基于DSP的FIR濾波器設計與開發(fā)

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1、一、課題研究的目的和意義：在信號與信息處理中，提取有用信息需要對信號進行濾波。借助DSP數(shù)字信號處理器的高速運算能力，可以實時地對信號進行數(shù)字濾波。本設計要求利用DSP的DMA方式進行信號采集和信號輸出，同時對外部輸入的信號進行數(shù)字濾波。掌握利用DSP實現(xiàn)信號實時FIR濾波設計可使學生更加透徹的理解信號的采集方法和濾波方法。學會利用Matlab對信號進行FIR濾波，掌握Matlab的信號仿真。同時通過對DSP信號處理器及A/D、D/A轉換器以及DMA的編程，可以培養(yǎng)學生C語言編程能力以及使用DSP硬件平臺實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法的能力。二、課題研究主要內容：1.基本

2、部分：(1)掌握利用濾波器設計FIR濾波器的方法，并提取濾波器參數(shù)。(2)掌握利用Matlab的信號處理工具箱的使用，以及利用Matlab對信號進行濾波。(3)設計數(shù)字濾波算法，或調用DSPLIB中的濾波函數(shù)，實現(xiàn)對信號的濾波。(4)利用C語言對A/D、D/A進行初始化。(5)利用C語言對DMA進行初始化。(6)編寫DMA中斷服務程序，實現(xiàn)信號的實時濾波。(7)利用CCS信號分析工具分析信號的頻譜成分，確定濾波器的參數(shù)2.發(fā)揮部分：(1)比較加不同窗和階數(shù)時濾波器的濾波效果。(2)測試所設計濾波器的幅頻特性和相頻特性，并與MATLIB下的設計結果進行比較。(3)

3、在實驗板的Linein輸入端接入正弦信號，分左右聲道分別采集，并分別濾波。三、要求完成的任務：（1）利用Matlab設計FIR濾波器，并對信號進行濾波。（2）掌握CCS的安裝、設置，工程的建立、工程設置、編譯運行和調試方法。（3）編寫C語言程序實現(xiàn)設計要求，并在CCS集成開發(fā)環(huán)境下調試通過，實現(xiàn)設計所要求。的各項功能。(4)利用信號發(fā)生器產生輸入信號，經DSP運算后正確地在示波器上顯示。(5)按要求撰寫課程設計報告。四、研究方法及技術途徑：利用DSP實現(xiàn)對模擬信號濾波的框圖外部模擬信號先進行A/D轉換，利用MCBSP的接收寄存器接收數(shù)據(jù)。利用CCS的頻譜分析工具

4、對輸入信號進行頻譜分析；根據(jù)頻譜成分確定濾波器參數(shù)，然后利用Matlab設計FIR濾波器，將參數(shù)提取出來，存放到DSP存儲區(qū)中。調用DSPLIB中的FIR濾波函數(shù)，對信號進行濾波。濾波后的數(shù)據(jù)利用DMA方式送到D/A轉換器轉換為模擬信號。本設計可以分為兩部分：(1)信號仿真(a)首先利用Matlab的fdatool工具箱設計濾波器，在sptool工具箱進行信號分析與濾波。(b)利用CCS進行信號濾波算法的仿真，即利用simulator進行仿真。調用DSPLIB庫中的fir()濾波函數(shù)實現(xiàn)信號FIR濾波，或自行編寫FIR濾波程序實現(xiàn)信號FIR濾波。(2)利用Emu

5、lator，即DSP硬件板、采用DMA方式實現(xiàn)信號采集與傳輸，結合FIR濾波算法，實現(xiàn)實時FIR濾波。五、實驗背景：1.課題研究的現(xiàn)狀：凡是有能力進行信號處理的裝置都可以稱為濾波器。在近代電信設備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應用極為廣泛;在所有的電子部件中，使用最多，技術最為復雜的要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產品的優(yōu)劣，器的研究和生產歷來為各國所重視。1917年美國和德國科學家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導致了美國第一個多路復用系統(tǒng)的出現(xiàn)。20世紀50年代無源濾波器日趨成熟。自60年代起由于計算機技術、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著

6、低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向。導致RC有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發(fā)展，到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來并得到應用。80年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴大應用范圍。90年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應用于各類產品的開發(fā)和研制。當然，對濾波器本身的研究仍在不斷進行。我國廣泛使用濾波器是50年代后期的事，當時主要用于話路濾波和報路濾波。經過半個世紀的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產和應用等方面已納入

7、國際發(fā)展步伐，但由于缺少專門研制機構，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應用與國際發(fā)展有一段距離。我國現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率己基本上滿足現(xiàn)有各種電信設備。從整體而言，我國有源濾波器發(fā)展比無源濾波器緩慢，尚未大量生產和應用。從下面的生產應用比例可以看出我國各類濾波器的應用情況:LC濾波器占50%;晶體濾波器占20%:機械濾波器占15%;陶瓷和聲表面濾波器各占1%;其余各類濾波器共占13%。從這些應用比例來看，我國電子產品要想實現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍然是個重要課題。在上一個世紀中，電濾波器的發(fā)展經歷了從無源到有源和從模擬到數(shù)字兩個

8、過程。高精度無源濾波器從