DSP课程设计--基于TMS320F2812 DSP处理器的FIR滤波器的设计与实现.doc

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1、郑州航空工业管理学院电子通信工程系DSP原理及应用课程设计报告设计题目：基于TMS320F2812 DSP处理器的FIR滤波器的设计与实现学号： 专业： 设计日期： 指导老师： 目 录一、引言二、设计目的三、设计要求四、总体设计有限冲击响应数字滤波器的根底理论 利用Matlab软件的FDATool设计FIR滤波器提取滤波器参数4.2 CCS环境下FIR滤波器的设计及软件仿真 程序流程图 在CCS集成开发环境下新建FIR滤波器工程观察滤波前后的信号的时域波形及FFT Magnitude波形 程序清单五、总结六、参考文献一、引言数字信号处理DSP涉及的是数字形式信号的表示，信号及其所带信息的处理。

2、另外，数字信号处理是电路系统从模拟时代向数字时代前进的理论根底，为数字信号处理的应用而专门设计的可编程处理器，即数字信号处理器DSP，Digital signal processor。数字信号处理器表达现代微电子技术，数字信号处理和计算机集成芯片制造技术三个学科开展成果的高性能处理器，在短时间内获得了广泛的应用。DSP不仅快速实现了各种数字信号处理算法，而且扩展了数字信号处理的应用范围。DSP在电子信息，通信，软件无线电，自动控制，仪器仪表，信息家电等科技领域获得了良好的应用效果。数字信号处理系统最根本的应用系统通常有一个模数转换器，用来采集模拟信号。当模拟信号转换成数字信号后，信号再经过DS

3、P微处理器，DSP微处理器以数值计算的方式对数字信号进行变换，滤波，分析及综合等处理，最后进入数模转换，变成模拟信号进行输出。最根本的应用系统通常还含有一个输入抗混叠滤波器和一个输出滤波器，他们分别用来滤除不需要的带外信号或平滑，重构处理过的输出模拟信号。所以本次课程设计我做了一个FIR滤波器的设计。二、设计目的 1，学会使用MATLAB构建滤波器频域特性曲线并利用FDAtool提取滤波器参数； 2，能熟练地掌握FIR的应用，进行数字信号的处理，还需要进一步熟悉Matlab与DSP共同开发算法的特点，要能够具体地掌握建立工程，设计，实现并运行FIR模块程序。三、设计要求1、利用Matlab软件

4、的FDATool工具设计FIR滤波器，并提取滤波器参数；2、在CCS集成开发环境下，利用第1步得到的滤波器参数，利用窗函数法设计FIR滤波器程序，观察输入信号及滤波后得到的输出信号的时域波形及FFT Magnitude波形；四、总体设计有限冲击响应数字滤波器的根底理论 滤波器就是在时间域或频域内，对鼓励产生规定响应的网络，使其能够从信号中提取有用的信号，抑制并衰减不需要的信号。滤波器的设计实质上就是对提出的要求给出相应的性能指标，再通过计算，使物理可实现的实际滤波器频率响应特性逼近给出的频率响应特性。FIR 数字滤波器系统的传递函数为： 1由此得到系统的差分方程： 2假设FIR 数字滤波器的单

5、位冲激响应序列为h(n)，它就是滤波器系数向量b(n)。传统的滤波器分析与设计均使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新运算，从而在分析与设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量特别大。这里应用MATLAB 设计FIR滤波器，根据给定的性能指标设计一个H(z)，使其逼近这一指标，进而计算并确定滤波器的系数b(n)，再将所设计滤波器的幅频响应、相频响应曲线作为输出，与设计要求进行比较，对设计的滤波器进行优化。设计完成之后将得到FIR滤波器的单位冲激响应序列h(n)的各个参数值。 利用Matlab软件的FDATool设计FIR滤波器 FDATool ( Filter Design & Analysis T

6、ool)是MATLAB信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具，以上的版本还专门增加了滤波器设计工具箱( FilterDesign Toolbox)。FDATool界面为滤波器设计提供了一个交互式的设计环境，用户可以根据对幅值和零极点图的设置，设计几乎所有的根本的常规滤波器，包括FIR和IIR的各种设计方法,它们都具有标准的频率带宽结构。采用FDATool设计法时其界面的上半局部为特性区，用来显示滤波器的各种特性；下半局部为参数设定区，用来设定滤波器的各种参数。（） 首先在命令窗口键入FDAtool命令，启动滤波器设计分析器，调出FDAtool界面，如图1所示。图1FDATool界面（） 在F

7、ilter Type选项中选Lowpass，在Design Method中选择FIR滤波器，接着在FIR中选择Window (窗函数) 法。（） 然后在Filter Order 中选择Specify Order (为指定阶数)，输入数值为“24；在Opitions框中选中“Scale Passband；在窗类型Window:下拉框选择“Blackman。（） 在Frenquency Specification选项中，将fs(为采样频率)、fc (为通带截止频率)中分别键入30000 Hz和9600 Hz。（） 点击“Design Filter按钮，完成滤波器的设计。具体参数及设计成功后的结果如

8、图2所示。图2FIR低通滤波器设计设计完成后，可以通过菜单项选择项Analysis 来分析滤波器的幅频响应和相频响应特性。点击Analysis 中的Magnitude Response和Phase Response 对幅频和相频响应进行分析。（） 在FDATool 中，选择Targets - Generate C Header.，如图3所示。图3 导出滤波器系数（） 点击Generate按钮，选择路径，即可输出前一步设计出的 FIR滤波器的系数表。默认的系数表文件为fdacoefs.h（） 在Matlab中翻开得到的的文件，如图4、图5所示。图4 查看文件图5 文件中的系数表提取滤波器参数（）

9、 取系数表中的数据小数点后3位有效值，得到如下内容：const float B25= 0.0,0.0,0.001,-0.002,-0.002,0.01,-0.009, -0.018,0.049,-0.02,-0.11,0.28,0.64,0.28, -0.11,-0.02,0.049,-0.018,-0.009,0.01, -0.002,-0.002,0.001,0.0, ; 4.2 CCS环境下FIR滤波器的设计及软件仿真 程序流程图初始化输入低通滤波器各频率参数构建滤波器频域特性波形使用FDATool提取滤波器参数或用FIR滤波器计算程序计算得到滤波器参数构建FIR滤波器进行滤波 在CCS

10、集成开发环境下新建FIR滤波器工程实验准备设置软件仿真模式，启动CCS。建立工程建立一个文件夹，存放在D:FIR，将D:课程设计FIR滤波器Fir源程序文件夹下的工程全部复制到D:FIR，在CCS中翻开D:FIRfirfir.pjt工程，就会得到如图6所示的工程界面。图6FIR工程例如编译生成fir.out文件，通过File-Load Program装载该文件。设置波形时域观察窗口。选择菜单ViewGraphTime/Frequency ，分别进行如图7、图8所示设置。图7输入数据时域波形观察图8 滤波后输出波形观察设置频域观察窗口，选择菜单ViewGraphTime/Frequency ，分

11、别进行如图9、图10所示设置。图9 输入数据FFT分析图形观察图10滤波后输出数据的FFT图形观察设置断点。在程序中，有注释断点的语句上设置软件断点。运行并观察结果。选择Debug菜单的Run项，或按F5键运行程序。观察到的图形如图11所示。观察滤波前后的信号的时域波形及FFT Magnitude波形 图11滤波前后的数据波形及FFT分析的比照图 程序清单/*头文件*/#include DSP281x_Device.h / DSP281x Headerfile Include File#include DSP281x_Examples.h / DSP281x Examples Include

12、File#includemath.h/*函数原型声明*/float InputWave();float FIR();/*全局变量*/float fXnFIRNUMBER= 0.0 ;float fInput,fOutput;float fSignal1,fSignal2;float fStepSignal1,fStepSignal2;float f2PI;int i;float fIn256,fOut256;int nIn,nOut;float fHnFIRNUMBER= 0.0,0.0,0.001,-0.002,-0.002,0.01,-0.009, -0.018,0.049,-0.02,-

13、0.11,0.28,0.64,0.28, -0.11,-0.02,0.049,-0.018,-0.009,0.01, ;/*宏定义常量*/#define FIRNUMBER 25/主程序main(void) nIn=0; nOut=0;f2PI=2*PI;fSignal1=0.0;fSignal2=PI*0.1;fStepSignal1=2*PI/30;fStepSignal2=2*PI*1.4;/第一步 系统控制模块初始化 InitSysCtrl();/ 第2步 GPIO初始化 InitGpio();/ 第三步 禁止CPU中断DINT;/第四步 初始PIE模块InitPieCtrl();IE

14、R=0x0000;IFR=0x0000;InitPieVectTable();/第五步/第六步 初始化片内外模块 InitPeripherals();/第七步/第八步 使能全局中断 EINT;/第九步/第十步 进入无限循环for(;)fInput=InputWave();fInnIn=fInput;nIn+; nIn%=256;fOutput=FIR();fOutnOut=fOutput;nOut+;if ( nOut=256 )nOut=0;/* 请在此句上设置软件断点 */ / 第11步 其他功能函数或中断效劳程序float InputWave()for ( i=FIRNUMBER-1;i

15、0;i- )fXni=fXni-1;fXn0=sin(fSignal1)+cos(fSignal2)/6.0;fSignal1+=fStepSignal1; if ( fSignal1=f2PI )fSignal1-=f2PI;fSignal2+=fStepSignal2;if ( fSignal2=f2PI )fSignal2-=f2PI;return(fXn0);float FIR()float fSum;fSum=0;for ( i=0;iFIRNUMBER;i+ )fSum+=(fXni*fHni);return(fSum);五、总结本次课程设计我做的是FIR滤波器的设计，滤波器就是在

16、时间域或者频域内，对鼓励产生规定响应的网络，使其能够从信号中提取有用的信号，抑制并衰减不需要的信号。滤波器的设计实质上就是对提出的要求给出相应的性能指标，再通过计算，是物理可实现的实际滤波器频率响应特性逼近给出的频率响应特性。在本次课程设计中，应用Matlab与DSP微处理器实现FIR数字滤波器，在Matlab中利用FDATool设计滤波器，将滤波器系数以头文件形式导入CCS。先使用Matlab的滤波器设计与分析工具FDATool具体设计一个加布莱克曼窗的FIR低通滤波器，采样频率为30000Hz，通带截止频率为9600Hz，24阶，设计完成后以获取滤波器的参数。然后，在主程序中应用该滤波器，

17、并模拟产生混频信号，然后再编写FIR函数程序对采样的信号进行滤波处理，最后将运行结果输出到图形窗中。设置CCS运行在软件仿真状态，建立FIR数字滤波器工程，FIR数字滤波器主程序的内容仍然采用框架结构，分11步实现。在本次课程设计中，我深知自己知识的缺乏，自己课程学的知识太浅薄，等到自己用的时候，才发现自己什么都不会用。所以理论学习必须和实践相结合，这样才能学以致用，学的深入。另外，通过这次课程设计才深知DSP的重要以及应用的广泛性，要想成为一个合格的电信电子信息爱好者，必须学好DSP.在学习中，在学习中，编程要认真，要不断地调试，要有耐心。六、参考文献1，DSP原理及应用技术 赵成2，手把手教你学DSP3，数字信号处理教程第三版程佩青