DSP原理及應(yīng)用課程論文

1、DSP原理及應(yīng)用課程論文題目：利用DSP設(shè)計(jì)IIR濾波器姓名：學(xué)院：專業(yè)：班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師：職稱:安徽科技學(xué)院教務(wù)處制目錄摘要21 設(shè)計(jì)的目的及意義22 基本原理22.1 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)22.2 IIR濾波器差分方程的一般形式22.3 設(shè)計(jì)用的是直接IIR濾波器的結(jié)構(gòu)32.4 步驟33 硬件設(shè)計(jì)33.1 流程圖33.2 電路圖43.3 芯片參數(shù)53.4 設(shè)計(jì)工具64 程序設(shè)計(jì)64.1 程序說明74.1.1 定標(biāo)說明74.1.2 數(shù)據(jù)存放要求74.1.3 指令說明74.1.4 常量和參數(shù)說明75 設(shè)計(jì)總結(jié)7參考文獻(xiàn)7利用DSP設(shè)計(jì)IIR濾波器摘要：IIR濾波器是具有無限持續(xù)時(shí)間沖激響

2、應(yīng)的數(shù)字濾波器。其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)算量下。本設(shè)計(jì)采用歸一化低通模擬濾波器，運(yùn)用MATLAB尋出濾波器的系數(shù)，再根據(jù)直接II型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和前面得出的系數(shù)，編寫DSP程序，可在TMS320C5402DS板上進(jìn)行仿真，可將得出的結(jié)果與MATLAB仿真比較，來確定濾波器的性能。關(guān)鍵字：IIR濾波器；DSPMATLAB1設(shè)計(jì)的目的及意義在數(shù)字濾波器中，IIR濾波器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)算量下的特點(diǎn)，IIR數(shù)字濾波器幅頻特性精度很高，不是線性相位的，可以應(yīng)用于對相位信息不敏感的音頻信號上，因而得到了較廣泛的應(yīng)用。2基本原理2.1IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。IIR濾

3、波器運(yùn)算結(jié)構(gòu)通常由延時(shí)、乘以系數(shù)和相加等基本運(yùn)算組成，可以組合成直接型、正準(zhǔn)型、級聯(lián)型、并聯(lián)型四種結(jié)構(gòu)形式，都具有反饋回路。IIR數(shù)字濾波器在設(shè)計(jì)上可以借助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓濾波器等，有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或圖表可查，其設(shè)計(jì)工作量比較小，對計(jì)算工具的要求不高。在設(shè)計(jì)一個(gè)IIR數(shù)字濾波器時(shí)，我們根據(jù)指標(biāo)先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。2.2 IIR濾波器差分方程的一般形式IIR濾波器具有無限長的單位脈沖響應(yīng)，在結(jié)構(gòu)上存在反饋回路，即是遞歸型的也就是說，IIR濾波器的輸出不僅與輸入有關(guān)，而且與過去的輸出有關(guān)。2.3設(shè)計(jì)

4、用的是直接II型IIR濾波器的結(jié)構(gòu)*oXtnld(n2)b2c>*上圖為二階直接ii型結(jié)構(gòu)濾波器圖直接II型IIR濾波器的結(jié)構(gòu)是最常用的濾波器結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種二階形式的結(jié)構(gòu)可作為級聯(lián)型和并聯(lián)型結(jié)構(gòu)中的基本節(jié)；并且這種結(jié)構(gòu)比I型結(jié)構(gòu)節(jié)省一半的延遲。二階直接II型結(jié)構(gòu)濾波器的差分方程為：d(n)=x(n)+a1d(n-1)+a2d(n-2)y(n)=b0d(n)+b1d(n-1)+b2d(n-2)式中，d(n)、d(n-1)、d(n-2)對應(yīng)于圖中具有不同延遲的中間節(jié)點(diǎn)值。2.4步驟根據(jù)數(shù)字頻率指標(biāo)計(jì)算預(yù)畸的模擬頻率指標(biāo)。(1) 根據(jù)通帶或阻帶允許的波動(dòng)，確定濾波器類型。根據(jù)阻帶的衰耗要求，確

5、定濾波器的階數(shù)，進(jìn)而求出歸一化模擬低通的傳遞函數(shù)匕(s)。(2) 經(jīng)頻率變換得到實(shí)際的模擬濾波器傳遞函數(shù)H(s)。(3) 根據(jù)雙線性變換法把模擬濾波器H(s)變換為數(shù)字濾波器H(z)。3硬件設(shè)計(jì)3.1流程圖3.2電路圖根據(jù)流程圖第一步先是將模擬輸入信號輸入歸一化的低通濾波器，歸一化的低通濾波器的原理圖如下：G-6842FG9.462F-y-Cj-03033F_L(b)掃-化低通泄波簽信號經(jīng)歸一化的低通濾波器輸出后，再進(jìn)入AD73360轉(zhuǎn)換，將模擬信號變換成數(shù)字信號。經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后信號由SD0引腳輸出到TMS320C540芯片的DR0引腳。后經(jīng)TMS320C540芯片處理后輸出最終信號。其電路圖如

6、下：3.3芯片參數(shù)AD73360有兩種封裝形式,一種是R28,另一種是SU44。通常R28封裝的AD73360比較常見,所以此處以R-28封裝為例介紹其引腳定義。R-28為28腳表面貼裝式封裝，其引腳號碼、各引腳上的信號名稱及其性質(zhì)如表1所列。表1AD73360引腳信號表3.4設(shè)計(jì)工具引腳號碼信號名稱信號性質(zhì)引腳信號名稱信號性質(zhì)1VINP2輸入28VINN3輸入2VINN2輸入27VINP3輸入3VINP1輸入26VINN4輸入4VINN1輸入25VINP4輸入5REFOUT'輸出24VINN5輸入6REFCAF'濾波23VINP5輸入7AVDD2模擬電源22VINN6輸入8A

7、GND2模擬地21VINP6輸入9DGND數(shù)字地20AVDD1模擬電源10DVDD數(shù)字電源19AGND1模擬地11RESET輸入18SE輸入12SCLK輸出17SD1輸入13MCLK輸入16SDIFS輸入14SDO輸出15SDOFS5輸出設(shè)濾波器的通帶為0-Wp阻帶為Ws-1.0,1.0對應(yīng)于半抽樣頻率，要求通帶內(nèi)波動(dòng)小于RpdB,阻帶內(nèi)衰減大于RsdB,且濾波器的傳遞函數(shù)為：則用MATLAB計(jì)該濾波器的過程如下：1、調(diào)用函數(shù)cheb2ord(),確定濾波器的階數(shù)和截止頻率：【N,wn=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs)返回值N=2為滿足要求的Chebshev-2型數(shù)字濾波器的最小階數(shù)

8、，Wn為截止頻率；2、調(diào)用函數(shù)cheby2()：【B,A】=cheby2(N,Rs,Wn)返回值B為一個(gè)N+1=3維矢量，是分子多項(xiàng)式系數(shù)；A也是一個(gè)N+1=3維矢量，為分母多項(xiàng)式系數(shù)。4程序設(shè)計(jì)下面是基于TMS320C54芯片實(shí)現(xiàn)的一個(gè)二階直接II型IIR濾波器匯編語言程序;也是IIR濾波器的定點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)。STM#K_FRAME_SIZE-1,BRCRPTBiir_filter_loop-1LD*INBUF_P+,16,AIir-filter;STM#dr_d+2,IIR_DATA_PSTM#iir_coff_table,IIR_COFF_PMAC*IIR_COFF_P+,*IIR_DAT

9、A_P-,A;input+d(n-2)*A2MAC*IIR_COFF_P+,*IIR_DATA_P-,A;input+d(n-2)*A2+d(n-1)*A1STHA,*IIR_DATA_P+;d(n)=input+d(n-2)*A2+d(n-1)*A1MAR*IIR_DATA_P+MPY*IIR_COFF_P+,*IIR_DATA_P-,A;d(n-2)*B2MAC*IIR_COFF_P+,*IIR_DATA_P,A;d(n-2)*B2+d(n-1)*B1DELAY*IIR_DATA_P-;d(n-2)=d(n-1)MAC*IIR_COFF_P+,*IIR_DATA_P,A;d(n-2)*B2

10、+d(n-1)*B1+d(n)*B0DELAY*IIR_DATA_P-;d(n-1)=d(n)STHA,*OUTBUF_P+;output=d(n-2)*B2+d(n-1)*B1+d(n)*B0;iir_filter_loop4.1程序說明濾波器抽頭系數(shù)的Q值可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，程序中假定為Q15延遲節(jié)點(diǎn)d(n)、d(n-1)和d(n-2)占據(jù)三個(gè)連續(xù)的存儲單元，d(n)在低地址，d(n-2)在高地址，以d_iir_d作首地址。IIR濾波器系數(shù)按a2,a1,b2,b1,b0的順序以地址增的方式存放，以iir_coff_table作首地址。MAR指令實(shí)現(xiàn)以輔助寄存器表示的地址指針修改。DELAY

11、旨令通過將操作數(shù)表示存儲器數(shù)據(jù)賦給下一個(gè)存儲單元來更新延遲節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。常量K_FRAME_SIZ表示輸入數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。指針I(yè)NBUF_P,IIR_DATA_P,IIR_COFF_P,OUTPUT_P分別表示輸入數(shù)據(jù)指針、IIR延遲節(jié)點(diǎn)指針、IIR濾波器系數(shù)指針和輸出數(shù)據(jù)指針5設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過以上諸多步驟，一個(gè)二階直接II型IIR低通濾波器就設(shè)計(jì)完成了?？稍赥MS320C5402DSK上進(jìn)行仿真。可將得出的結(jié)果與MATLA仿真比較，來確定濾波器的性能。自己也知道，還有很多方面有不足，但是基本完成了設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于硬件的設(shè)計(jì)，經(jīng)過查找資料、請教同學(xué)等多方面的努力，最終解決了這一難題。IIR濾波器具有無限長的單位脈沖響應(yīng)，在結(jié)構(gòu)上存在反饋回路，即是遞歸型的。也就是說，IIR濾波器的輸出不僅與輸入有關(guān)，而且與過去的輸出有關(guān)。這是IIR濾波器的最突出特點(diǎn)。只有知道了它這些特點(diǎn)，我們才能做出正確設(shè)計(jì)。我的IIR濾波器設(shè)計(jì)方法是先過模擬濾波器，再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換，后經(jīng)DSP處理，才得最終結(jié)果。這是