基于DSP芯片的数字滤波器设计毕业论文.doc
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1、 基于DSP芯片的数字滤波器设计摘 要 数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一,几乎出现在所有的数字信号处理系统中。当前我们正处于数字化时代,数字信号处理技术受到了人们的广泛关注,其理论及算法随着计算机技术和微电子技术的发展得到了飞速的发展,被广泛应用于语音图象处理、数字通信、谱分析、模式识别、自动控制等领域。数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一,几乎出现在所有的数字信号处理系统中。数字滤波器是指完成信号滤波处理的功能,用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统,其输入是一组(由模拟信号取样和量化的)数字量,其输出是经过变换的另一组数字量。相对于模拟滤波器,数字滤波器没有漂移
2、,能够处理低频信号,频率响应特性可做成非常接近于理想的特性,且精度可以达到很高,容易集成等,这些优势决定了数字滤波器的应用越来越广泛。 本论文的主要研究了FIR数字滤波器的基本理论,基于TI公司的数字信号处理器TMS320VC5402设计了一款稳定度高,低功耗的数字滤波器系统。研究了FIR数字滤波器的基本理论,以及数字滤波器的实现方法。通过学习FIR滤波器的结构、数字滤波器的设计理论,掌握了FIR数字滤波器的原理和特性。为实现数字滤波器奠定了理论基础。研究了TMS320VC5402器件的结构和特性,根据该数字信号处理器的独特的特点,设计合适的系统架构,并系统全面的设计数字滤波器的各个模块电路,
3、合理的处理模数转换和数模转换芯片与DSP的连接。为实现数字滤波器系统提供一个稳定的硬件平台。 根据TI公司5000系列数字信号处理器的基本结构和特征,充分利用其片上资源,用通用的可编程DSP芯片实现本次基于DSP的数字滤波器设计。关键词:DSP;数字滤波器;FIRDesign of Digital Filter Based on DSPAbstract Digital filter is one of the most important part of digital signal processing, almost appeared in all digital signal proce
4、ssing system.Currently we are in a digital age, digital signal processing technology has received wide attention, its theory and algorithm with the development of computer technology and microelectronic technology has been rapid development, the voice is widely used in image processing, digital comm
5、unications, spectrum analysis, pattern recognition, automatic control, etc.Digital filter is one of the most important part of digital signal processing, almost appeared in all digital signal processing system.Digital filter is to point to complete the function of the signal filtering processing, wi
6、th limited accuracy algorithm of discrete time linear time-invariant system, its input is a set of (by the analog signal sampling and quantization) digital quantity, its output is a transformation of another set of Numbers.Compared with analog filters, digital filter without drift, able to handle lo
7、w frequency signal, the frequency response can be made very close to the ideal characteristics, and can reach high precision, easy integration and so on, these advantages determine the application of digital filter is more and more widely. This paper mainly studies the basic theory of FIR digital fi
8、lter, based on TI companys digital signal processor TMS320VC5402 designed a high degree of stability, low power consumption digital filter system.Research the basic theory of FIR digital filter, as well as the realization of the digital filter method.By studying the structure of FIR filter, digital
9、filter design theory, master the principle and characteristics of FIR digital filter.Laid the theoretical basis for the realization of the digital filter.Study the structure and properties of TMS320VC5402 device, according to the unique characteristics of digital signal processor, design a suitable
10、system architecture, and the design of the system modules of digital filter circuit, a reasonable processing analog-to-digital conversion and digital to analog conversion chip connected with DSP.In order to realize digital filter system provides a stable hardware platform. Based on TI companys basic
11、 structure and features of the 5000 series digital signal processor, make full use of the on-chip resources, general programmable DSP chip is used to implement the digital filter design based on DSP.Keywords:DSP;Digital Filter;FIRI 目 录引 言- 1 -第1章 绪论- 2 -1.1 数字滤波器的优越性- 2 -1.2 国内外研究现状和发展趋势- 3 -1.3 数字滤
12、波器的实现方法- 3 -1.4 主要研究内容- 4 -第2章 FIR数字滤波器的理论研究- 5 -2.1 FIR滤波器简介- 5 -2.2 FIR滤波器的结构- 5 -第3章 FIR滤波器设计方法- 7 -3.1 利用窗函数法设计FIR滤波器- 7 -3.2 几种常用的窗函数- 8 -3.3 用频率抽样法设计FIR滤波器- 9 -3.4 数字滤波器的软件辅助设计- 10 -第4章 数字滤波器硬件电路设计- 12 -4.1基于DSP的数字滤波器总体硬件设计方案- 12 -4.2 TMS320VC5402内部硬件结构- 13 -4.3 复位电路设计- 13 -4.4 时钟电路设计- 14 -4.5
13、电源设计- 15 -4.6 JTAG接口设计- 16 -4.7 A/D转换器件与DSP连接设计- 17 - 4.7.1 A/D转换接口电路设计- 17 - 4.7.2 McBSP接口设计- 18 - 4.8 硬件平台的调试与结果- 18 -结论与展望- 19 -1 本文的主要工作- 19 -2 前景展望与未来的工作- 19 -致谢- 20 -参考文献- 21 -附录A:英语引文及翻译- 22 -附录B:参考文献及摘要- 26 -V插图清单图2-1 FIR滤波器直接型结构 5图2-2 FIR 滤波器转置结构图 6图2-3 FIR滤波器的级联型结构 6图4-1 数字滤波器系统方案框图12图4-2
14、数字滤波器系统复位电路原理图14图4-3 DSP时钟电路原理图15图4-4 JTAG仿真接口定义16表格清单 表3-1 几种常用窗函数对比8引 言 当前我们正处于数字化时代,数字信号处理技术受到了人们的广泛关注,其理论及算法随着计算机技术和微电子技术的发展得到了飞速的发展,被广泛应用于语音图象处理、数字通信、谱分析、模式识别、自动控制等领域。数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一,几乎出现在所有的数字信号处理系统中。数字滤波器是指完成信号滤波处理的功能,用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统,其输入是一组(由模拟信号取样和量化的)数字量,其输出是经过变换的另一组数字量。同时DSP(
15、数字信号处理器)的出现和迅速发展也促进了数字滤波器的发展,并为数字滤波器的硬件实现提供了更多的选择。数字信号处理由于运算速度快,具有可编程特性和接口灵活的特点,使得它在许多电子产品的研制、开发和应用中,发挥着重要的作用。采用DSP芯片来实现数字信号处理系统是当前发展的趋势。用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响外,还具有灵活性好的特点 本论文的主要研究了数字滤波器的基本理论,基于TI公司的数字信号处理器TMS320VC5402设计了一款稳定度高,低功耗的FIR数字滤波器系统。第1章 绪论 本章主要介绍数字滤波器的优越性,国内外研究现状和发展趋势,数字滤波器的实现方法,
16、主要研究内容等。1.1 数字滤波器的优越性 21世纪是数字化的时代,随着越来越多的电子产品将数字信号处理(PSP)作为技术核心,DSP已经成为推动数字化进程的动力。作为数字化最重要的技术之一,DSP无论在其应用的深度还是广度,正在以汀所未有的速度向前发展。 数字信号处理器,也称DSP芯片,是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器,它是现代电子技术、计算机技术和数字信号处理技术相结合的产物。 随着信息处理技术的飞速发展,计算机技术和数字信号处理技术数字信号处理技术逐渐发展成为它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用。数字信号处
17、理由于运算速度快,具有可编程特性和接口灵活的特点,使得它在许多电子产品的研制、开发和应用中,发挥着重要的作用。采用DSP芯片来实现数字信号处理系统是当前发展的趋势。 近年来,DSP技术在我国也得到了迅速的发展,不论是在科学技术研究,还是在产品的开发等方面,在数字信号处理中,其应用越来越广泛,并取得了丰硕的成果。数字滤波占有极其重要的地位。 数字滤波器容易实现不同的幅度和相位频率特性指标,克服了与模拟滤波器器件性能相关的电压漂移、温度漂移和噪声问题。用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响外,还具有灵活性好的特点。用可编程DSP芯片实现数字滤波可通过修改滤波器的参数十分方
18、便的改变滤波器的特性。 几乎每一科学和工程领域例如声学、物理学、通信、数据通信、控制系统和雷达等都涉及信号。在许多应用中都希望根据期望的指标把一个信号的频谱加以修改、整形或运算。这些过程都可能包含衰减一个频率范围,阻止或隔离一些频率成分,用数字滤波器来实现这些功能是方便、有效、可行的3。数字滤波器又分为无限冲激响应滤波器(IIR)和有限冲激响应滤波器(FIR)。FIR滤波器具有不含反馈环路、结构简单以及可以实现的严格线性相位等优点,因而在对相位要求比较严格的条件下,采用FIR数字滤波器。 由于DSP控制器具有许多独特的结构,例如采用多组总线结构实现并行处理,独立的累加器和乘法器以及丰富的寻址方
19、式,采用DSP控制器就可以提高数字信号处理运算的能力,可以对数字信号做到实时处理。用可编程DSP芯片实现数字滤波的又一优势是:通过修改滤波器的参数十分方便的改变滤波器的特性。有限长单位冲激响应(FIR)数字滤波器,与传统的通过硬件电路实现的模拟滤波器相比有以下优点3:(l)简化了硬件电路的设计,提高了硬件电路的集成度和可靠性。(2)对干扰信号的抑制能力有了明显提高,这对系统的控制精度和稳定性的提高起到了促进作用。(3)数字滤波器的参数调节比起模拟滤波器来更加方便、灵活。(4)数字滤波器可以实现数据的并行处理,提高了系统运行速度。 1.2 国内外研究现状和发展趋势 自20世纪70年代末80年代初
20、DSP芯片诞生以来DSP芯片得到了飞速的发展。最成功的DSP芯片当数美国德州仪器公司(Texas Instruments,简称TI)的一系列产品,其DSP市场份额占全世界份额近的50%。目前DSP芯片的价格越来越低,性能价格比日益提高,具有巨大的应用潜力。经过20年的发展,DSP器件在高速度,可编程,小型化,低功耗等方面都有了长足的发展,单片DSP芯片最快每秒可完成16亿次(160OMIPS)的运算,生产DSP器件的公司也不断壮大。在上一个世纪中,电滤波器的发展经历了从无源到有源和从模拟到数字两个过程。高精度无源滤波器从设计到制造都是难度非常高的技术。有源滤波器虽然很大地改进了滤波器的性能,也
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