基于ＤＳＰ Ｃ５４x的數(shù)字濾波器設(shè)計

摘要：本文主要介紹基于DSP的數(shù)字濾波器的設(shè)計，使用CCS5000Simulator實現(xiàn)FTSK數(shù)據(jù)輸入，使用FIR濾波器對FTSK調(diào)制信號進行處理，輸出需要的波形與頻譜。文中采用線性緩沖區(qū)和帶移位雙操作尋址的方法實現(xiàn)FIR濾波器。

關(guān)鍵詞：數(shù)字濾波器；Matlab；Simulator

前言

一個實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，總存在各種干擾。使用DSP進行數(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)計中，濾波器的好壞將直接影響系統(tǒng)的性能。

FIR濾波算法實際上是一種乘法累加運算。它不斷輸入樣本，經(jīng)延時z-1，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：

·系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h(n)在有限個n值處不為零；

·系統(tǒng)函數(shù)H(z)在Izl>O處收斂，在Izl>O處只有零點，有限z平面只有零點，而全部極點都在z=O處；

·結(jié)構(gòu)主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋。

本次設(shè)計中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Fpassl=1475Hz，F(xiàn)pass2=1725Hz，衰減ldb，過渡帶為200Hz則Fstopl=1275Hz，F(xiàn)stop2=1925Hz，阻帶衰減為30db。運行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)尋址方法實現(xiàn)FIR濾波器

在這里介紹用線性緩沖區(qū)法實現(xiàn)z～，其特點是：

·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。

·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)＝125aix(n-i)

在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中存放系數(shù)a0-a125，并設(shè)置線性緩沖區(qū)存放輸入數(shù)據(jù)。

SimuIatot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(Probe Point)功能非常強大，它是一個開發(fā)算法的工具，將計算機文件數(shù)據(jù)傳送到目標板的buffer提供DSP軟件應(yīng)用，同時可以將計算結(jié)果輸出到計算機文件中供分析，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)計中利用CCS提供的斷點和探測點，指定FTSK數(shù)據(jù)文件的輸入點，進行相關(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。運行程序，分別得到輸入波形和頻譜圖(圖1)，輸出波形和頻譜圖(圖2)，下面分別對這兩個圖形進行分析。

輸入波形和頻譜圖

由圖1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1格所占的時間為0．00605／10=0．605ms，所以周期大約為T1=0．6051=0．605m s，頻率為1 652Hz。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=1．2 1 m s，頻率約為8 26Hz，T4=0．6051．3=0．7865ms，頻率約為1271Hz。這四個頻率與輸人的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。

輸出波形和頻譜圖

由圖2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1格所占的時間為0．00605／10=0．605ms。頻率約為1652Hz，與要求濾出1600Hz的要求接近。由圖2中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)計的濾波器能夠很好的滿足濾波的要求。Simulator仿真是在進行系統(tǒng)設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，有利于提高我們進行硬件調(diào)試的成功率。

基于上面的結(jié)果，利用TMS320C5402 DSK系統(tǒng)板進行實驗。在一個AD／DA轉(zhuǎn)換的主循環(huán)中加入所設(shè)計的濾波器，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，對示波器進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)所用的濾波器能很好的滿足設(shè)計要求。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)語

在進行數(shù)字濾波器設(shè)計時，還需要以下幾點：

·在用Matlab設(shè)計濾波器時采樣頻率一定要滿足奈奎斯特準則。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100-250Hz，阻帶衰減一般在30db。

·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進制的小數(shù)表示，但如果輸入10進制的也可以，但需在兩次確認之后才可以輸入。

·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)計是我們實際系統(tǒng)應(yīng)用中重要的一方面，相比傳統(tǒng)的R，L，c元件和運算放大器組成的塊濾波器，更有發(fā)展的潛力。