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基于DSP的FIR滤波器的设计与实现1基于DSP的FIR滤波器的设计与实现摘要DSP技术一般指将DSP处理器用于完成数字信号处理的方法与技术。目前的DSP芯片以其强大的数据处理功能在通信和其他信号处理领域得到广泛注意并已成为开发应用的热点技术。许多领域对于数字信号处理器的应用都是围绕美国德州仪器所开发的DSP处理器来进行的。DSP芯片是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。主要应用是实时快速的实现各种数字信号处理算法，如卷积及各种变换等。其中利用DSP来实现数字滤波器就是很重要的一种应用，本文深入研究基于美国德州仪器公司(TI)TMS320C5410DSP芯片的滤波器系统软件实现方法，用窗口设计法实现FIR滤波器，给出了MATLAB仿真结果，并在以TITMS320C5410为微处理器的DSK上实现，实验结果表明滤波结果效果良好，达到了预期的性能指标，用时间抽取法实现的FFT/IFFT算法，介绍了自适应滤波器的基本原理及应用，并对LMS算法进行了深入的研究。关键词：DSP；TMS320C5410；FIR滤波器；FFT/IFFT；自适应滤波器基于DSP的FIR滤波器的设计与实现2目录1绪论.......................................................................................................................................................31.1引言.............................................................31.2课题背景及研究意义...............................................41.2.1课题背景....................................................41.2.2研究意义....................................................41.3国内外相关领域的研究.............................................51.4主要研究内容.....................................................62DSP及其开发环境.......................................................72.1.1DSP系统的构成..............................................72.1.3DSP系统硬件电路图..........................................92.2TIDSP介绍.......................................................92.3CCS开发环境.....................................................102.3.1CCS集成开发环境...........................................113FIR滤波器的设计......................................................133.1FIR滤波器的基本理论.............................................133.1.1FIR滤波器的特点...........................................133.2FIR滤波器的常规设计方法.........................................143.2.1窗函数法...................................................143.2.3Chebyshev逼近法...........................................163.3FIR滤波器的MATLAB实现..........................................173.3.1带通滤波器的MATLAB实现.....................................173.3.2低通滤波器的MATLAB实现....................................194FIR滤波器的应用及其DSP实现..........................................214.1FFT/IFFT算法程序及应用..........................................214.1.1FFT设计方法...............................................214.1.2FFT算法的实现.............................................224.1.3FFT算法的仿真和测试结果...................................244.2FIR滤波器的DSP的实现...........................................254.2.1FIR滤波器的实现方法.......................................254.2.2FIR滤波器的软件设计及其调试...............................26参考文献....................................................................................................................................................31附录AMATLAB程序...................................................32附录BFFT的DSP实现程序............................................35基于DSP的FIR滤波器的设计与实现31绪论1.1引言随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为如今一门极其重要的学科和技术领域。数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。数字信号处理（DSP）包括两重含义：数字信号处理技术（DigitalSignalProcessing）和数字信号处理器（DigitalSignalProcessor）。数字信号处理（DSP）是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法、对信号进行采集、滤波、增强、压缩、估值和识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的，其应用范围涉及几乎所有的工程技术领域。在数字信号处理的应用中，数字滤波器很重要而且得到了广泛的应用。按照数字滤波器的特性，它可以被分为线性与非线性、因果与非因果、无限长冲击响应（IIR）与有限长冲击响应（FIR）等等。其中，线性时不变的数字滤波器是最基本的类型；而由于数字系统可以对延时器加以利用，因此可以引入一定程度的非因果性，获得比传统的因果滤波器更灵活强大的特性；IIR滤波器的特征是具有无限持续时间冲激响应，这种滤波器一般需要用递归模型来实现，因而有时也称之为递归滤波器，而FIR滤波器的冲激响应只能延续一定时间，在工程实际中可以采用递归的方式实现，也可以采用非递归的方式实现，但其结构主要还是是非递归结构，没有输出到输入的反馈，并且FIR滤波器很容易获得严格的线性相位特性，避免被处理信号产生相位失真，而线性相位体现在时域中仅仅是h(n)在时间上的延迟，这个特点在图像信号处理、数据传输等波形传递系统中是非常重要的，且不会发生阻塞现象，能避免强信号淹没弱信号，因此特别适合信号强弱相差悬殊的情况。相对于IIR滤波器，FIR滤波器有着易于实现和系统绝对稳定的优势，因此得到广泛的应用；对于时变系统滤波器的研究则导致了以卡尔曼滤波为代表的自适应滤波理论的产生。自适应滤波即利用前一时刻已获得的滤波器参数等结果，自动地调节（更新）现时刻的滤波器参数，以适应信号和噪声未知的统计特性，或者随时间变化的统计特性，从而实现最优滤波。几种主要的自适应滤波器为：最小均方（LMS）自适应滤波器、递推最小二乘（RLS）自适应滤波器、格型自适应滤波器、无限冲击响应（IIR）自适应滤波器。而自适应去噪电路是信号处理领域一个简单应用，一个被噪声污染的信号借助于相关噪声可以把信号提取出来，而噪声不断变化,为了得到较清晰基于DSP的FIR滤波器的设计与实现4的语音信号必须采用自适应去噪技术,随噪声变化进行自适应滤波.滤波器自动调整它们的系数。目前FIR滤波器的实现方法大致可分为三种：利用单片通用数字滤波器集成电路、DSP器件和可编程逻辑器件实现。单片通用数字滤波器使用方便，但由于字长和阶数的规格较少，不能完全满足实际需要，使用以串行运算为主导的通用DSP芯片实现要简单，是一种实时、快速、特别适合于实现各种数字信号处理运算的微处理器，借助于通用数字计算机按滤波器的设计算法编出程序进行数字滤波计算。由于它具有丰富的硬件资源、改进的哈佛结构、高速数据处理能力和强大的指令系统而在通信、航空、航天、雷达、工业控制、网络及家用电器等各个领域得到广泛应用]2[。1.2课题背景及研究意义1.2.1课题背景数字信号处理就是用数字信号处理器(DSP)来实现各种算法，由于具有精度高、灵活性强等优点，已广泛应用在数字图像处理、数字通信、数字音响、声纳、雷达等领域。数字滤波技术又是进行数字信号处理的最基本手段之一，它是对数字输人信号进行运算，产数字输出信号，以改善信号品质，提取有用信息，或者把组合在一起的多个信号分量分离开来为目的。在信号处理领域中，对于信号处理的实时性、快速性的要求越来越高，因此在许多信息处理过程中，如对信号的过滤、检测、预测等，都要广泛地用到滤波器。其中数字滤波器具有稳定性高、精度高、设计灵活、实现方便等许多突出的优点，避免了模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题，因而随着数字技术的发展，用数字技术实现滤波器的功能越来越受到人们的注意和广泛的应用。而有限冲激响应(FIR)滤波器能在设计任意幅频特性的同时保证严格的线性相位特性，在示否音、数据传输中应用非常广泛]3[。1.2.2研究意义用可编程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。因此，我们有必要对滤波器的设计方法进行研究，理解其工作原理，优化设计方法，设计开发稳定性好的滤波器系统。我们将通过DSP设计平台，实现较为重要的FIR和自适应滤波器系统。从而通过本课题的研究，掌握滤波器的设计技术，为通信、信号处理等领域实用化数字滤波器设计提供技术准备。本科题的研究，将为今后设计以DSP为核心部件的嵌入式系统集成提供技术准备，这不仅具有重要的理论意义，同时还具有重要的实际意义。基于DSP的FIR滤波器的设计与实现51.3国内外相关领域的研究20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生，并得到了迅猛的发展。当时还没有DSP，数字信号处理只能依靠MPU来完成。但MPU（微处理器）的速度无法满足高速实时的要求。因此数字信号处理技术多是停留在理论上，得不到广泛的应用，但这为DSP的诞生打下了基础。70年代至80年代初是DSP发展的第二阶段。70年代初，有人提出了DSP的理论和算法基础。但是直到1978，世界上第一个世界上第一枚DSP才诞生，它是由1978AMI公司发布的S2811。1979年美国I