太原理工大学——DSP课设(IIR滤波器的DSP实现)

1、课程名称： DSP原理及应用 实验项目： IIR滤波器的DSP实现 实验地点： 起点机房 专业班级： 通信1002 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年 12 月 26 日IIR滤波器的DSP实现一、设计目的1、 掌握数字滤波器的设计过程；2、 了解IIR的原理和特性；3、 熟悉设计IIR数字滤波器的原理和方法；4、 学习II R滤波器的DSP实现原理；5、通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱的变化。二、设计内容用DSP汇编语言编程，实现IIR运算，对产生的合成信号，滤除信号中高频成分，观察滤波前后的波形变化。三、设计原理（1）IIR滤波器的基本结构IIR滤波器广泛应用

2、于数字信号处理中。IIR滤波器差分方程的一般表达式为: 式中x(n)为输入序列;y(n)为输出序列;和为滤波器系数.若所有系数等于0,则为FIR滤波器.IIR滤波器具有无限长的单位脉冲响应,在结构上存在反馈回路,具有递归性,即IIR滤波器的输出不仅与输入有关,而且与过去的输出有关.将上式展开得出y(n)表达式为:在零初始条件下,对上式进行z变换,得到:设N=M,则传递函数为:上式可写成:该传输函数既有极点又有零点。输出既依赖于输入又依赖于过去输出。IIR所需计算比FIR少。但是IIR具有稳定性问题。对滤波系数的量化特别敏感。上式具有N个零点和N个极点.若有极点位于单位圆外将导致系统不稳定.由于

3、FIR滤波器所有的系数均为0,不存在极点,不会造成系数的不稳定.对于IIR滤波器,系统稳定的条件如下:若|pi|<1,当n时,h(n)0,系统稳定;若|pi|>1,当n时,h(n),系统不稳定.IIR滤波器具有多种形式,主要有:直接型(也称直接I型)、标准型(也称直接II型)、变换型、级联型和并联型.二阶IIR滤波器,又称为二阶基本节,分为直接型、标准型和变换型.对于一个二阶IIR滤波器,其输出可以写成: 直接型(直接I型)根据上式可以得到直接二型IIR滤波器的结构图.如图1所示.共使用了4个延迟单元().图1 直接I型二阶IIR滤波器直接型二阶IIR滤波器还可以用图2的结构实现.

4、图2 直接I型二阶IIR滤波器此时,延时变量变成了w(n).可以证明上图的结构仍满足二阶IIR滤波器输出方程.前向通道:反馈通道:将1.2式代入1.1式可得:标准型(直接II型)从图2可以看出,左右两组延迟单元可以重叠,从而得到标准二阶IIR滤波器的结构图,如图3所示.由于这种结构所使用的延迟单元最少(只有2个),得到了广泛地应用,因此称之为标准型IIR滤波器.图3 标准型二阶IIR滤波器（2）二阶IIR滤波器的DSP实现标准型二阶IIR滤波器的实现在二阶IIR滤波器结构中,标准型结构是最常见的滤波器结构,其结构如图4所示:图4 标准型二阶IIR滤波器由结构图可以写出反馈通道和前向通道的差分方

5、程:反馈通道: 前向通道: 由以上两式对二阶IIR滤波器进行编程，其中乘法-累加运算可采用单操作数指令或双操作数指令,数据和系数可存放在DARAM中,如图5所示:图5 双操作数数据存放和系数表直接型二阶IIR滤波器的实现二阶IIR滤波器可以用直接型结构来实现.在迭代运算中,先衰减后增益,系统的动态范围和鲁棒性要好些.直接型二阶IIR滤波器的结构如图6所示:图6 直接型二阶IIR滤波器直接型二阶IIR滤波器的脉冲传递函数为:差分方程为：为了实现直接型滤波,可在DARAM中开辟4个循环缓冲区,用来存放变量和系数,并采用循环缓冲区方式寻址.这4个循环缓冲区的结构如图7所示:图7 循环缓冲区结构四、总

6、体方案设计一个N阶IIR滤波器的传递函数可以表达为 用差分方程可以表达为从这个差分方程表达式可以看出， 是由两部分相加构成：第一部分是一个对输入的N节延时链结构，每节延时抽头后加权相加，也即是一个横向结构网络。第二部分也是一个N节延时链的横向结构网络，不过它是对延时，因此是个反馈网络。从图中我们可以看到，直接型结构需要2N级延时单元。2.IIR数字滤波器设计的系统框图；数字滤波器技术指标数模指标参数变换模拟滤波器技术指标数字滤波器模拟滤波器离散化相应的模拟滤波器设计3、主要步骤 用CCS编写好实验所需的汇编程序、C程序、链接命令文件等文件，在CCS中加载，然后在VIEW 选单中 Graph 副

7、选框内的Time/Frequency 打开对话框，修改以下内容：查看输入时将Start Address改为data_in,查看输出时改为out。若要查看频谱则选为View菜单中的FFT Magnitude选项。五、源程序1、汇编语言源程序(iir.asm)：.global _iir,_init,_outdata_iirbsetfrctsub #1,t0mov t0,mmap(csr)add t0,ar0mov xar2,xdpmov ar2,cdpmov #0,ac0rptcsrmacmz *ar0-,*cdp+,ac0add t0,ar1mov xar3,xdpmov ar3,cdprptc

8、srmacmz *ar1-,*cdp+,ac0mar *ar1+mov hi(ac0),*ar1mov hi(ac0),t0bclrfrctret_initsub #1,t0mov t0,mmap(csr)mov #0,ac0rptcsrmov ac0,*ar0+rptcsrmov ac0,*ar1+ret_outdatamov t1,ac0sub #2,ac0mov ac0,mmap(csr)add ac0,ar0rptcsrdelay *ar0-mar *ar0+mov t0,*ar0ret2、链接命令文件（.cmd文件）：-stack 0x0500-sysstack 0x0500-hea

9、p 0x1000-c-u _Reset-l rts55.libMEMORY PAGE 0:RAM(RWIX): origin=0x000100, length=0x01ff00ROM(RIX): origin=0x020100, length=0x01ff00VECS(RIX): origin=0xffff00, length=0x000200PAGE 2:IOPORT(RWI):origin=0x000000, length=0x020000 SECTIONS .text >ROM PAGE 0 .data >ROM PAGE 0 .bss>RAM PAGE 0 .cons

10、t>RAM PAGE 0 .sysmem>RAM PAGE 0 .stack >RAM PAGE 0 .cio>RAM PAGE 0 .sysstack>RAM PAGE 0 .switch >RAM PAGE 0 .cinit>RAM PAGE 0 .pinit>RAM PAGE 0 .vectors >VECS PAGE 0 .ioport>IOPORT PAGE 2 3、C程序#include "math.h"#define signal_1_f 500#define signal_2_f 10000#def

11、ine signal_sample_f 25000#define pi 3.1415926#define IIRNUMBER_L 2#define bufer_L 256int N_L=IIRNUMBER_L; intdata_inbufer_L;int outbufer_L ;int xIIRNUMBER_L+1;int yIIRNUMBER_L+1;int k=0;intbufer=bufer_L;intfBnIIRNUMBER_L=0,0x634a;intfAnIIRNUMBER_L=0xe5c,0xe5c;externintiir(int *x,int *y,int *fAn,int

12、*fBn,int N_L);externintinit(int *,int *,int);externintoutdata(int *,int,int);voidinputwave();void main()intiirout;inputwave();init(x,y,N_L);while(1)x0=data_ink;iirout=iir(x,y,fAn,fBn,N_L);outdata(out,iirout,bufer);k+;if(k>=bufer_L)k=0;voidinputwave()float wt1;float wt2;inti;for(i=0;i<=bufer_L;

13、i+)wt1=2*pi*i*signal_1_f;wt1=wt1/signal_sample_f;wt2=2*pi*i*signal_2_f;wt2=wt2/signal_sample_f;data_ini=(cos(wt1)+cos(wt2)/2*32768;在CCS内编写以上程序通过加载运行等操作得到输入，输出的时域与频域波形图。六、实验结果及分析1、输入信号波形属性时域波形频域波形2、输出信号波形属性时域波形频域波形七、设计总结通过这次实验,初步了解了TMS320VC54x芯片，了解设计数字滤波器的原理与方法；掌握数字滤波器的计算机仿真方法，了解了IIR的原理和特性,学习IIR滤波器的DSP实现原理.熟悉设计IIR数字滤波器的原