改进型FIR数字滤波器设计.docx

Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.一种改进型型的FIIR数字字滤波器器设计 在数字字信号处处理中，滤滤波占有有极其重重要的作作用，数数字滤波波器是谱谱分析、雷雷达信号号处理、通通信信号号处理应应用中的的基本处处理算法法目前前常用的的滤波器器设计方方法普遍遍采用MMatllab仿仿真，DDSP实实现但但这一传传统设计计方法需需要的开开发周期期较长，且且设计过过程反复复进行，非非常不便便 针对这一问问题，出出现了系系统级设设计方法法的构想想将Maatlaab算法法仿真和和DSPP的实现现融合在在一起文文中应用用Mattlabb Liink Forr CCCS DDeveeloppmennt TToolls进行行系统级级设计，来来完成FFIR滤滤波器的的设计 1 FIRR数字滤滤波器设设计的基基本步骤骤 数字滤波器器根据其其冲激响响应函数数的时域域特性，可可分为22种，即即无限长长冲激响响应（IIIR）滤滤波器和和有限长长冲激响响应（FFIR）滤滤波器FFIR系系统不像像IIRR系统那那样易取取得较好好的通带带和阻带带衰减特特性，要要取得较较好的衰衰减特性性，一般般要求HH（z）阶阶次要高高，也即即M要大大。

FIIR系统统有自己己突出的的优点：：系统总总是稳定定的；易易实现线线性相位位；允许许设计多多通带（或或多阻带带）滤波波器，后后两项都都是IIIR系统统不易实实现的FFIR数数字滤波波器的设设计方法法有多种种，如窗窗函数设设计法、频频率采样样法和CChebbyshhev逼逼近法等等随着着Mattlabb软件尤尤其是MMatllab的的信号处处理工作作箱的不不断完善善，不仅仅数字滤滤波器的的计算机机辅助设设计有了了可能，而而且还可可以使设设计达到到最优化化 FIR数字字滤波器器设计的的基本步步骤如下下[1]]： （1）确定定技术指指标 在设计一个个滤波器器之前，必必须首先先根据工工程实际际的需要要确定滤滤波器的的技术指指标在在很多实实际应用用中，数数字滤波波器常被被用来实实现选频频操作因因此，指指标的形形式一般般在频域域中给出出幅度和和相位响响应幅幅度指标标主要以以2种方方式给出出第一一种是绝绝对指标标他提提供对幅幅度响应应函数的的要求，一一般应用用于FIIR滤波波器的设设计第第二种指指标是相相对指标标他以以分贝值值的形式式给出要要求本本文中滤滤波器的的设计就就以线性性相位FFIR滤滤波器的的设计为为例。

（2）逼近近 确定了技术术指标后后，就可可以建立立一个目目标的数数字滤波波器模型型（通常常采用理理想的数数字滤波波器模型型）之之后，利利用数字字滤波器器的设计计方法（窗窗函数法法、频率率采样法法等），设设计出一一个实际际滤波器器模型来来逼近给给定的目目标 （3）性能能分析和和计算机机仿真 上两步的结结果是得得到以差差分或系系统函数数或冲激激响应描描述的滤滤波器根根据这个个描述就就可以分分析其频频率特性性和相位位特性，以以验证设设计结果果是否满满足指标标要求；；或者利利用计算算机仿真真实现设设计的滤滤波器，再再分析滤滤波结果果来判断断2 FIRR数字滤滤波器的的传统设设计方法法 传统的FIIR数字字滤波器器设计流流程分为为2个部部分：开开发设计计和产品品实现在在开发设设计部分分完成方方案设计计和算法法设计与与验证，一一般用MMatllab语语言进行行仿真，当当仿真结结果满意意时，再再进入产产品的实实现阶段段在实实现阶段段，将开开发设计计的阶段段的算法法用C//C＋＋＋或者汇汇编语言言实现，在在硬件的的单片机机或DSSP目标标板上实实现 下面以电力力系统中中的用于于滤除高高次谐波波的低通通滤波器器为例，介介绍设计计线性相相位FIIR低通通数字滤滤波器的的传统设设计方法法。

2.1 FFIR滤滤波器的的Mattlabb仿真[[2] 在电力分析析实验仪仪中，只只要求分分析200次以下下的谐波波，300次以上上的谐波波由抗混混叠滤波波器滤波波，200－300次的谐谐波则由由数字滤滤波器滤滤除所所以电力力系统的的低通滤滤波器的的技术指指标如下下：通带带截止频频率为11 0000Hzz，阻带带截止频频率为11 5000Hzz，通带带波纹为为0.0001，阻阻带波纹纹为0..0011，采样样频率为为4 0000HHz，阻阻带衰减减小于550 ddB，因因此设计计中采用用汉明窗窗比较合合适 FIR滤波波器的设设计用MMatllab数数字信号号处理软软件包提提供的专专用函数数来直接接求取是是非常方方便的 先求出滤波波器的阶阶数N：：N＝cceill（n）＋＋1，通通过相关关程序仿仿真可以以计算出出N＝228 滤波器h（nn）的系系数和他他的幅频频特性：： 调用格式为为：b＝＝firr1（NN，wcc,’fftyppe’,,winndoww）或bb＝fiir2（NN，wcc，m，wwinddow）；；编制程程序并运运行，表表1为计计算所得得滤波器器系数，图图1所示示为设计计的低通通滤波器器频率响响应曲线线。

由此此可见基基本满足足性能指指标hh（n）的的系数见见表1 输入一混叠叠信号来来测试所所设计滤滤波器的的功能：：输入信信号是频频率为ff1＝4000Hzz和f22＝1 8000Hz的的正弦交交流信号号S1＝siin（4400××2πtt）； S2＝siin（118000×2ππt）；； S＝S1＋＋S2 图2为混叠叠信号波波形S＝＝S1＋S2 图3经滤波波器滤波波后的波波形由由此可见见，仿真真结果基基本令人人满意然然后用DDSP来来实现系系统将上述系统统存盘，建建立一个个数据文文件fiir011.txxt，将将Mattlabb中产生生的fiir011.txxt文件件，通过过执行转转换命令令，将自自动变换换为Fiirdaata..incc滤波器器系数文文件转转换命令令为（在在Mattlabb下）：：！fiirdaata ficc01..txtt 2.2 FFIR数数字滤波波器的CC54实实现 TMS3220C554166有很强强的数据据处理功功能[33]，带带数据移移位的加加法指令令MACCD在循循环执行行时，一一但流水水线启动动，该指指令就变变为单周周期指令令可以以快速完完成滤波波器的设设计和运运算。

下面讨论上上述仿真真得到的的FIRR滤波器器的设计计[4]]，程序序流程图图如图44所示 根据上述运运算和流流程图编编制对称称FIRR低通滤滤波器程程序，源源程序清清单略在在CCSS50000上进进行仿真真调试运运行，利利用观察察窗口可可以看到到如下图图形，并并分析输输入信号号和输出出信号的的频谱，结结果如图图5，图图6所示示 输入信号是是频率为为f1＝4000Hzz和f22＝1 8000Hz的的正弦交交流信号号的叠加加通过过观察频频域和时时域图，得得知：输输入波形形中的低低频波形形通过了了滤波器器，而高高频部分分则被滤滤除滤滤波器实实现了目目标要求求 这种方法尽尽管能设设计出较较好的滤滤波器但但需要用用CCSS把目标标DSPP程序运运行的中中间结果果保存到到PC机机的硬盘盘上，然然后调到到Mattlabb工作空空间，与与Mattlabb算法的的中间结结果进行行比较，可可以发现现DSPP程序中中由于设设计或者者精度导导致的结结果偏差差如此此过程反反复进行行，非常常不便 下面提出了了一种改改进型的的设计方方法 3 滤波器器设计的的改进方方法 目前提出了了一种系系统级设设计方法法的构想想[5]]。

系统统级设计计方法的的核心是是将算法法设计与与系统级级设计仿仿真在统统一的环环境中进进行，进进而将开开发流程程的两个个部分有有效地结结合在一一起进进行系统统级设计计需要一一个统一一的开发发环境，且且在该开开发环境境中可以以对系统统结构、算算法进行行描述，还还能够对对系统不不同层次次、不同同组件和和不同数数据类型型进行建建模MMatllab Linnk ffor CCSS Deevellopmmentt Tooolss就是为为了完成成系统级级设计出出现的 3.1 MMatllab Linnk ffor CCSS Deevellopmmentt Tooolss简介 Mathwworkks公司司和TII公司联联合开发发的Maatlaab LLinkk foor CCCS Devveloopmeent Toools（CCCS Linnk）提提供了MMatllab 和CCCS的接接口，即即把Maatlaab和TTI CCCS及及目标DDSP连连接起来来利用用此工具具可以像像操作MMatllab变变量一样样来操作作TI DSPP的存储储器或寄寄存器，即即整个目目标DSSP对于于Mattlabb好像是是透明的的，开发发人员在在Mattlabb环境中中就可以以完成对对CCSS的操作作。

Maatlaab LLinkk foor CCCS Devveloopmeent Toools可可以支持持CCSS能够识识别的任任何目标标板，包包括TII公司的的DSPP，EVVM板和和用户自自己开发发的目标标DSPP（C220000，C550000，C660000）板 3.2 系系统级设设计探讨讨 CCS LLinkk向用户户提供的的3种接接口如图图7，可可以完成成系统级级设计 3.3 数数字滤波波器的系系统级设设计方法法 利用Linnk ffor CCSS IDDE接口口实现CCCSIIDE和和Mattlabb之间的的连接来来设计FFIR数数字滤波波器，利利用此连连接可以以在Maatlaab控制制下操作作DSPP的应用用程序，利利用Maatlaab中强强大计算算分析、可可视化工工具来分分析和对对比目标标程序运运行中的的结果，大大大缩短短调试开开发系统统的周期期 具体设计步步骤如下下[6]]： （1）选择择DSPP型号：：实验中中用TMMS3220C554166DSPP； （2）创建建CCSS IDDE连接接对象；； （3）利用用Mattlabb把文件件加载到到CCSS IDDE中；； （4）在MMatllab环环境下对对CCSS IDDE连接接对象进进行操作作； （5）关闭闭CCSS IDDE连接接对象。

从这个设计计步骤中中可以看看出，在在Mattlabb环境下下操作DDSP中中变量或或者寄存存器是很很方便的的这样样就可以以在Maatlaab环境境下完成成DSPP程序的的仿真调调试而而不用像像传统的的开发要要把DSSP运行行结果调调回PCC机验证证，方便便了开发发设计，缩缩短了开开发周期期 用这种方法法所设计计滤波器器结果和和上面基基本相同同，只是是设计过过程得到到了很大大简化，方方便了开开发设计计 4.结语 应用Mattlabb对DSSP进行行系统级级的设计计极大地地改进了了传统的的设计方方法MMatllab系系统级的的设计环环境，有有助于在在设计早早期发现现错误和和应对系系统复杂杂性不断断增加的的挑战，方方便了复复杂DSSP应用用系统的的设计所所设计的的数字滤滤波器和和传统设设计的滤滤波器比比较，速速度提高高了很多多，设计计过程得得到了很很大的简简化，方方便了开开发设计计 本文摘自《现现代电子子技术》。