毕业设计论文FIR数字滤波器设计及实现.doc

目录FIR数字滤波器设计及实现目 录摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iAbstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ii引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1第1章 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 数字滤波器简介 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 FIR数字滤波器的基本原理和结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.3 FIR数字滤波器的设计方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 第2章 FIR数字滤波器的设计 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.1 用窗函数法设计FIR滤波器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.1.1 窗函数法的原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.1.2 常用窗函数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.1.3 窗函数法设计的基本步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.2 FIR数字滤波器的设计和性能分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.2.1 用MATLAB仿真工具进行滤波器设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.2.2 程序运行结果及性能分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10第3章 FIR数字滤波器的DSP实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．143.1 系数对称FIR滤波器的实现方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．143.2 建立DSP汇编程序的FIR数字滤波器系数文件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．153.3 产生输入信号序列．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.4 CCS5000编译、调试及仿真结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 3.5 DSP硬件调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28[参考文献] ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29引言引言数字信号处理技术及其应用，目前正以惊人的速度向前发展着。

随着大规模集成电路的出现和数字部件的成本下降、体积缩小及运算速度提高，数字信号处理的应用日益广泛数字滤波是数字信号处理的基本方法而数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，几乎出现在所有的数字信号处理系统中数字滤波器大略可分为有限冲激响应型(FIR)和无限冲激响应型(IIR)两类，可用硬件和软件两种方式实现在硬件实现方式中，它由加法器、乘法器等单元组成，这与电阻器、电感器和电容器所构成的模拟滤波器完全不同，而软件上可以借助MATLAB来仿真而FIR滤波器是一种常用的滤波器，能实现各种各样的功能，诸如低通滤波、带通滤波、抗混叠、抽样和内插等在设计任意幅频特性的同时能够保证严格的线性相位特性因此，它在图像处理以及数据传输、无线通信等数字信号处理中有着广泛的应用DSP是一种专门为快速实现各种数字信号处理算法而设计的、具有特殊结构的微处理器用可编程DSP芯片实现数字滤波可通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性，主要应用于实时快速地实现各种信号的数字处理算法用DSP芯片实现数字滤波具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点外，还具有灵活性强等特点本文利用窗函数法，并借助MATLAB程序设计语言，设计FIR数字滤波器。

基于TMS320VC5409[7]芯片的数字信号处理功能，编写DSP汇编语言程序，采用循环寻址模式实现该滤波器通过使用CCS应用软件进行仿真，可以观察到该滤波器的滤波效果，最终在TDS-510并口开发系统和DSP5409评估板上实现了该滤波器第1章 概述第1章 概述随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为当今一门极其重要的学科和技术领域数字滤波是谱分析、雷达信号处理、通信信号处理应用中的基本处理算法与模拟滤波相比，数字滤波有很多优点，例如它可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求，可以避免模拟滤波器无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题用可编程DSP芯片实现数字滤波可通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性 1.1 数字滤波器简介数字滤波器的功能就是把输入序列通过一定的运算变换成输出序列，因此数字滤波器的结构系统中就必须包括一定数量和性能的运算器件和运算单元，而运算器件和运算单元的配置必须由数字滤波器的结构特点和性能特点来决定在现代电子系统中，数字滤波器的好坏对相关的众多工程技术领域影响很大，一个好的数字滤波器会有效的推动众多工程技术领域的技术改造和学科发展数字滤波器依据冲激响应的宽度划分为有限冲激响应(FIR)滤波器和无限冲激响应滤波器(IIR)。

FIR 滤波器在数字通信系统中被大量使用，以实现各种各样的功能，诸如低通滤波、带通滤波、抗混叠、抽样和内插等等FIR数字滤波器以其良好的线性特性被广泛使用，属于数字信号处理的基本模块之一它涉及的领域很广，如:通信系统、系统控制、生物医学工程、机械振动、遥感遥测、地质勘探、航空航天、电力系统、故障检测、自动化仪器等与IIR数字滤波器相比，它的最大优点就是可以实现线性相位滤波，而IIR主要是针对幅频特性进行逼近，相频特性会存在不同程度的非线性在数字通信和图像传输与处理等应用场合都要求滤波器具有线性相位特性许多工程技术领域都涉及到信号，这些信号包括电的、磁的、机械的、热的、声的、光的及生物体的等等如何在较强的背景噪声和干扰信号下提取出真正的信号并将其用于实际工程，这正是信号处理要研究解决的问题20世纪60年代，数字信号处理理论得到迅猛发展，理论体系和框架逐渐趋于成熟，到现在它己经成长为一门独立的数字信号处理学科数字滤波器它可以将输入信号的某些频率成分或某个频带进行压缩，放大，从而改变输入信号的频谱结构，因此也可以说是个频率选择器另外滤波的概念还包括对信号进行检测和参数估计数字滤波是提取有用信息非常重要、非常灵活的方法，是现代信号处理的重要内容。

因而在数字通信、语音图像处理、谱分析、模式识别、自动控制等领域得到了广泛的应用相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等，这些优势决定了数字滤波器的应用将会越来越广泛......1.2 FIR数字滤波器的基本原理和结构 设h(n)(n=0，1，2，…，N一1)为滤波器的冲激响应，输入信号为x(n)，则滤波器FIR就是要实现差分方程： (1-1) 公式(1-1)就是FIR滤波器的差分方程N为滤波器的阶数它的单位脉冲响应h(n)是一个有限长序列由上面的方程可见，FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算，它不断地输入样本x(n)，经延时(z-1)，做乘法累加，再输出滤波结果y(n)[4,5,6]对公式(1-1)进行z变换，整理后可得FIR滤波器的传递函数为 (1-2)从公式(1-2)可以看出，FIR滤波器的一般结如图1-1所示：图1-1 FIR滤波器的结构图 由公式(1-1)、公式(1-2)可见H(z)为z-1的N-1阶多项式，它在z平面上有N-1个零点并在原点z=0处有N-1重极点。

故H(z)永远为稳定系统所以FIR滤波器具有如下特点：① 给h(n)附加一定条件就可以实现严格的线性相位特性；② FIR滤波器的稳定性，在设计过程中不必考虑系统的稳定性问题；③ 由于h(n)为有限长，便于采用FFT进行系统运算，运算效率高；④ FIR滤波器的阶数由h(n)的长度决定，所以一个具有良好的幅频特性的FIR滤波器的阶数往往都比较高1.3 FIR数字滤波器的设计方法使用FIR滤波器可以实现严格的线性相位特性，但其幅频特性的设计方法与IIR滤波器完全不同FIR滤波器的设计方法有：窗函数法、频率采样法、切比雪夫等波纹逼近法等FIR数字滤波器的设计思想是：在保证线性相位条件的前提下，选择合适的h(n)长度，使其传输函数H(ejω)满足技术指标要求本文采用窗函数法设计FIR数字滤波器第2章 FIR数字滤波器的设计第2章 FIR数字滤波器的设计MATLAB是一套用于科学计算的可视化高性能语言与软件环境它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个界面友好的用户环境它的信号处理工具箱包含了各种经典的和现代的数字信号处理技术，是一个非常优秀的算法研究与辅助设计的工具在设计数字滤波器时，通常采用MATLAB来进行辅助设计和仿真。

[1]2.1 用窗函数法设计FIR滤波器2.1.1 窗函数法的原理窗函数设计法的基本思想是要选取某一适合的具有理想频率特性的滤波器，然后将它的脉冲响应截断以得到一个线性相位和因果的FIR滤波器因此，这种方法的重点在于选择某种恰当的窗函数和一种合适的理想滤波器设所希望得到的滤波器的理想响应为 (2-1)那么FIR滤波器的设计就是在于寻找一个传递函数H(ejω)： (2-2)用H(ejω)去逼近Hd(ejω)，设 (2-3)由于Hd(ejω)的矩形频率特性，故hd(n)一定是无限长的序列，而且是非因果的要设计的FIR滤波器其h(n)必然是有限长的，所以要用有限长的h(n)来逼近无限长的hd(n)，最有效的方法是截断hd(n)，或者说用一个有限长的窗口函数序列w(n)来截取。