前言
一個實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，總存在各種干擾,。使用DSP進(jìn)行數(shù)字信號處理時,，可以從噪聲中提取信號，即對一個具有噪聲和信號的混合源進(jìn)行采樣,，然后經(jīng)過一個數(shù)字濾波器,，濾除噪聲，提取有用信號,；數(shù)字濾波器是DSP最基本的應(yīng)用領(lǐng)域,，也是熟悉DSP應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,，濾波器的好壞將直接影響系統(tǒng)的性能,。
數(shù)字濾波器的基本理論和設(shè)計(jì)
對于數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以表示為:
可以直接寫成表示輸出與輸入的關(guān)系,即常系數(shù)線性差分方程:以下是IIR濾波器的表達(dá)式
當(dāng)全部 
, 即系統(tǒng)函數(shù)和單位抽樣響應(yīng),，則系統(tǒng)是FIR。
其濾波結(jié)構(gòu)圖如圖一所示——橫向?yàn)V波結(jié)構(gòu)
圖一 橫向?yàn)V波器結(jié)構(gòu)圖
FIR濾波算法實(shí)際上是一種乘法累加運(yùn)算,。它不斷輸入樣本,，經(jīng)延時，作乘法累加,，再輸出濾波結(jié)果y（n）,。在這里使用FIR濾波器，它有以下幾個特點(diǎn)：
（1） 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h（n）在有限個n值處不為零,；
（2） 系統(tǒng)函數(shù)H（z）在|z|>0處收斂,，在|z|>0處只有零點(diǎn)，有限z平面只有零點(diǎn),，而全部極點(diǎn)都在z=0處,；& nbsp;
（3） 結(jié)構(gòu)主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋,。
這本次設(shè)計(jì)中FTSK輸入數(shù)據(jù)中包含頻率為800HZ,，1200HZ，1600HZ,，2021HZ,，中心頻率為1600HZ，提取該頻率的信號,。利用 Matlab設(shè)計(jì)一個帶通濾波器,。具體參數(shù)為：采樣頻率為22050HZ，通帶寬度為250HZ,，則 Fpass1=1475HZ,，F(xiàn)pass2=1725HZ，衰減1db,，過渡帶為200HZ則Fstop1=1275HZ,，F(xiàn)stop2=1925HZ，阻帶衰減為30db,。運(yùn)行Matlab獲得126階的帶通濾波器,，并提取系數(shù)。
用線性緩沖區(qū)和帶移位雙操作數(shù)尋址方法實(shí)現(xiàn)FIR濾波器
在這里介紹用線性緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn),，其特點(diǎn)是：
（1） 對于N級的FIR濾波器,，在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中開辟一個稱之為滑窗的N個單元的緩沖區(qū)，存放最新的N個輸入樣本,。
（2） 從最老的樣本開始,，每讀一個樣本后，將此樣本向下移位。讀完最后一個樣本后,，輸入最新樣本至緩沖區(qū)的頂部,。
在這里N=126，y（n）= 
在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中存放系數(shù)
,，并設(shè)置線性緩沖區(qū)存放輸入數(shù)據(jù),。
具體實(shí)現(xiàn)程序如下：
.title “simfir126.asm”
. .global _firinit ;兩個匯編程序，可作為C語言的調(diào)用,，一個是初始化濾波器
.global _asmfir ,；另一個是濾波器執(zhí)行程序
.mmregs
X .usect “data1”，127
.bss data1,，1
SIZE .set 127
.data
COEF ,；從Matlab中獲得的濾波器系數(shù)
；濾波器初始化
_firinit：
SSBX FRCT
STM #X+（SIZE-1）,，AR2
STM #（SIZE-2）,AR0
RET
,；濾波器執(zhí)行：
_asmfir：
STL A,，*AR2+0
RPTZ A,，#（SIZE-2）
MACD *AR2-，COEF,，A
STH A,，*AR2
LD *AR2+，A
NOP
NOP
RETD
NOP
NOP
.END
Simulator仿真結(jié)果分析與硬件調(diào)試
仿真在系統(tǒng)調(diào)試中起著重要作用,，TI公司也提供了軟件仿真器（Simulator）來調(diào)試程序,。其中提供的探測點(diǎn)（Probe Point）功能非常強(qiáng)大，它是一個開發(fā)算法的工具,，將計(jì)算機(jī)文件數(shù)據(jù)傳送到目標(biāo)板的buffer提供DSP軟件應(yīng)用,，同時可以將計(jì)算結(jié)果輸出到計(jì)算機(jī)文件中供分析，也可以通過CCS提供的圖形窗口觀察輸入輸出數(shù)據(jù)情況,。
在本次設(shè)計(jì)中利用CCS提供的斷點(diǎn)和探測點(diǎn),，指定FTSK數(shù)據(jù)文件的輸入點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)設(shè)定,，同時利用CCS提供的圖形窗口觀察輸入和輸出的波形與頻譜,。運(yùn)行程序，分別得到輸入波形和頻譜圖（圖二）,，輸出波形和頻譜圖（圖三）下面分別對這兩
個圖形進(jìn)行分析,。
輸入波形和頻譜圖
圖二 輸入信號的波形和頻譜圖
由圖二輸入信號的波形圖可以看出，輸入是有四個不同頻率調(diào)制的波形,。左邊第一種圖形在一個周期內(nèi)占大約1格,，而一格所占的時間為 0.00605/10=0.605ms，所以周期大約為T1=0.605*1=0.605ms，頻率為1652Hz,。最右邊的圖形一個周期內(nèi)約占0.8 格,，T2=0.605*0.8=0.484ms，頻率約為2066Hz,。中間的兩個圖形在一個周期內(nèi)分別約占2格和1.3格,，周期分別約為 T3=0.605*2=1.21ms，頻率約為826Hz,，T4=0.605*1.3=0.7865ms,，頻率約為1271Hz。這四個頻率與輸入的 800Hz,，1200Hz,，1600Hz，2021Hz基本相同,。由圖中的輸入頻譜同樣可以看出有四個頻率的輸入波形,，其頻率分別約為 2756*3/10=826.8Hz，2756*4.5/10=1240Hz,，2756*6/10=1653Hz,，2756*7.5 /10=2067Hz，與輸入的800Hz,，1200Hz,，1600Hz，2021Hz基本接近,。
< br> 輸出波形和頻譜圖
圖三 輸出信號的波形和頻譜圖
由圖三中的輸出信號波形圖可以看出濾出的波形在一個周期中約占1格,，而一格所占的時間0.00605/10=0.605ms。頻率約為1652Hz,，與要求濾出1600Hz的要求接近,。由圖三中的的頻譜圖可以看出濾出的頻譜圖的頻率約在第6格，則濾出的頻率約為2756*6/10=1659Hz,，與所要求濾出1600Hz的要求接近,。
根據(jù)以上Simulator仿真和結(jié)果分析，所設(shè)計(jì)的濾波器能夠很好的滿足濾波的要求,。Simulator仿真是在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個重要環(huán)節(jié),，有利于提高我們進(jìn)行硬件調(diào)試的成功率。
基于上面的結(jié)果,，利用TMS320C5402 DSK系統(tǒng)板進(jìn)行實(shí)驗(yàn),，在一個AD/DA轉(zhuǎn)換的主循環(huán)中加入所設(shè)計(jì)的濾波器，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器,，對示波器進(jìn)行觀察,，可以發(fā)現(xiàn)所用的濾波器能很好的滿足設(shè)計(jì)要求,。但程序的輸入與輸出數(shù)據(jù)讀寫語句要作相應(yīng)的修改。
結(jié)束語
在進(jìn)行數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)時,，還需要以下幾點(diǎn)：
（1）在用Matlab設(shè)計(jì)濾波器時采樣頻率一定要滿足奈奎斯特準(zhǔn)則,。當(dāng)采用帶通濾波器時，通帶寬度一般在200~300Hz,，衰減一般為1db,，過渡帶一般在10
0~250Hz，阻帶衰減一般在 30db,。
（2）使用探針方法輸入數(shù)據(jù)時,，一般要求輸入數(shù)據(jù)是16進(jìn)制的小數(shù)表示，但如果輸入10進(jìn)制的也可以,，但需在兩次確認(rèn)之后才可以輸入,。
（3）在圖形窗口觀察結(jié)果時，如果所觀察的圖形不明顯,，可以通過設(shè)置幅度值來改善效果,。
總之，濾波器設(shè)計(jì)是我們實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中重要的一方面,，相比傳統(tǒng)的R,，L，C元件和運(yùn)算放大器組成的塊濾波器,，更有發(fā)展的潛力,。
參考文獻(xiàn)：
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