dsp带通滤波器设计

1、一、 设计要求试用DSP设计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MATLAB确定。 编制C54XDSP实现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和输入序列之间的关系，应满足常系数线性差分方程。FIR滤波器的差分方程

2、为：FIR滤波器的传递函数为：直接由差分方程得出的实现结构如图所示：图横截型(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，经过（）后做乘法累加，输出滤波结果三、 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。一般是先给定所要求的理想滤波器频率响应，由导出，我们知道，理想滤波器的冲击响应是无限长的非因果序列，而我们要设计的是是有限长的FIR滤波器，所以要用有限长序列来逼近无限长序列，设：(-1) 常用的方法是用有限长度的窗函数w(n)来截

3、取 即：(-) 这里窗函数就是矩形序列RN(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： (-)其中,为矩形窗谱, 是FIR滤波器频率响应。通过频域卷积过程看的幅度函数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

4、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)。(4)对窗函数的要求：a、窗谱主瓣尽可能窄，以获取较陡的过渡带；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f

5、1=1500，f2=4000，f3=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(1);plot(xn)figure(2)yff=abs(fft(xn);df=n*(fs/

6、N);plot(df,yff);fid=fopen('indata.inc','w');fprintf(fid,' .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

7、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,w2,'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,

8、B13=1879,B14=-7292,B15=-876,B16=8709,B17=-876,B18=-7292,B19=1879,B20=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）：3. 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

9、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 "indata.inc" .copy "firdata.inc" .dataOUTPUT .space 1024FIR_DP .usect "FIR_VARS", 0D_FIN .usect "FIR_VARS", 1D_FOUT .usect &q

10、uot;FIR_VARS", 1COFFTAB .usect "FIR_COFF", NDATABUF .usect "FIR_BFR", NBOS .usect "STACK", 0fhTOS .usect "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 start NOP NOPstart: STM #COFFTAB, COFF

11、_P RPT #N-1 MVPD #COFF_FIR, *COFF_P+ STM #INDEX, INDEX_P STM #DATABUF, DATA_P RPTZ A, #N-1 STL A, *DATA_P+ STM #(DATABUF+N-1), DATA_P STM #COFFTAB, COFF_PFIR_TASK: STM #INPUT, INBUF_P STM #OUTPUT, OUTBUF_P STM #KS-1, BRC RPTBD LOOP-1 STM #N, BK LD *INBUF_P+, AFIR_FILTER: STL A, *DATA_P+% RPTZ A, N-1

12、 MAC *DATA_P+0%, *COFF_P+0%, A STH 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.outMEMORYPAGE 0: ROM1(RIX) :ORIGIN=0080h,LENGTH=1000hPAGE 1: INTRAM1(RW) :ORIGIN=2400h,LENGTH=0200h INTRAM2(RW) :ORIGIN=2600h,LENGTH=0100h INTRAM3(RW) :ORIGIN=2700h,LENGTH=0

13、100h INTRAM4(RW) :ORIGIN=2800h,LENGTH=0040h B2B(RW) :ORIGIN=0070h,LENGTH=10hSECTIONS .text :>ROM1 PAGE 0 .data :>INTRAM1 PAGE 1 FIR_COFF :>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1. 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0x00a0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，本次设计的FIR滤波器滤可以较好的滤除噪声信号，保留目标信号