基于matlab的iir與fir濾波器的課程設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p><b>　　2軟件簡介2</b></p><p>　　2.1 Matlab軟件簡介2</p><p>　　2.2 CCS軟件簡介3</p>

2、<p>　　3 FIR濾波器設計5</p><p><b>　　3.1設計背景5</b></p><p>　　3.2FIR濾波器的設計原理6</p><p>　　3.3FIR設計方法6</p><p>　　3.4 FIR低通濾波器的Matlab設計8</p><p>　　3.4

3、.1 FIR性能指標的確定8</p><p>　　3.4.2 Matlab正弦波與方波的確定9</p><p>　　3.5 FIR低通濾波器的CCS軟件設計11</p><p>　　3.5.1 CCS匯編程序11</p><p>　　3.5.2由CCS所得的正弦波與方波仿真圖13</p><p>　　4 II

4、R低通濾波器的設計16</p><p>　　4.1設計背景16</p><p>　　4.2 IIR低通濾波器的設計原理與方法17</p><p>　　4.3 IIR低通濾波器的Matlab設計18</p><p>　　4.3.1 Matlab正弦波與方波程序18</p><p>　　4.4 IIR低通濾波器

5、的CCS軟件設計20</p><p>　　4.4.1 IIR低通濾波器的CCS軟件仿真20</p><p>　　4.4.2 IIR低通濾波器CCS程序22</p><p><b>　　5心得體會26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p

6、><b>　　1前言</b></p><p>　　DSP數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。傳感器數(shù)字信號處理是利用傳感器對模擬信號或數(shù)字信號進行采集并把其轉換成計算機可識別的電信號，并利用計算機對

7、信號進行處理以達到計算機輔助控制或是計算機自動控制的目的。</p><p>　　DSP 芯片是一種特別適合數(shù)字信號處理運算的微處理器，主要用來實時、快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。用DSP 芯片實現(xiàn)IIR 數(shù)字濾波器，不僅具有精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點，而且因DSP 芯片的可編程性，可方便地修改濾波器參數(shù)，從而改變?yōu)V波器的特性，設計十分靈活。</p><p>　　本課程是電子信息工程專業(yè)

8、的專業(yè)基礎課，目的為通過對課程設計任務的完成，使學生理解課程教學的理論內容，并且能夠掌握和熟悉DSP的開發(fā)流程和基本的編程方法。FIR濾波器具有嚴格的線性相位特性，由于圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶的信息系統(tǒng)。在數(shù)字信號處理中，濾波占有極其重要的地位。數(shù)字濾波是數(shù)字信號處理的一個基本方法。一個DSP芯片執(zhí)行數(shù)字濾波算法的能力，反應了這種芯片的功能大小。</p><p>　　隨著信息與數(shù)字技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理已

9、經(jīng)成為當今極其重要而學科與技術領域之一。它在通信、語音、圖像、自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領域得到了廣泛的應用。在數(shù)字信號處理的基本方法中，通常會涉及到變換、濾波、頻譜分析、調制解調和編碼解碼等處理。其中濾波是應用非常廣泛的一個環(huán)節(jié)，數(shù)字濾波器的理論和相關設計也一直都是人們研究的重點之一。FIR濾波器的是非遞歸的，穩(wěn)定性好，精度高；更重要的是，F(xiàn)IR濾波器在滿足幅頻響應要求的同時，可以獲得嚴格的線性相位特征。因此

10、，它在高保真的信號處理，如數(shù)字音頻、圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸和生物醫(yī)學等領域得到廣泛應用。</p><p>　　在數(shù)字信號處理中，濾波占有極其重要的地位。數(shù)字濾波是語音信號處理、圖像處理、模式識別、頻譜分析等應用的基本處理算法。用DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精確度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點外，還具有靈活性好等特點。</p><p><b>　　2軟件簡介</b>&l

11、t;/p><p>　　2.1 Matlab軟件簡介</p><p>　　MATLAB的名稱源自Matrix Laboratory，它是一種科學計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內置函數(shù)，從而被廣泛地應用于科學計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領域的分析、仿真和設計工作，而且利用MATLAB產(chǎn)品的開放式結構，可以非常容易地對MATLAB的

12、功能進行擴充，從而在不斷深化對問題認識的同時，不斷完善MATLAB產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競爭能力。</p><p>　　MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十

13、分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接調用,用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到MATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。</p>&l

14、t;p>　　圖2-1 Matlab主界面</p><p>　　2.2 CCS軟件簡介</p><p>　　CCS是一種針對TMS320系列DSP的集成開發(fā)環(huán)境,在Windows操作系統(tǒng)下，采用圖形接口界面，提供有環(huán)境配置、源文件編輯、程序調試、跟蹤和分析等工具。 </p><p>　　CCS有兩種工作模式，即 </p><p>　　軟件

15、仿真器模式：可以脫離DSP芯片，在PC機上模擬DSP的指令集和工作機制，主要用于前期算法實現(xiàn)和調試。 </p><p>　　硬件在線編程模式：可以實時運行在DSP芯片上,與硬件開發(fā)板相結合在線編程和調試應用程序。 </p><p>　　CCS的開發(fā)系統(tǒng)主要由以下組件構成： </p><p>　?、?TMS320C54x集成代碼產(chǎn)生工具； </p>&l

16、t;p>　?、?CCS集成開發(fā)環(huán)境； </p><p>　?、?DSP/BIOS實時內核插件及其應用程序接口API； </p><p>　?、?實時數(shù)據(jù)交換的RTDX插件以及相應的程序接口API； </p><p>　?、?由TI公司以外的第三方提供的各種應用模塊插件。 </p><p>　　CCS的功能十分強大，它集成了代碼的編輯、編

17、譯、鏈接和調試等諸多功能，而且支持C/C++和匯編的混合編程，其主要功能如下： </p><p>　?、?具有集成可視化代碼編輯界面，用戶可通過其界面直接編寫C、匯編、.cmd文件等； </p><p>　?、?含有集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化C編譯器、鏈接器等，將代碼的編輯、編譯、鏈接和調試等諸多功能集成到一個軟件環(huán)境中； </p><p>　?、?高性能編

18、輯器支持匯編文件的動態(tài)語法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語法錯誤； </p><p>　?、?工程項目管理工具可對用戶程序實行項目管理。在生成目標程序和程序庫的過程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過跟蹤信息對不同的程序進行分類管理； </p><p>　　⑤ 基本調試工具具有裝入執(zhí)行代碼、查看寄存器、存儲器、反匯編、變量窗口等功能，并支持C源代碼級調試； </p><

19、;p>　　⑥ 斷點工具，能在調試程序的過程中，完成硬件斷點、軟件斷點和條件斷點的設置； ⑦ 探測點工具，可用于算法的仿真，數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視等； </p><p>　?、?分析工具，包括模擬器和仿真器分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能、評價代碼執(zhí)行的時鐘； </p><p>　?、?數(shù)據(jù)的圖形顯示工具，可以將運算結果用圖形顯示,包括顯示時域/頻域波形、眼圖、星座圖、圖像等，并能進行自動刷新

20、； </p><p>　　⑩ 提供GEL工具。利用GEL擴展語言，用戶可以編寫自己的控制面板/菜單，設置GEL菜單選項，方便直觀地修改變量，配置參數(shù)等； </p><p>　　圖2-2CCS主界面</p><p>　　3 FIR濾波器設計</p><p><b>　　3.1設計背景</b></p><

21、p>　　在許多數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，F(xiàn)IR濾波器是最常用的組件之一，它完成信號預調、頻帶選擇和濾波等功能。FIR濾波器在截止頻率的邊沿陡峭性能雖然不及11R濾波器，但是，考慮到FIR濾波器嚴格的線性相位特性和不像IIR濾波器存在穩(wěn)定性的問題，F(xiàn)IR濾波器能夠在數(shù)字信號處理領域得到廣泛的應用。數(shù)字濾波器（Digital Filter，簡稱為DF）是指用來對輸入信號進行濾波的硬件和軟件。所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)字信號，通過一

22、定運算關系改變輸入信號所含頻率成分的器件。數(shù)字濾波器和模擬濾波器相比，因為信號的形式和實現(xiàn)濾波的方法不同，數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)點。</p><p>　　對于一般的數(shù)字濾波器，按照單位沖激響應可分為無限長沖激響應IIR系統(tǒng)和有限長沖激響應FIR系統(tǒng)。在FIR系統(tǒng)中，則用一個有理多項式表示的系統(tǒng)函數(shù)去逼近所需要的頻率響應，即其單位沖激響應h（n）在有限個n值

23、處不為零。</p><p>　　FIR濾波器則可在幅度特性隨意設計的同時，保證精確、嚴格的線性相位特性。這在要求相位線性信道的現(xiàn)代電子系統(tǒng)，如圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中，是具有很大吸引力的。而且，其單位沖激響應是有限長的，不存在不穩(wěn)定的因素，并且可用因果系統(tǒng)來實現(xiàn)。相較于IIR濾波器， FIR濾波器有以下的優(yōu)點：可以很容易地設計線性相位的濾波器。 線性相位濾波器延時輸入信號，卻并不扭曲其相位。實現(xiàn)簡單。

24、在大多數(shù)DSP處理器， 只需要對一個指令積習循環(huán)就可以完成FIR計算。在實際中，所有的DSP濾波器必須用有限精度實現(xiàn)，而在IIR濾波器中使用有限精度會產(chǎn)生很大的問題，由于采用的是反饋電路，因此IIR通常用非常少的bit實現(xiàn)，設計者就能解決更少的與非理想算術有關的問題?？梢杂眯?shù)實現(xiàn)。 不像IIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器通?？赡苡眯∮?的系數(shù)來實現(xiàn)。當使用定點DSP的時候，這也是一個考慮因素，它能使得實現(xiàn)更加地簡單。</p>&

25、lt;p>　　3.2FIR濾波器的設計原理</p><p>　　有限長單位沖激響應濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件?？梢栽诒ＷC任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。FIR濾波器在通信、圖像處理、模式識別等領域都有著廣泛的應用。</p><p>　　FIR濾波器無反饋回路，是一種條件穩(wěn)定系統(tǒng)，可以設計成具有線性相位特性。

26、設FIR濾波器的系數(shù)為h(0)、h(1)、h(2)、h(3)···h(N-2)、h(N-1)；X(n)表示濾波器在n時刻的輸入，則n時刻的輸出為：</p><p>　　FIR數(shù)字濾波器的結構如圖3-1所示:</p><p>　　圖3-1 數(shù)字濾波器的結構框圖</p><p>　　3.3FIR設計方法</p><p&g

27、t;　　本次利用CCS軟件完成一個15階FIR的低通濾波器的設計，并根據(jù)傅里葉級數(shù)知，周期信號可以由若干離散頻率的正弦波的疊加形成，通過對方波和不同諧波正弦波的疊加的濾波，完成對高頻的濾除，剩下一次基波正弦波。其中在CCS軟件中實現(xiàn)的兩個不同長度的序列的時域卷積，即實現(xiàn)的是頻域中的低通濾波。FIR低通濾波器的時域參數(shù)，不同正弦波的疊加所產(chǎn)生的序列，以及方波的序列參數(shù)均由MATLAB軟件平臺實現(xiàn)。通過加載到CCS編程過程中開辟的數(shù)據(jù)空間，

28、由卷積程序實現(xiàn)濾波過程。</p><p>　　實現(xiàn)濾波之后需要對所濾出的波形及數(shù)據(jù)進行檢驗，可通過CCS軟件所提供的頻譜進行分析；濾波之后的數(shù)據(jù)可通過與MATLAB卷積后的設計數(shù)據(jù)進行對比檢驗設計是否正確和符合設計要求。 </p><p>　　本設計采用循環(huán)緩沖區(qū)法：</p><p>　　循環(huán)緩沖區(qū)法特點如下：</p><p>　　1

29、 對于N級FIR濾波器，在存儲區(qū)中開辟一個N單元的緩沖區(qū)（滑窗），用來存放最新的N個輸入樣本；</p><p>　　2 從最新樣本開始取數(shù)；</p><p>　　3 讀完最后一個樣本（最老樣本）后，輸入最新樣本來代替最老樣本，而其他數(shù)據(jù)不變；</p><p>　　4 用片內BK（循環(huán)緩沖區(qū)長度）寄存器對緩存區(qū)進行間接尋址，使循環(huán)緩沖區(qū)首尾相鄰。</p>

30、<p>　　3.4 FIR低通濾波器的Matlab設計</p><p>　　3.4.1 FIR性能指標的確定</p><p>　　MATLAB確定濾波器程序如下</p><p>　　b=fir1(15,0.4);</p><p>　　freqz(b,1);</p><p>　　figure(1);</

31、p><p>　　figure(2);</p><p>　　title('頻率特性')</p><p>　　plot(w1/pi,20*log10(abs(h1)));</p><p>　　axis([0,1,-100,20]);</p><p><b>　　grid;</b></

32、p><p>　　xlabel('歸一化頻率/p')</p><p>　　ylabel('幅度/dB')</p><p>　　%產(chǎn)生測試用正弦信號和噪聲信號</p><p>　　濾波器的幅頻特性和相頻特性與歸一化波形如圖3-2，圖3-3所示</p><p>　　圖3-2 FIR低通濾波器的幅頻

33、特性和相頻特性</p><p><b>　　圖3-3歸一化波形</b></p><p>　　3.4.2 Matlab正弦波與方波的確定</p><p>　　Matlab程序如下：</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　x=0:2*pi/1

34、024:2*pi;</p><p>　　y1=sin(1*x*2*pi+pi/6);</p><p>　　y2=sin(50*x*2*pi);</p><p><b>　　y3=y1+y2;</b></p><p>　　y4=conv(y3,b);</p><p>　　subplot(4,1,1)

35、;</p><p><b>　　plot(y1);</b></p><p>　　subplot(4,1,2);</p><p><b>　　plot(y2);</b></p><p>　　subplot(4,1,3);</p><p><b>　　plot(y3);

36、</b></p><p>　　subplot(4,1,4);</p><p><b>　　plot(y4);</b></p><p><b>　　figure(4)</b></p><p>　　x=0:2*pi/1024:2*pi;</p><p>　　x1=4*

37、square(1*pi*10*x);</p><p>　　x2=conv(x1,b);</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p><b>　　plot(x1);</b></p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p><b>　　plot(x

38、2);</b></p><p>　　由Matlab產(chǎn)生的波形如圖3-3，圖3-4所示</p><p><b>　　圖3-3正弦波波形</b></p><p><b>　　圖3-4方波波形</b></p><p>　　在Matlab軟件中仿真出來的正弦波與方波的波形，通過低通濾波之后均能顯

39、示出來比較正確正弦波與方波。</p><p>　　3.5 FIR低通濾波器的CCS軟件設計</p><p>　　3.5.1 CCS匯編程序</p><p>　　1.Fir.asm文件</p><p>　　.title "fir.asm"</p><p><b>　　.mmregs</

40、b></p><p>　　.global _main</p><p>　　Hn: .usect "Hn" , 16</p><p>　　M: .usect "M", 16</p><p>　　Xn: .usect "Xn", 200 </p>&

41、lt;p>　　Yn: .usect "Yn", 215</p><p><b>　　.data</b></p><p><b>　　HDATA: </b></p><p>　　.word 34*32768/10000, -18*32768/10000,</p><p

42、>　　.word -108*32768/10000,227*32768/10000</p><p>　　.word 165*32768/10000, -997*32768/10000, </p><p>　　.word 596*32768/10000, 5082*32768/10000</p><p>　　.word 5082*32768

43、/10000, 596*32768/10000, </p><p>　　.word -977*32768/10000, 165*32768/10000</p><p>　　.word 227*32768/10000, -108*32768/10000,</p><p>　　.word -18*32768/10000, 34*32768/10000

44、 </p><p><b>　　.text</b></p><p>　　_main: SSBX FRCT</p><p>　　STM #Hn,AR5 </p><p>　　;AR5指向沖激響應</p><p><b>　　RPT #15</b></p

45、><p>　　MVPD HDATA,*AR5+</p><p>　　STM #M,AR4 </p><p>　　;AR4指向緩沖區(qū)間</p><p>　　RPTZ A,#15</p><p>　　STL A,*AR4+</p><p>　　STM #Xn,AR3 <

46、;/p><p><b>　　;AR3指向輸入</b></p><p>　　STM #Yn,AR2 </p><p><b>　　;AR4指向輸出</b></p><p>　　STM #(Hn+15),AR5 ;</p><p>　　STM #(M+15),AR4

47、</p><p>　　STM -1,AR0</p><p><b>　　LD #M,DP</b></p><p>　　MVDD *AR3+,*AR4 </p><p><b>　　;向緩沖去送數(shù)</b></p><p>　　STM #215,BRC</p>

48、<p>　　RPTB #TABLE </p><p><b>　　;卷積算法</b></p><p>　　STM #16,BK</p><p>　　RPTZ A,#15</p><p>　　MAC *AR4+0%,*AR5+0%,A</p><p>　　STH A,

49、*AR2+ </p><p>　　TABLE: MVDD *AR3+,*AR4+0%</p><p><b>　　.end</b></p><p>　　vectors中斷向量文件</p><p>　　.title "vectors.asm"</p><p>　　.ref _ma

50、in</p><p>　　.sect ".vectors"</p><p><b>　　B _main</b></p><p><b>　　.end</b></p><p><b>　　CMD鏈接命令文件</b></p><p>

51、　　vectors.obj</p><p><b>　　fir.obj</b></p><p>　　-o fir.out</p><p>　　-m fir.map</p><p><b>　　MEMORY</b></p><p><b>　　{</b>&

52、lt;/p><p>　　PAGE 0: EPROM: org=0E000H len=1000H</p><p>　　VECS : org=0FF80H len=0080H</p><p>　　PAGE 1: SARAM: org=0060H len=0040H</p><p>　　DARAM: org=0101H

53、 len=1380H</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　SECTIONS</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　.text :> EPROM PAGE 0</p&

54、gt;<p>　　.vectors :> VECS PAGE 0</p><p>　　.data :> EPROM PAGE 0</p><p>　　.bss :> SARAM PAGE 1</p><p>　　Hn : al

55、ign(128){}> DARAM PAGE 1</p><p>　　BUF : align(128){}> DARAM PAGE 1</p><p>　　Xn :> DARAM PAGE 1</p><p>　　Yn :> DARAM

56、 PAGE 1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.5.2由CCS所得的正弦波與方波仿真圖</p><p>　　低通濾波器濾得的正弦波波形</p><p>　　圖3-5 CCS所濾得的正弦波</p><p>　　低通濾波器濾得的正弦波頻譜</p>&l

57、t;p>　　圖3-6 CCS所濾得的正弦波頻譜</p><p>　　在CCS軟件中，通過程序設計出來的低通濾波器的波形圖的仿真，以及CCS通過低通濾波器之后的正弦波的頻譜波形，通過濾波之后，濾出來的正弦波比較符合理想設計中的低通濾波器。</p><p>　　低通濾波器濾得的方波波形</p><p>　　圖3-7 CCS所濾得的方波波形</p>&

58、lt;p>　　低通濾波器濾得的方波頻譜</p><p>　　圖3-8 CCS所濾得的正弦波頻譜</p><p>　　頻譜分析：由圖3-6，3-8可知不同頻率正弦波的疊加可分解成不同的離散頻率。在歸一化后頻率正弦波的頻譜。經(jīng)過DSP程序濾波后的波形為低頻正弦波，由圖11可知只在200rad/s處存在頻譜，即實現(xiàn)了將高頻濾出，將低頻濾出的目的。同MATLAB軟件運行結果對比知結果一致。&

59、lt;/p><p>　　4 IIR低通濾波器的設計</p><p><b>　　4.1設計背景</b></p><p>　　數(shù)字濾波器又分為無限沖激響應濾波器(IIR)和有限沖激響應濾波器(FIR)。FIR濾波器具有不含反饋環(huán)路、結構簡單以及可以實現(xiàn)的嚴格線性相位等優(yōu)點，因而在對相位要求比較嚴格的條件下，采用FIR數(shù)字濾波器。同時，由于在許多場合下

60、，需要對信號進行實時處理，因而對于單片機的性能要求也越來越高。由于DSP控制器具有許多獨特的結構，例如采用多組總線結構實現(xiàn)并行處理，獨立的累加器和乘法器以及豐富的尋址方式，采用 DSP控制器就可以提高數(shù)字信號處理運算的能力，可以對數(shù)字信號做到實時處理。DSP（數(shù)字信號處理器）與一般的微處理器相比有很大的區(qū)別，它所特有的系統(tǒng)結構、指令集合、數(shù)據(jù)流程方式為解決復雜的數(shù)字信號處理問題提供了便利，本文選用TMS320C5509作為DSP處理芯片

61、，通過對其編程來實現(xiàn)IIR濾波器。</p><p>　　對數(shù)字濾波器而言,從實現(xiàn)方法上，有FIR濾波器和無限沖激響應(IIR)濾波器之分。由于FIR濾波器只有零點，因此這一類系統(tǒng)不像IIR系統(tǒng)那樣易取得比較好的通帶與阻帶衰減特性。但是IIR系統(tǒng)與傳統(tǒng)的通過硬件電路實現(xiàn)的模擬濾波器相比有以下優(yōu)點：</p><p>　　1、單位沖擊響應有無限多項;</p><p>　　

62、2、高效率（因為結構簡單、系數(shù)小、乘法操作較少）</p><p>　　3、與模擬濾波器有對應關系</p><p>　　4、可以解析控制，強制系統(tǒng)在指定位置為零點</p><p>　　5、有極點，在設計時要考慮穩(wěn)定性</p><p>　　6、具有反饋，可能產(chǎn)生噪聲、誤差累積</p><p>　　4.2 IIR低通濾波器

63、的設計原理與方法</p><p>　　IIR 數(shù)字濾波器可用一個n階差分方程</p><p>　　y(n)=Σbrx(n-r)+Σaky(n-k),</p><p>　　IIR數(shù)字濾波器的單位響應是無限長的,而模擬濾波器一般都具有無限長的單位脈沖響應,因此與模擬濾波器相匹配。由于模擬濾波器的設計在理論上已十分成熟,因此數(shù)字濾波器設計的關鍵是將H(S)→H(Z),即,

64、利用復值映射將模擬濾波器離散化。已經(jīng)證明,沖擊響應不變法和雙線性變換法能較好地擔當此任,則在此基礎上,數(shù)字濾波器的設計就可首先歸結為模擬濾波器的設計了。</p><p>　　要設計一個數(shù)字濾波器去仿真一個模擬濾波器有脈沖響應不變法和雙線性變換法。其設計過程都是由給定的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Ha(s)去變換出相應的數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。</p><p>　　脈沖響應不變法的設計過程如下

65、：</p><p>　　為方便求出其時域單位脈沖響應，將上式化為部分分式之和的形式：</p><p>　　由拉氏反變換得模擬濾波器在時域的單位脈沖響應：</p><p>　　由時域的數(shù)字仿真的條件（即脈沖響應不變準則）可得相應的數(shù)字濾波器的脈沖響應：</p><p>　　再對兩邊進行Z變換，即可得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)：</p>

66、<p>　　4.3 IIR低通濾波器的Matlab設計</p><p>　　4.3.1 Matlab正弦波與方波程序</p><p><b>　　方波波形程序</b></p><p>　　x=0:2*pi/256:2*pi;</p><p>　　x3=square(1*pi*5.1*x);</p>

67、<p>　　%x1=sin(2*pi*100*x);</p><p>　　%x2=sin(2*pi*1*x);</p><p>　　%x3=x2+x1;</p><p><b>　　plot(x3);</b></p><p>　　plout=x3/max(x3);</p><p>　

68、　x3to_ccs=round(32767*plout);</p><p>　　fid=fopen('square.dat','w');</p><p>　　fprintf(fid,'1651 1 0 0 0\n');</p><p>　　fprintf(fid,'%#x\n',x3to_ccs);&l

69、t;/p><p>　　fclose(fid);</p><p><b>　　正弦波波形程序</b></p><p>　　x=0:2*pi/256:2*pi;</p><p>　　%x1=square(1*pi*10*x);</p><p>　　x1=sin(2*pi*100*x);</p>

70、<p>　　x2=sin(2*pi*1*x);</p><p><b>　　x3=x2+x1;</b></p><p><b>　　plot(x3);</b></p><p>　　plout=x3/max(x3);</p><p>　　x3to_ccs=round(32767*plou

71、t);</p><p>　　fid=fopen('sin.dat','w');</p><p>　　fprintf(fid,'1651 1 0 0 0\n');</p><p>　　fprintf(fid,'%#x\n',x3to_ccs);</p><p>　　fclose(f

72、id);</p><p><b>　　雙線性變換法：</b></p><p><b>　　fc=4500;</b></p><p><b>　　fs=30000;</b></p><p><b>　　fb=3000;</b></p><

73、p>　　wb=fb*2*pi/fs;</p><p>　　wc=fc*2*pi/fs;</p><p><b>　　Ap=1;</b></p><p><b>　　As=15;</b></p><p>　　Wb=2*fs*tan(wb/2);</p><p>　　Wc=

74、2*fs*tan(wc/2);</p><p>　　[N,Wn]=buttord(Wb,Wc,Ap,As,'s');</p><p>　　[b,a]=butter(N,Wn,'s');</p><p>　　[bz,az]=bilinear(b,a,fs);</p><p>　　[h,w]=freqz(bz,az

75、,256);</p><p>　　plot(w*fs/(2*pi),20*log10(abs(h)));</p><p><b>　　grid on;</b></p><p>　　axis([0 5000 -20 1]);</p><p>　　4.4 IIR低通濾波器的CCS軟件設計</p><p&g

76、t;　　4.4.1 IIR低通濾波器的CCS軟件仿真</p><p><b>　　方波濾得的波形</b></p><p>　　圖4-2 方波濾得的波形</p><p><b>　　方波的頻譜波形</b></p><p>　　圖4-3 方波的頻譜波形</p><p>　　通過M

77、atlab設計，以及在CCS之中通過編寫程序設計出來的IIR低通濾波器，濾出來的方波波形如上圖所示，經(jīng)驗證與理想中設計的低通濾波器比較吻合，能夠正確的過濾出來正弦波形</p><p><b>　　正弦波濾得的波形</b></p><p>　　圖4-4 正弦波濾得的波形</p><p><b>　　正弦波的頻譜</b><

78、;/p><p>　　圖4-5 正弦波的頻譜波形</p><p>　　通過CCS軟件的程序設計，能夠正確的過濾出來正弦波，說明該IIR低通濾波器的設計比較的符合本次課程設計的要求</p><p>　　4.4.2 IIR低通濾波器CCS程序</p><p><b>　　Iir.asm文件</b></p><p

79、>　　.title"iir.asm"</p><p><b>　　.mmregs</b></p><p>　　.def _c_int00 </p><p>　　x .usect "x",7</p><p>　　y .usect "y",7</

80、p><p>　　b .usect "b",7</p><p>　　a .usect "a",7 </p><p>　　output .usect "output",320</p><p>　　input .usect "intput",256</p

81、><p><b>　　.data</b></p><p>　　table .word 0 </p><p><b>　　.word 0 </b></p><p><b>　　.word 0 </b></p><p><b>　　.word 0 &

82、lt;/b></p><p><b>　　.word 0 </b></p><p><b>　　.word 0 </b></p><p><b>　　.word 0 </b></p><p><b>　　.word 0</b></p>

83、<p><b>　　.word 0 </b></p><p><b>　　.word 0 </b></p><p><b>　　.word 0 </b></p><p><b>　　.word 0 </b></p><p>　　.word 6*1

84、6384/10000 </p><p>　　.word 35*16384/10000 </p><p>　　.word 87*16384/10000 </p><p>　　.word 116*16384/10000 </p><p>　　.word 87*16384/10000 </p><p>　　.wor

85、d 35 *16384/10000 </p><p>　　.word 6*16384/10000 </p><p>　　.word 628*16384/10000 </p><p>　　.word -5458*16384/10000 </p><p>　　.word 20275*16384/10000 </p><

86、p>　　.word 41433*16384/10000</p><p>　　.word 49501*16384/10000 </p><p>　　.word 33143*16384/10000</p><p><b>　　_c_int00:</b></p><p><b>　　ssbx frct</

87、b></p><p>　　stm #x,ar1</p><p><b>　　rpt #5</b></p><p>　　mvpd #table,*ar1+</p><p>　　stm #y,ar1</p><p><b>　　rpt #5</b></p>&

88、lt;p>　　mvpd #table+6,*ar1+</p><p>　　stm #b,ar1</p><p><b>　　rpt #6</b></p><p>　　mvpd table+12,*ar1+</p><p>　　stm #a,ar1</p><p><b>　　rpt

89、 #5</b></p><p>　　mvpd #table+19,*ar1+</p><p>　　stm #x+6,ar2</p><p>　　stm #a+5,ar3</p><p>　　stm #y+5,ar4</p><p>　　stm #b+6,ar5</p><p><

90、;b>　　stm #7,bk</b></p><p>　　stm #-1,ar0</p><p>　　stm #input,ar6</p><p>　　stm #output,ar7</p><p>　　stm #255,brc</p><p>　　iir rptb next-1</p>

91、<p>　　ld *ar6+,a</p><p>　　stl a,-1,*ar2</p><p>　　mpy *ar2+0%,*ar5+0%,a </p><p>　　mac *ar2+0%,*ar5+0%,a </p><p>　　mac *ar2+0%,*ar5+0%,a </p><p>　　mac

92、 *ar2+0%,*ar5+0%,a </p><p>　　mac *ar2+0%,*ar5+0%,a </p><p>　　mac *ar2+0%,*ar5+0%,a </p><p>　　mac *ar2,*ar5+0%,a </p><p>　　mac *ar4+0%,*ar3+0%,a</p><p>　　ma

93、c *ar4+0%,*ar3+0%,a</p><p>　　mac *ar4+0%,*ar3+0%,a</p><p>　　mac *ar4+0%,*ar3+0%,a</p><p>　　mac *ar4+0%,*ar3+0%,a</p><p>　　mac *ar4+0%,*ar3+0%,a</p><p>　　ma

94、r *ar3+0%</p><p>　　sth a,*ar4</p><p>　　sth a,*ar7+</p><p>　　next: b next</p><p><b>　　.end</b></p><p>　　vectors.asm文件</p><p>　　.tit

95、le "vectors.asm"</p><p>　　.ref _c_int00</p><p>　　.sect ".vectors"</p><p>　　B _c_int00</p><p><b>　　.end</b></p><p><b>

96、　　中斷向量文件</b></p><p><b>　　iir.obj</b></p><p>　　vectors.obj</p><p>　　-o iir.out</p><p>　　-m iir.map</p><p><b>　　MEMORY</b></

97、p><p><b>　　{</b></p><p>　　page 0:rom1 :org=0100h,len=1000h</p><p>　　rom2 :org=2000h,len=0500h</p><p><b>　　page 1: </b></p><p>　　daram0

98、 :org=1000h,len=0500h</p><p>　　daram1 :org=1500h,len=0100h</p><p>　　daram2 :org=1600h,len=0100h</p><p>　　daram3 :org=1700h,len=0100h</p><p>　　daram4 :org=1800h,len=0100

99、h} </p><p><b>　　SECTIONS{</b></p><p>　　.text:{}>rom1 page 0</p><p>　　.data : {}>daram0 page 1</p><p>　　x : {}>daram1 page 1</p><p>　　y

100、 : {}>daram2 page 1</p><p>　　b : {}>daram3 page 1</p><p>　　a : {}>daram4 page 1</p><p>　　} </p><p><b>　　5心得體會</b></p>&l

101、t;p>　　在結束了為期兩周EDA課設之后，我們迎來了DSP的課程設計，這一次課設的題目是設計FIR與IIR數(shù)字低通濾波器，這是在上學期DSP原理即數(shù)字信號處理理論知識的基礎上，對DSP芯片的首次完整應用，并且通過這次低通濾波器的設計將會對DSP芯片以及Matlab軟件設計的濾波器有進一步的認識與熟悉。與往常的課設一樣，在接到了設計題目之后，便開始進行資料的搜集與整理，通過與其他同學們的交流與合作，開始進行Matlab程序的編寫的

102、工作。經(jīng)過了兩周的時間與不懈的努力，終于能夠完成課程設計的題目要求。</p><p>　　回顧這兩個星期對FIR與IIR低通濾波器的設計過程，覺得自己受益匪淺。從剛剛開始接觸DSP的初次應用，對其相關的知識不甚了解，并且實驗思路也是模棱兩可，不是應該從何下手。由于這次的課設結合了CCS與Matlab軟件試驗平臺，更是不知從何開始。但是在設計FIR低通濾波器的過程之中，漸漸的發(fā)現(xiàn)，只要能夠理清設計思路，那么動手設計

103、的過程也想來說變得比較的簡單。同時這次課程設計還讓我明白，書本上學習到的東西永遠都只是了理論上的東西，不是能夠在實踐中立即應用的，還必修要結合實際情況在進行合理的分析之后，才能夠設計出自己理想中的東西。所以，在未來的學習過程之中，除了要好好的學好基礎理論知識之外，還必須要多多的動手進行實踐操作，才能夠更好的掌握這一方向的能力與技術。</p><p>　　為期兩周的課程設計讓我明白，沒有什么事情是能夠輕而易舉就完成

104、的很好的，當然也沒有什么事情是做不好的，只要你能夠努力。并且在以后的學業(yè)里，要認真的對待每一學科。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 范壽康 《DSP技術與芯片》[M]．北京：電子工業(yè)出版社,2007</p><p>　　[2] 萬永格 《數(shù)字信號處理的MATLAB實現(xiàn)》[M]．北京：科學出版社，20

105、07</p><p>　　[3] 程佩青 《數(shù)字信號處理教程》[M]．北京：清華大學出版社，2001</p><p>　　[4] 高西全 丁玉美等 《數(shù)字信號處理》[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[5] 范壽康 伊 磊等 《DSP原理及應用》[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[6]