基于DSP的FIR濾波器設(shè)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(jìn)行濾波。借助DSP數(shù)字信號處理器的高速運(yùn)算能力，可以實(shí)時地對信號進(jìn)行數(shù)字濾波。本設(shè)計要求利用DSP的DMA方式進(jìn)行信號采集和信號輸出，同時對外部輸入的信號進(jìn)行數(shù)字濾波。掌握利用DSP實(shí)現(xiàn)信號實(shí)時FIR濾波設(shè)計可使學(xué)生更加透徹的理解信號的采集方法和濾波方法。學(xué)會利用Matlab對信號進(jìn)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(zhuǎn)換器以及DMA的編程，可以培養(yǎng)學(xué)生C語言編程能力以及使用DSP硬件平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理算法的能力。二、課題研究主要內(nèi)容：1.基本

2、部分：(1)掌握利用濾波器設(shè)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(jìn)行濾波。(3)設(shè)計數(shù)字濾波算法，或調(diào)用DSPLIB中的濾波函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對信號的濾波。(4)利用C語言對A/D、D/A進(jìn)行初始化。(5)利用C語言對DMA進(jìn)行初始化。(6)編寫DMA中斷服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)信號的實(shí)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(shè)計濾波器的幅頻特性和相頻特性，并與MATLIB下的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行比較。(3)

3、在實(shí)驗(yàn)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(wù)：（1）利用Matlab設(shè)計FIR濾波器，并對信號進(jìn)行濾波。（2）掌握CCS的安裝、設(shè)置，工程的建立、工程設(shè)置、編譯運(yùn)行和調(diào)試方法。（3）編寫C語言程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)計要求，并在CCS集成開發(fā)環(huán)境下調(diào)試通過，實(shí)現(xiàn)設(shè)計所要求。的各項(xiàng)功能。(4)利用信號發(fā)生器產(chǎn)生輸入信號，經(jīng)DSP運(yùn)算后正確地在示波器上顯示。(5)按要求撰寫課程設(shè)計報告。四、研究方法及技術(shù)途徑：利用DSP實(shí)現(xiàn)對模擬信號濾波的框圖外部模擬信號先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)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(jìn)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(shè)計FIR濾波器，將參數(shù)提取出來，存放到DSP存儲區(qū)中。調(diào)用DSPLIB中的FIR濾波函數(shù)，對信號進(jìn)行濾波。濾波后的數(shù)據(jù)利用DMA方式送到D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號。本設(shè)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(shè)計濾波器，在sptool工具箱進(jìn)行信號分析與濾波。(b)利用CCS進(jìn)行信號濾波算法的仿真，即利用simulator進(jìn)行仿真。調(diào)用DSPLIB庫中的fir()濾波函數(shù)實(shí)現(xiàn)信號FIR濾波，或自行編寫FIR濾波程序?qū)崿F(xiàn)信號FIR濾波。(2)利用Emu

5、lator，即DSP硬件板、采用DMA方式實(shí)現(xiàn)信號采集與傳輸，結(jié)合FIR濾波算法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時FIR濾波。五、實(shí)驗(yàn)背景：1.課題研究的現(xiàn)狀：凡是有能力進(jìn)行信號處理的裝置都可以稱為濾波器。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛;在所有的電子部件中，使用最多，技術(shù)最為復(fù)雜的要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。1917年美國和德國科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導(dǎo)致了美國第一個多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。20世紀(jì)50年代無源濾波器日趨成熟。自60年代起由于計算機(jī)技術(shù)、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(dǎo)致RC有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)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(yīng)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(kuò)大應(yīng)用范圍。90年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。當(dāng)然，對濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。我國廣泛使用濾波器是50年代后期的事，當(dāng)時主要用于話路濾波和報路濾波。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)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(jī)構(gòu)，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(yīng)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(shè)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(chǎn)和應(yīng)用。從下面的生產(chǎn)應(yīng)用比例可以看出我國各類濾波器的應(yīng)用情況:LC濾波器占50%;晶體濾波器占20%:機(jī)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(yīng)用比例來看，我國電子產(chǎn)品要想實(shí)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(jì)中，電濾波器的發(fā)展經(jīng)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