dsp带通滤波器设计

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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y加和输入序列X加之间的关系, 应满足常系数线性差分方程。FIR滤

2、波器的差分方程为：y (n) = 1 h(m) x(n - m)m=0FIR滤波器的传递函数为：H (z)= Y 丫 Z、=七-bz-i X (z )ii=0直接由差分方程得出的实现结构如图1所示:X(n)迂 H H H H H 11h(0) hCIph(驴 h(N-2) 靛 h(N-1)11H H= =如)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XBl经过(z-1 )后做乘法累加，输出滤波结果y 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

3、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H (ej)，由H (ej)导出h (n)，ddd我们知道，理想滤波器的冲击响应h (n)是无限长的非因果序列，而我们要设计d的是h (n)是有限长的FIR滤波器，所以要用有限长序列h (n)来逼近无限长序列ddh (n)，设:d1 fh (n) = J H (ej)ejd(3-1)d2兀d常用的方法是用有限长度的窗函数w (n)来截取孙(珀即：h(n)二 w (n)h (n)( 3 - 2 )d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

4、：1H 0)二Jr H 0 )W ej(-e)d6(3-3)2兀 +“ dR其中，麻(严)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丹(討鋼的幅度函数H(3 )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3的坐标比例以及改变的绝对值大 小，但不能改变主瓣与

5、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f1=1500， f2=4000，1使用matlab获得输入信号数据，这里输入信

6、号为 f3=7 000,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/N);plot(df,yf

7、f);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)：.word0.word6097.word-431.word1541.word-1019.word1.word-2493.word-55072.基于Matlab工具箱Signal中的firl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;

8、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=-O,B2=7, B3=183,B4=-109,B5=-488,B6=328,B7=495,B8=-195,B9=260,B1O=-118O,B11=-1433,B12=4O86,B13=1879,B14=-7292,B15=-876,B16=87O9,B17=-876,B18=-7292,B19=1879,B20=4086,B21=-1433,B22=-1180,B23=2

9、60,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_in

10、t00INDEX .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 FIR_VARS, 1 COFFTAB .usect FIR_COFF, N DATABUF .usect FIR_BFR, NBOS .usect STACK, 0fhTOS .usect STACK, 1.text.asg AR0, INDEX_P.asg AR4, DATA_P.asg AR5, COF

11、F_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_PSTM #DATABUF, DATA_PRPTZ A, #N-1STL A, *DATA_P+STM #(DATABUF+N-1), DATA_PSTM #COFFTAB, COFF_PFIR_TASK:STM #INPUT, INBUF_PSTM #OUTPUT, OUTBUF_PSTM #KS-1, BRCRPTBD L

12、OOP-1STM #N, BKLD *INBUF_P+, AFIR_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.outMEMORYPAGE 0: ROMl(RIX) :ORIGIN=0080h,LENGTH=1000hPAGE 1: INTRAM1(RW) :ORIGIN=2400h,LENGTH=0200hINTRAM2(RW

13、) :ORIGIN=2600h,LENGTH=0100hINTRAM3(RW) :ORIGIN=2700h,LENGTH=0100hINTRAM4(RW) :ORIGIN=2800h,LENGTH=0040hB2B(RW) :ORIGIN=0070h,LENGTH=10hSECTIONS.text :ROM1 PAGE 0.data :INTRAM1 PAGE 1FIR_COFF :INTRAM2 PAGE 1FIR_BFR :INTRAM3 PAGE 1FIR_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

14、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：63-35)TimeLin Auto Scale图3经FIR滤波器滤波后的信号时域图f输出频域波形1.8e+1.6e+-1.5&+-13&+-1.1e+4-9122729754733649-1S2+-0_J一D187537505625750093751.1 e+413&+41.5&+4(7382.81,423.889)

15、|FFT Mag|Lin |Auto Scale |Rectangular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。进而说明了该FIR滤波器满足设计要 求。通过本次带通滤波器的设计，我受益匪浅，通过自己亲自动手操作初步掌握 了 CCS的运行机制。最开始我只是照着书上的程序原搬硬套，出现了不少错误， 然后静下心仔细研究程序后，终于找出了错误的所在根源，经过反复调试，程序 终于运行无误，成功的产生了期待的结果。虽然我在本科学过DSP,但是在老师 这学期的细心、认真、不厌其烦地讲授下，让我对DSP以及汇编程序有了一个新 的认识，达到了温故知新的效果，谢谢老师！