太原理工大学现代科技学院——DSP课设

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1、太原理工大学现代科技学院DSP 硬件电路设计基础 课程设计设计名称：无线冲击响应IIR滤波器的设计专业班级：学 号：指导教师：太原理工大学现代科技学院课程设计任务书专业班级电子信息12-4学生姓名邵烨课程名称设计名称无限冲击响应 IIR滤波器的设 计设计周数1.5周指导教师贾海蓉、李鸿燕设计 任务 主要 设计 参数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IIR滤波器的DSP实现原理；5. 学习使用CCS的波形观察窗口观察输入/输出信号波形和频谱变化情况。设计内容设计要求1. 通过MATLAB来设计一个低通滤波器，对它进

2、行模拟仿真确定IIR滤波器 系数；2. 用DSP汇编语言及C语言进行编程，实现IIR运算，对产生的合成信号， 滤除信号中高频成分，观察滤波前后的波型变化。主要参考资料邹彦等.DSP原理及应用.北京：电子工业出版社.2007年.电气与电子信息 类本科规划教材李利等.DSP原理及应用.北京：中国水利水电出版社.2007年.21世纪高等 院校规划教材学生提交归档文件课程设计报告注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面任务书说明书图纸的顺 序进行装订上交（大张图纸不必装订）指导教师签名：2. 可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。日期： 15.01.12一、设计目的1、掌握数字滤波

3、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 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

4、 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：=： bnK(n) + 1) 4- +叩一 a-yQi - 1) - 2)aMy(n - M)在零初始条件下，对上式进行z变换,得到：(zj 二 b品仗)卜矗茁収z) + +b|fz_NX-atz1 Y(z) - azz_：3Y(z) 一 MY(z)设n=M，则传递函数为：翳h口 J- lr lr b|n|2L十a匹i 十aNz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

5、位于单位圆外将导致系统不稳定.由于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Ipilvl,当nf时,h(n)f 0,系统稳定；若Ipi卜1,当nf时,h(n)f，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：心)二Q声何十險(门-1)十厲心-E)- 1) 7訝-叮直接型(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

6、(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：贰珀二忡5 - i)i=O反馈通道:门.2)将1.2式代入1.1式可得:=工 h： I - i) - I - j) |i=4j= 1話 | wti i j)耐 |12 上D心一门工辽i =5i=0 j=lbjwn i j)工直旳-i）1=0-Y a|V(n _j)i-j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，因此称之图3标准型二阶IIR滤波

7、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:由结构图可以写出反馈通道和前向通道的差分方程:前向通道：yfn) = bnwQi) 4-h, wn -1)4 buW(n - 2)反馈通道:w(n) = x(n) +- 1 +-工)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:数据存體器(DARAM)数据存储器(DARAM)数据存储器(DARAM)COEFAR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

8、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bit + I b；!-211 -b3z_:差分方程为:- boK(H) + h, x(n - 1)4- b 圈5 币疔一 1) -H a 駅li - 2)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：数据存睛器(DARAM J数据存储器 tDARAM J数据存睛器 (DARAM)数据存储器 (DARAM )图 7 循环缓冲区结构四、总体方案设计一个N阶IIR滤波器的传递函数可以表达为迟 az-iiH (z)=iJLbz-iii=

9、1用差分方程可以表达为y(n) = a x(n i) + b y(n i)iii =0i =1从这个差分方程表达式可以看出，y (n)是由两部分相加构成:第一部分 a x(n - i)是一个对输入x(n)的“节延时链结构，每节延时抽头后加ii=0权相加，也即是一个横向结构网络。第二部分 by( i)也是一个N节延时链的横向结构网络，不过它是对y(n)ii=1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。x (n)y(n)x (n -1)x (n2)o八1 a Aj ,11LifcJ1n b ZF1Lir1LZ-1, 2 _TLTTF11* 1 11!丨丨！0y (n

10、1)by (n2)y (nN)2.IIR数字滤波器设计的系统框图;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副选框内的Time/Frequency打开对话 框，修改以下内容：查看输入时将St ar t Address改为dat a_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,a

11、r0mov xar2,xdpmov ar2,cdpmov #0,ac0rptcsrmacmz *ar0-,*cdp+,ac0add t0,ar1mov xar3,xdpmov ar3,cdprptcsrmacmz *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)ad

12、d ac0,ar0rptcsrdelay *ar0-mar *ar0+mov t0,*ar0ret2、链接命令文件(.cmd文件):-stack 0x0500-sysstack 0x0500-heap 0x1000 -c -u _Reset-l rts55.libMEMORYPAGE 0:RAM(RWIX): origin=0x000100,length=0x01ff00ROM(RIX): origin=0x020100,length=0x01ff00VECS(RIX): origin=0xffff00,PAGE 2:length=0x000200IOPORT(RWI):origin=0x00

13、0000,length=0x020000SECTIONS.text ROM PAGE 0.data ROM PAGE 0.bssRAM PAGE 0.constRAM PAGE 0.sysmemRAM PAGE 0.stack RAM PAGE 0.cioRAM PAGE 0.sysstackRAM PAGE 0.switch RAM PAGE 0.cinitRAM PAGE 0.pinitRAM PAGE 0.vectors VECS PAGE 0.ioportIOPORT PAGE 23、C程序#include math.h#define signal_1_f 500#define sig

14、nal_2_f 10000#define 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,in

15、t *y,int *fAn,int *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

16、;i=bufer_L;i+)wtl=2*pi*i*signal_l_f;wtl二wtl/signal_sample_f;wt2=2*pi*i*signal_2_f;wt2=wt2/signal_sample_f;dat a_ini = (cos(w tl)+cos(w t2)/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太原理工现代科技学院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IIR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数字滤波器的原理和方法,学习使 用CCS的波形观察窗口观察输入输出信号波形和频谱变化情况.经过这次课程设计，我不仅对以前所学的知识有了较深刻的理解，而且动手 能力、独立解决问题的能力及查找资料的能力得到了提高，学会怎么在遇到问题 是去思考解决方法，在自己无法解决是得虚心求教于同学和老师，也要感谢老师 和同学们的帮助。相信这次实验所获得的东西会在今后的学习和生活中有很大的 帮助。八、参考文献DSP原理以及应用，电子工业出版社 百度文库