。本次设计采用窗函数法。一般是先给定所要

3、求的理想滤波器频率响应Hd(ej )，由Hd(ej )导出hd(n),我们知道，理想滤波器的冲击响应hd(n)是无限长的非因果序列，而我们要设计 的是hd(n)是有限长的FIR滤波器，所以要用有限长序列hd(n)来逼近无限长序列hd(n),设：1hd(n) 2-Hd(ej )ej d(3-1)常用的方法是用有限长度的窗函数 Wn)来截取 均5)即:(3-2)h(n)(n)hd(n)这里窗函数就是矩形序列R(n),加窗以后对理想低通滤波器的频率响应将 产生什么样的影响呢？根据在时域是相乘关系，在频域则是卷积关系： j 1jj()H(ej ) Hd(ej )WJej( )d(3-3)其中，印本加小

4、为矩形窗谱，H(ej )是FIR滤波器频率响应。通过频域卷积过程看打短聆的幅度函数H()的起伏现象，可知，加窗处理 后，对理想矩形的频率响应产生以下几点影响：(1)使理想频率特性不连续点处边沿加宽，形成一个过渡带，其宽度等于窗的频 率响应的主瓣宽度。(2)在截止频率的两边的地方即过渡带的两边，出现最大的肩峰值，肩峰的两侧 形成起伏振荡，其振荡幅度取决于旁瓣的相对幅度， 而振荡的多少，则取决于旁 瓣的多少。(3)改变N,只能改变窗谱的主瓣宽度，改变 的坐标比例以及改变的绝对值大 小，但不能改变主瓣与旁瓣的相对比例(此比例由窗函数的形状决定)。对窗函数的要求：a、窗谱主瓣尽可能窄，以获取较陡的过渡

5、带；b、尽量减小窗谱的最大旁瓣的相对幅度；即能量集中于主瓣，使肩峰和波纹减 小，增大阻带的衰减。四、带通滤波器设计指标本次要设计一个FIR带通滤波器，其采样频率fs=30000Hz,通带为3000Hz5000Hz,即保留频率在3000Hz5000Hz范围内的信号成分，幅度失真小 于1dB;阻带边界频率为2000Hz和6000Hz,衰减大于40dB。同时，FIR滤波 器的阶数N=32。五、设计思路及实现步骤1.使用matlab获得输入信号数据，这里输入信号为f1=1500f2=4000f3=7000 ,采样频率为fs=30000Hz,采样点数为N=256,同时生成输入信号数据文件，matlab的

6、参考程序如下：clc;clear all ;f1=1500;f2=4000;f3=7000;fs=30000;N=256;T=1/fs;n=0:N-1;x1=0.08*sin(2*pi*f1*n*T);x2=0.08*sin(2*pi*f2*n*T);x3=0.08*sin(2*pi*f3*n*T);xn=ceil(32768*(x1+x2+x3);figure。)；plot(xn)figure(2)yff=abs(fft(xn);df=n*(fs/N);plot(df,yff);fid=fopen( 'indata.inc' , 'w');fprintf(fi

7、d, ' .word%5.0fn',xn);fclose(fid);部分输入信号数据为(共256个采样点)：.word 0.word 6097.word -431.word 1541.word -1019.word 1.word -2493.word -5507.2 .基于Matlab工具箱Signal中的fir1函数设计FIR带通滤波器，选择 Hamming 窗函数法，进而获取FIR带通滤波器的系数b,并保存为firin.inc数据文件。这 里FIR滤波器的阶数N=32。实现代码如下：w1=3000/15000*2;w2=5000/15000*2;b=fir1(32,w1,w

8、2,'bandpass' );fp=fopen( 'firin.inc' , 'wt' );fprintf(fp, ' .word%20.0fn',b*32768);fclose(fp);滤波器系数为：B0= -4,B1=-0,B2=7, B3=183,B4=-109,B5=-488,B6=328,B7=495,B8=-195,B9=260,B10=-1180,B11=-1433,B12=4086,B13=1879,B14=-7292,B15=-876,B16=8709,B17=-876,B18=-7292,B19=1879,B2

9、0=4086,B21=-1433,B22=-1180,B23=260,B24=-195,B25= 495,B26=328,B27=-488,B28=-109,B29=183,B30=7,B31=-0, B32=-4同时，通过Matlab中的滤波器设计工具fdatool ,可以得到满足设计要求的FIR 带通滤波器的幅度图如下示(相应设计参数见下图数据)：f F，t£L Design 及 Analis Tool -心 TitifdJca，File Edit Analysis Targtels View Window Hel<pDi & p 昌 # q : 口 B2 rein

10、 旧名 £ - “ 展。刃印OrdHP » 口阳 Q¥g入 urgXirtd51,国Eg.F«ht露品M凡6年TypeLOWptMHlghpAiu口 figjidpasB”k初忙心.ai-erafliirorBBS口g gr> MdraIK djfcbFM 卜一EL-yEwqJLnt 之FflFr OfWl1«> 号总二|与 Jlljel. 12 Vininnirrii nr MrpCpiunsDengfly fmgc：加Freqiwi-y gfftHie 胤 10r由5仙：Hr*Ft 3t 皿。UHqrfl NF GHfiL fi

11、rtlTF；Emer a 'wsicrt vaiuB Tar 白电的 8rBi beow.w而口iD1啡Mj注1Wtap?4£lWiiigr - it*Designing Filter DoniP3 .基于CCS2.0配置为C5400后，创建fir工程，将1、2步骤中生成的输入信号数据文件indata.inc和滤波器系数文件firin.inc 添加在fir工程所在的文件夹中，然后给工程中添加FIR数字滤波器的汇编程序fir.asm如下:.mmregs.global start.def start, _c_int00INDEX .set 1KS .set 256.copy &q

12、uot;indata.inc" .copy "firdata.inc" .dataOUTPUT .space 1024FIR_DP .usect "FIR_V ARS”, 0D_FIN .usect "FIR_V ARS", 1 D_FOUT .usect "FIR_V ARS", 1 COFFTAB .usect "FIR_COFF”, N DATABUF .usect "FIR_BFR”, N BOS .usect "STACK", 0fhTOS .usect "

13、;STACK", 1 .text .asg AR0, INDEX_P .asg AR4, DATA_P .asg AR5, COFF_P .asg AR6, INBUF_P .asg AR7, OUTBUF_P _c_int00:B startNOPNOPstart:STM #COFFTAB, COFF_PRPT #N-1MVPD #COFF_FIR, *COFF_P+ STM #INDEX, INDEX_P STM #DATABUF, DATA_PRPTZ A, #N-1STL A, *DATA_P+STM #(DATABUF+N-1), DA TA_P STM #COFFTAB,

14、 COFF_PFIR_TASK:STM #INPUT, INBUF_PSTM #OUTPUT, OUTBUF_PSTM #KS-1, BRC RPTBD LOOP-1 STM #N, BK LD *INBUF_P+, A FIR_FILTER:STL A, *DATA_P+%RPTZ A, N-1MAC *DATA_P+0%, *COFF_P+0%, ASTH A, *OUTBUF_P+ LOOP: EEND B EEND .end4 .对应以上FIR滤波器的汇编程序编写链接文件fir.cmd如下:fir.obj-m fir.map -o fir.out MEMORY PAGE 0: ROM1

15、(RIX) :ORIGIN=0080h,LENGTH=1000h PAGE 1: INTRAM1(RW) :ORIGIN=2400h,LENGTH=0200hINTRAM2(RW) :ORIGIN=2600h,LENGTH=0100h INTRAM3(RW) :ORIGIN=2700h,LENGTH=0100h INTRAM4(RW) :ORIGIN=2800h,LENGTH=0040h B2B(RW) :ORIGIN=0070h,LENGTH=10h SECTIONS .text :>ROM1 PAGE 0 .data :>INTRAM1 PAGE 1 FIR_COFF :>

16、;INTRAM2 PAGE 1 FIR_BFR :>INTRAM3 PAGE 1 FIR_VARS :>INTRAM4 PAGE 1 .stack :>B2B PAGE 1 六、实验结果及截图0x00a01 .将程序编译链接无误后加载程序，然后运行程序，然后在入口地址为 下查看输入信号波形，输入混频信号的时域和频域波形图如下：图1三种叠加信号的时域波形图2三种叠加信号的频域图2 .在入口地址为0x2400下查看输出信号波形，下面为输入混频信号经过设计的FIR器滤波后的时域（图3）和频域（图4）波形的输出图像：图3经FIR滤波器滤波后的信号时域图图4经FIR滤波器滤波后的信号频域图七、总结通过图2与图4的分析比较，可以很清楚地看出，