dsp带通滤波器设计.pdf

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1、一、 设计要求试用 DSP计 FIR 滤波器，分别实现带通的功能，具体要求如下： 滤波器的阶数 5,截止频率自行选定，滤波系数用 MATLAB!定。 编制 C54XDS 段现 FIR 滤波器的汇编源程序。 用软件仿真器完成上述程序的模拟调试。 以数据文件形式自行设定滤波器输入数据，以数据文件形式输出滤波结果，并与输入数据进行比较分析。用软件仿真器有关工具显示 FIR 滤波器的输入输出 波形，以证明滤波器滤波性能。二、 FIRFIR 滤波器的基本原理数字滤波是将输入的信号序列，按规定的算法进行处理，从而得到所期望的 输出序列。一个线性位移不变系统的输出序列ynl 和输入序列xl 之间的关系， 应

2、满足常系数线性差分方程。FIR 滤波器的差分方程为：N Jy(n)-寸h(m)x(n -m)m -0FIR 滤波器的传递函数为：Y zN H z = = *X z 危直接由差分方程得出的实现结构如图 1 所示：x(n)_ 一？ _ - - -E* - - -h- - 11h(0)“ h(1)“ h(2)v1111*=*=) )h(N-2),rh(N-1)V(n) . . . %=%=* *图 1 横截型(直接型、卷积型)FIR 滤波器的结构图由上面的公式和结构图可知，FIR 滤波算法实际上时一种乘法累加运算。它 不断地从输入端读入样本值三、FIRFIR 滤波器的设计FIR 滤波器的设计方法主要

3、有窗函数法和频率采样法。其中，窗函数法是最基本的方法。本次设计采用窗函数法。一般是先给定所要求的理想滤波器频率响应Hd(e),由Hd(e垸导出hd(n),x n】，经过(z)后做乘法累加，输出滤波结果V 我们知道，理想滤波器的冲击响应hd(n)是无限长的非因果序列，而我们要设计 的是hd(n)是有限长的 FIR 滤波器，所以要用有限长序列hd(n)来逼近无限长序列hd(n),设：厄土如伉狭常用的方法是用有限长度的窗函数 皿 n)来截取 如(加即：(3 -1)h(n)=与(n)hd(n)( 3 - 2 )这里窗函数就是矩形序列 R(n),加窗以后对理想低通滤波器的频率响应将 产生什么样的影响呢？

4、根据在时域是相乘关系，在频域则是卷积关系：H(e = Hd (ejO)Wdej(2 如2 二其中，廖艮()为矩形窗谱，H (e必)是 FIR 滤波器频率响应。通过频域卷积过程看的幅度函数 H( 3 )的起伏现象，可知，加窗处理 后，对理想矩形的频率响应产生以下几点影响：(1) 使理想频率特性不连续点处边沿加宽，形成一个过渡带，其宽度等丁窗的频 率响应的主瓣宽度。(2) 在截止频率的两边的地方即过渡带的两边，出现最大的肩峰值，肩峰的两侧形成起伏振荡，其振荡幅度取决丁方瓣的相对幅度，而振荡的多少，则取决丁方瓣的多少。(3) 改变 N,只能改变窗谱的主瓣宽度，改变 3 的坐标比例以及改变的绝对值大

5、小，但不能改变主瓣与旁瓣的相对比例(此比例由窗函数的形状决定)。(4) 对窗函数的要求：a、 窗谱主瓣尽可能窄，以获取较陡的过渡带；b、 尽量减小窗谱的最大旁瓣的相对幅度；即能量集中丁主瓣，使肩峰和波纹减小，增大阻带的衰减。(3 - 3 )四、带通滤波器设计指标本次要设计一个FIR 带通滤波器，其采样频率fs=30000Hz,通带为3000Hz5000Hz,即保留频率在 3000Hz5000Hz 范围内的信号成分，幅度失真小 丁1dB;阻带边界频率为 2000Hz 和 6000Hz,衰减大丁 40dB。同时，FIR 滤波 器的阶数N=32。五、设计思路及实现步骤1.使用 matlab 获得输入

6、信号数据，这里输入信号为f1=1500 , f2=4000f3=7000，采样频率为 fs=30000Hz,采样点数为 N=256,同时生成输入信号数据文件，matlab 的参考程序如下：clc;clear all ;f1=1500;f2=4000;f3=7000;fs=30000;N=256;T=1/fs;n=0:N-1;x1=0.08*sin(2*pi*f1*n*T);x2=0.08*sin(2*pi*f2*n*T);x3=0.08*sin(2*pi*f3*n*T);xn=ceil(32768*(x1+x2+x3);figure(1);plot(xn)figure(2)yff=abs(ff

7、t(xn);df=n*(fs/N);plot(df,yff);fid=fopen( indata.inc , w);fprintf(fid, .word%5.0fnfclose(fid);,xn);部分输入信号数据为(共 256 个采样点)：.word 0.word 6097.word -431.word 1541.word -1019.word 1.word -2493.word -5507.2.基于 Matlab 工具箱 Signal 中的 fir1 函数设计 FIR 带通滤波器，选择 Hamming窗函数法，进而获取 FIR 带通滤波器的系数 b,并保存为 firin.inc 数据文件。

8、这 里 FIR滤波器的阶数 N=32。实现代码如下：w1=3000/15000*2;w2=5000/15000*2;b=fir1(32,w1,w2,fp=fopen( firin.inc , wt );fprintf(fp, .word%20.0fnfclose(fp);bandpass );,b*32768);滤波器系数为：B0= -4,B1=-0,B2=7, B3=183,B4=-109,B5=-488,B6=328,B7=495,B8=-195,B9=260,B10=-1180,B11=-1433,B12=4086,B13=1879,B14=-7292,B15=-876,B16=8709

9、,B17=-876,B18=-7292,B19=1879,B20=4086,B21=-1433,B22=-1180,B23=260,B24=-195,B25= 495,B26=328,B27=-488,B28=-109,B29=183,B30=7,B31=-0,B32=-4同时，通过 Matlab 中的滤波器设计工具 fdatool ,可以得到满足设计要求的 FIR带通滤波器的幅度图如下示（相应设计参数见下图数据）：BlBl Filter DesignFilter Design改Anely5i& ToolAnely5i& Tool - - untitled.fda *untitled.fda

10、*I. = I回MW3.基丁 CCS2.0 配置为 C5400 后，创建 fir 工程，将 1、2 步骤中生成的输入信号数据文件 indata.inc和滤波器系数文件 firin.inc 添加在 fir 工程所在的文件夹中，然后给工程中添加 FIR 数字滤波器的汇编程序 fir.asm 如下：.mmregs.global start.def start, _c_int00INDEX .set 1KS .set 256.copy indata.inc.copy firdata.inc.dataOUTPUT .space 1024FIR_DP .usect FIR_V ARS”, 0 D_FIN

11、.usect ”FIR_V ARS, 1 D_FOUT .usect FIR_V ARS, 1COFFTAB .usect FIR_COFF”, N DATABUF .usect FIR_BFR”, NBOS .usect STACK, 0fh TOS .usect STACK, 1.text.asg AR0, INDEX_P.asg AR4, DATA_P.asg AR5, COFF_P.asg AR6, INBUF_P.asg AR7, OUTBUF_P_c_int00:B startNOPNOPstart:STM #COFFTAB, COFF_PRPT #N-1MVPD #COFF_FI

12、R, *COFF_P+ STM #INDEX, INDEX_P STM #DATABUF, DATA_P RPTZ A, #N-1STL A, *DATA_P+STM #(DATABUF+N-1), DA TA_P STM #COFFTAB, COFF_PFIR_TASK:STM #INPUT, INBUF_PSTM #OUTPUT, OUTBUF_PSTM #KS-1, BRC RPTBD LOOP-1 STM #N, BK LD *INBUF_P+, AFIR_FILTER:STL A, *DATA_P+% RPTZ A, N-1MAC *DATA_P+0%, *COFF_P+0%, AS

13、TH A, *OUTBUF_P+LOOP:EEND B EEND.end4 对应以上 FIR 滤波器的汇编程序编写链接文件 fir.cmd 如下:fir.obj-m fir.map-o fir.outMEMORYPAGE 0: ROM1(RIX) :ORIGIN=0080h,LENGTH=1000hPAGE 1: INTRAM1(RW) :ORIGIN=2400h,LENGTH=0200hINTRAM2(RW) :ORIGIN=2600h,LENGTH=0100hINTRAM3(RW) :ORIGIN=2700h,LENGTH=0100hINTRAM4(RW) :ORIGIN=2800h,LE

14、NGTH=0040hB2B(RW) :ORIGIN=0070h,LENGTH=10hSECTIONS.text :ROM1 PAGE 0.data :INTRAM1 PAGE 1FIR_COFF :INTRAM2 PAGE 1FIR_BFR :INTRAM3 PAGE 1FIR_VARS :INTRAM4 PAGE 1.stack :B2B PAGE 1六、实验结果及截图1.将程序编译链接无误后加载程序，然后运行程序，然后在入口地址为看输入信号波形,输入混频信号的时域和频域波形图如下：QxQQaQ下查图 1 三种叠加信号的时域波形图 2 三种叠加信号的频域图2.在入口地址为 0 x2400 下

15、查看输出信号波形，下面为输入混频信号经过设计的FIR 器滤波后的时域（图 3）和频域（图 4）波形的输出图像:图 3 经 FIR 滤波器滤波后的信号时域图图 4 经 FIR 滤波器滤波后的信号频域图七、总结通过图 2 与图 4 的分析比较，可以很活楚地看出，本次设计的 FIR 滤波器滤 可以较好的滤除噪声信号，保留目标信号。进而说明了该 FIR 滤波器满足设计要 求。通过本次带通滤波器的设计，我受益匪浅，通过自己亲自动手操作初步掌握 了CCS 勺运行机制。最开始我只是照着书上的程序原搬硬套，出现了不少错误，然后静下心仔细研究程序后，终丁找出了错误的所在根源，经过反复调试，程序 终于运行无误，成功的产生了期待的结果。虽然我在本科学过 DSP 但是在老师 这学期的细心、认真、不厌其烦地讲授下，让我对 DSP 以及汇编程序有了一个新 的认识，达到了温故知新的效果，谢谢老师！