太原理工大学DSP课程设计报告书

本科课程设计报告
课程名称： DSP原理及应用
实验名称： FIR滤波器的DSP实现实验地点：起点机房
专业班级：
学号：
学生：
指导教师：
FIR 滤波器的DSP 实现
一、设计目的
1 了解FIR 滤波器的原理和特性
2. 熟悉设计FIR 数字滤波器的原理和方法
3. 学习FIR 滤波器的DSP 的实现过程。

5. 学习使用CCS 软件。

二、设计容
1
通过MATLAB 来设计一个低通滤波器，并对它进行模拟仿真，确定FIR 滤波
器系数
2. 用DSP 汇编语言及C 语言进行编程，实现FIR 运算，对产生的合成信号滤除信号中高频成分，观察滤波前后波形的变化。

三、设计原理
数字滤波器是将输入的信号序列，按规定的算法进行处理，从而得到所期望的输出序列。

一个线性位移不变系统的输出序列y(n)和输入序列x(n)之间的关系，应满足差分方程为：
()()()∑-=-=1
N I i n x i h n y
对其进行z 变换，可得到FIR 滤波器的传递函数为：
()Z H =()()()∑-=-=10
N n n
z n b z X z Y FIR 滤波算法实际上是一种乘法累加运算。

它不断输入样本，经延时 ，作乘法累加，再输出滤波结果y （n ）。

FIR 滤波器的结构如图1：
图1：FIR滤波器的结构图
可以看出，在数字滤波器中FIR滤波器有以下几个特点：
（1）系统的单位冲激响应h（n）在有限个n值处不为零；
（2）系统函数H（z）在|z|>0处收敛，在|z|>0处只有零点，有限z平面只有零点，而全部极点都在z=0处；
（3）结构主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈。

在DSP芯片中，实现z-1算法很方便，可采用循环缓冲区法，其特点如下：（1）对于N级FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区（窗），用来放最新的N个输入样本；
（2）从最新样本开始取数；
（3）读完最后一个样本后，输入最新样本来代替最老样本，而其他数据位置不变；
（4）用片循环缓冲区长度寄存器对缓冲区进行间接寻址，是循环缓冲区地址首位相邻。

使用CCS开发应用程序的一般步骤
(1) 打开或创建一个工程项目文件
(2) 编辑各类文件
(3) 对工程项目进行编译
(4)对结果和数据进行分析和算法评估利用CCS集成开发软件，用户可以在一个开发环境下完成工程项目创建、程序编辑、编译、、调试和数据分析等工作环节
四、设计方案
1、利用MATLAB来确定FIR滤波器的参数；
具体方法为：利用fir2函数产生滤波系数：b=fir2(n-1,f,m),参数n为滤波器的阶数；f为频率参数，m表示低通
2、启动CCS，在CCS中建立一个C源文件和一个命令文件，并将这两个文件添加到工程，再编译并装载程序；
3、设置波形时域观察窗口，得到滤波前后的波形变化图；
4、设置频域观察窗口，得到滤波前后的频谱变化图。

4设计参数：
设计一个低通滤波器，其设计参数为：滤波器阶数40，截止频率w
p =0.4π，w
s
=0.45
π。

五、设计程序
1、MATLAB程序
2、C源文件
#include "s.h"
#include "math.h"
#define signal_1_f 200
#define signal_2_f 620
#define signal_sample_f 2000
#define pi 3.1415926
#define coff_L 23
#define bufer_L 256
int data_in[bufer_L];
int out[bufer_L] ;
int firout;
int x[coff_L+1];
int k=0;
int bufer=bufer_L;
extern int fir(int *,int);
extern int init(int *,int);
extern int outdata(int *,int,int); void inputwave();
void main()
{
inputwave();
init(x,BL);
while(1)
{
x[0]=data_in[k];
firout=fir(x,BL);
outdata(out,firout,bufer);
k++;
if(k>=bufer_L)
{
k=0;
}
}
}
void inputwave()
{
float wt1;
float wt2;
int i;
for(i=0;i<=bufer_L;i++)
{
wt1=2*pi*i*signal_1_f;
wt1=wt1/signal_sample_f;
wt2=2*pi*i*signal_2_f;
wt2=wt2/signal_sample_f;
data_in[i]=(cos(wt1)+cos(wt2))/2*32768; }
}
3、汇编源文件
.global _fir,_init,_B,_outdata
_fir
bset frct
amov #_B,xdp
mov #_B,cdp
mov t0,ac0
sub #1,ac0
mov ac0,mmap(csr)
add ac0,ar0
mov #0,ac0
rpt csr
macmz *ar0-,*cdp+,ac0
mov hi(ac0),t0
ret
_init
mov mmap(t0),ac0 sub #1,ac0
mov ac0,ar7
rptz ac0,ar7
mov ac0,*ar0+
ret
_outdata
mov t1,ac0
sub #2,ac0
mov ac0,mmap(csr) add ac0,ar0
rpt csr
delay *ar0-
mar *ar0+
mov t0,*ar0
ret
4、命令文件
-stack 0x500
-sysstack 0x500
-heap 0x1000
-c
-u _Reset
-l rts55.lib MEMORY
{
PAGE 0:
RAM(RWIX): origin=0x000100, length=0x01ff00 ROM(RIX): origin=0x020100, length=0x01ff00 VECS(RIX): origin=0xffff00, length=0x000200 PAGE 2:
IOPORT(RWI):origin=0x000000, length=0x020000 }
SECTIONS
{
.text >ROM PAGE 0
.data >ROM PAGE 0
.bss >RAM PAGE 0
.const >RAM PAGE 0
.sysmem >RAM PAGE 0
.stack >RAM PAGE 0
.sysstack >RAM PAGE 0
.switch >RAM PAGE 0
.cinit >RAM PAGE 0
.pinit >RAM PAGE 0
.vectors >VECS PAGE 0
.ioport >IOPORT PAGE 2
}
六、结果分析
（1）滤波前
图2：输入时域波形
图3：输入频域波形（2）滤波后
图4：输出时域波形
图5:：输出频域波形
由以上容可以看出，时域图中，滤波前波形有很多毛刺，滤波后，是平滑的等幅正弦波，而且滤波后最大振幅有所减小。

频域图中，滤波前有两个带尖峰的图像，滤波后只有一个带尖峰图像，而且是出现在低频部分，说明信号经过低通滤波器后，将信号中的高频成分滤除掉了。

滤波前后时域、频域特性对比总结如下：
时域频域
滤波前波形有较多毛刺平滑的等幅正弦波
滤波后两个带尖峰一个低频带尖峰
表1：滤波前后时域、频域对比。