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1、 学科分类号 本 科 毕 业 设 计 题目(中文)： 基于DSP的IIR滤波器设计 (英文)： The Design of IIR Filter Based on DSP Chip 姓 名 学 号 院 (系) 专业、年级 指导教师 二 年 月 目录摘要1Abstract.11 绪论31.1 认识数字信号处理和IIR数字滤波器31.2数字滤波器的实现方法41.3 主要研究内容62 滤波器原理基础72.1 IIR数字滤波器的优缺点72.2 IIR数字滤波器的设计方法和原理92.2.1 脉冲响应不变法122.2.2 双线性变换法142.3 IIR滤波器的基本结构173 IIR滤波器的设计过程及DSP
2、的实现213.1 IIR滤波器的设计过程213.2 DSP系统的设计流程223.3 IIR数字滤波器在DSP上的实现22参考文献28附录29致谢32外文文献译文1-3外文文献原文基于DSP的IIR滤波器设计电子信息科学与技术 2011级 岳瑶摘要：数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于众多领域的新兴学科。早在20世纪60年代，数字信号处理(即信号的数字化及数字处理)理论已经被被提出，到20世纪70年代，DSP理论和算法基础才被人提出。不久之后，1982年世界上第一枚DSP芯片诞生了。这枚DSP芯片在当时运算速度很快，尤其是在编
3、码解码和语音合成方面得到广泛应用。随着科学技术的飞速发展，数字化硬件技术得到长足的发展，这就带动了数字信号处理的飞速发展，也使得它得到了很多的实际应用，由此奠定了DSP这一词的地位。之后，DSP芯片的科研不断推陈出新，每一代的DSP芯片都向着使运算速度更快、精度更高的目标发展，应用于通信、语音、医疗、仪器仪表和家用电器等人类生产生活的各个领域。本文主要讲述了IIR滤波器的设计原理和在DSP上实现IIR滤波器的过程。通过MATLAB设计了一个无限冲击响应(IIR)滤波器，并基于DSP数字信号处理芯片，在CCS集成开发环境下利用汇编语言编程实现了该滤波器，并对滤波器的性能进行了测试分析，结果表明：
4、所设计的滤波器能有效实现滤波。关键词：IIR滤波器；DSP芯片；数字信号处理；模拟滤波器The Design of IIR Filter Based on DSP ChipYueYao Grade2011 ElectronicInformationScienceandTechnologyAbstract:Digital Signal Processing is an emerging discipline involvesmany discipline and is widely used inmany fields.In the early 1960s, digital signal pro
5、cessing (in other words is digitization and digital processing of signals) theories have been proposed,In twentieth Century70 time,DSP theory andalgorithmwas proposedbased on.Soon after in 1982the worldsfirstDSP chipwas born. TheDSP chip in the operation speed is very fast,especially inthe coding an
6、d decodingof speechsynthesis.With the development of science and technology,the digitalhardwaretechnology is developing rapidly,whichled to therapid development ofdigital signal processing,but makesit havemany practical applications,thus laid the words DSP status After the research to bring forth th
7、e new through the old DSP chip,DSP chipof each generationto make faster, more accuratetarget development,each field applied in communication,speech medical instruments andappliances,such asthe production of human life. This paper describes thedesign principle of IIR filterandIIR filterin the DSP pro
8、cess.Based on the MATLAB designed an infinite impulse response filter,which is based on the DSP digital signalprocessing chip, in the realization of the filter isthe use of assembly language programming of CCS integrated development environment,andthe performance of the filterswere tested and analyz
9、ed,the resultsshow that:the designed filtercan effectively realize the filter.Key words: IIR filter;DSP chip;Digital Signal Processing;Analog filter 1 绪论1.1 认识数字信号处理和IIR数字滤波器数字滤波器是数字信号处理重要组成部分之一，数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理1，以得到符合人们需要的信号形式。换而言之，数字信号处理就是按照一定的规则或者数学规律对需要处理的信号进
10、行测量或加工，使之达到便于人们分析和利用的层面。数字信号处理在DSP理论和算法提出以后得到了长足的发展和进步，使得这种技术得到了广泛的应用；而数字信号处理的应用同时也促进了数字信号处理理论的发展。人们可以在语音处理、音像合成、生物科技、医疗器械、机械设备、地理勘探等方面，见到它在其中扮演一个很重要也很好的角色。举个例子，在数学领域中，数值分析、随机过程、概率统计、微积分等都是数字信号处理的基本工具。近年来新兴的一些领域也用到了数字信号处理的技术，比如人工智能、模式识别、神经网络等2。其中，数字滤波技术是数字信号处理中相当重要的一种技术。数字滤波是用数字设备，通过一定的数学算法对采样的输入信号进
11、行处理，保留需要的频段信号，滤除不需要的频段信号甚至是噪音，输出经过变换的一组输出信号，这一信号处理的过程叫做数字滤波。实际上，滤波器按信号处理的方式来分，可以分为模拟滤波器和数字滤波器。数字滤波器是由加法器、乘法器、延迟器等基本单元进行相应连接以实现相应的数学运算过程的一种装置或者算法3。数字滤波器是应用于离散系统中，对离散信号或波形进行滤波的装置。而模拟滤波是多应用于连续系统中,对连续信号或波形进行相应频段的过滤的装置。相对于模拟滤波器来说，数字滤波器可靠性更高一些，它对外界环境不如模拟滤波器那么敏感。由于它是用在离散系统中处理离散信号。相对于模拟滤波器，它有更精确的相位表示，适合灵活性较
12、高的操作，且方便存储和利用。数字滤波器可以分为有限冲击响应(FIR)和无限冲击响应(IIR)。有限冲击响应滤波器是对单位冲击的输入信号有有限长的序列响应，相对无限冲击响应滤波器来说，它的稳定性大大好于无限冲击响应滤波器4。但是无线冲击响应滤波器的相位是非线性的，它能用相对来说比较少的阶位取得较好的相对来讲比较好的幅度响应。尽管无限冲击响应滤波器会因为它的结构存在反馈，而造成响应的系统的不稳定性，但是对于非线性系统来说，它的不稳定性是可以忽略的。由于有限冲击响应滤波器比较容易设计成线性相位结构，补偿全通系统中的相位，获得在通带范围内比较相近于线性的相位。因此，在线性系统中我们可以采用有限冲击响应
13、滤波器，而在非线性系统中，则需要无限冲击响应滤波器大展神通。1.2数字滤波器的实现方法数字滤波器的实现方法一般有以下几种:(1)在通用的微型计算机(如个人电脑)上用软件(如MATLAB、ADI等)实现。其中，那些软件可以用市面上已经在广泛应用的各类编程软件，也可以自己设计编写。这种用计算机中的软件实现的方法有很多缺点，比如速度太慢，不能用于实时系统，基本上只能应用于学校教学演示中DSP算法的模拟与仿真5。(2)在通用的PC系统中外加上专业性的加速DSP处理机实现3。这种方法由于专业性比较强，应用受到很大限制，所以不便于系统的独立运行。(3)用通用的单片机实现。单片机采用片内程序空间和数据空间合
14、在一起的冯诺依曼(John Von Nouma)结构，运行速度慢，所以这种方法只能适用于一些不太复杂的数字信号处理，比如简单Process Identifier的控制算法。(4)用通用的可编程DSP芯片实现。可编程的DSP芯片利用改进后的哈佛总线结构，内部有硬件乘法器、累加器，程序空间和数据空间分开，使用流水线结构，具有良好的并行(同时取指令和取操作数)特点，允许程序空间和数据空间之间可以相互交流传送数据，并有专门设计的适用于数字信号处理的指令系统，节约了一个指令周期的时间等。DSP芯片是专门为数字信号处理所设计的，一般的芯片运算速度都很快、稳定性很好，可以编程。其中性能比较好应用比较广泛的有
15、T1公司生产的TMS320C2000系列，TMS320C54x系列，TMS320C28x系列，TMS320C5000系列，TMS320C6000系列等。（5） 用专用的DSP芯片实现。在一些特殊的场合，要求的信号处理过程固定且要求处速度极高，但是通用的DSP芯片很难实现(例如用于卷积、数字滤波、FFT、相关等算法的专用DSP芯片)，专用的DSP芯片已确定固定的算法结构，再将这相应的固定信号处理算法在芯片内部用硬件实现6。它们体积小，速度快，而且无须进行编程，只是灵活性比较低。1.3 主要研究内容本文主要研究基于DSP的IIR滤波器设计的基本原理、设计过程以及实现方法，研究如何通过MATLAB来
16、通过DSP芯片实现滤波功能。本论文选择了TMS320C6713芯片，研究在该芯片上如何利用MATLAB仿真得到的滤波器系数，编程实现IIR数字滤波器，得出滤波结果波形，并对结果进行分析与总结。2 滤波器原理基础2.1 IIR数字滤波器的优缺点滤波是信号处理的一种最基本和最重要的技术，利用滤波技术可以从复杂的信号中提取有用的信号，抑制不需要的信号。数字滤波器的输入输出均为数字信号，它是通过一定的运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分。数字滤波器是数字信号处理中广泛使用的一种线性系统，是数字信号处理的基础7。相对于模拟滤波器来说，数字滤波器有一些优点是，模拟滤波器所没有的。
17、它们分别是：(1)数字滤波器有真正的线性相位响应，只要幅频响应曲线不是剧烈变化的，就可以使用IIR滤波器来设计。(2)数字滤波器的精度比模拟滤波器高。数字滤波器的精度仅仅是受限于它所采用的字长，数字滤波器可以在极细精度上来滤波，比如过滤掉2001Hz和1999Hz的信号，留下2000Hz的信号。在实践中，模拟滤波器的精度非常受限制，现有的设备能实现的最大阻带衰减是6070dB，即使是在理论中，这些也是模拟滤波器无法实现的。(3)组成数字滤波器的器件的性能特别稳定，不会像模拟滤波器那样随着环境指数(例如，温度、电压、时间等)的变化而改变，可靠性非常高。器件性能随环境变化而改变的滤波器需要经常校验
18、，非常麻烦且误差大。(4)数字滤波器中有一种自适应滤波器，它的频率响应可以在一个可编程的处理器的帮助下，自动的调整。(5)数字滤波器相比模拟滤波器有更高的信噪比。这主要是因为数字滤波器是以数字器件执行运算，从而避免了模拟电路中噪声(如电阻热噪声)的影响。数字滤波器中主要的噪声源是在数字系统之前的模拟电路引入的电路噪声以及在数字系统输入端的模数转换过程中产生的量化噪声。这些噪声在数字系统的运算中可能会被放大，因此在设计数字滤波器时需要采用合适的结构，以降低输入噪声对系统性能的影响8。(6)模拟滤波器无法在极低的频率下运行，但是数字滤波器可以在极低的频率下运行，它可以仅仅通过改变抽样频率就能在很大
19、的频率范围内工作。很多行业需要在极低频率下，比如在生物医学中，这里采用模拟滤波器是不可以的，只能用数字滤波器。、(7)不管是已经经过滤波的还是未经过滤波的数据，都能保存起来预备将来用。(8)对大于等于一个的信号或者通道进行滤波，不需要重复硬件，只用一个数字滤波器就可以搞定，滤波程序可以共用。模拟滤波器用的器件又多又大又重，电路非常复杂，如果要求多器件也要增加；如果电路参数改变，那么模拟滤波器的电路也要跟着改变。(9)数字滤波器可以通过一定的技术使它的体积可以更小、功耗更低、价格更便宜。每件事情都是两面性的，滤波器有优点也有缺点。相对于模拟滤波器，数字滤波器的缺点有一下几条：(1)速度限制：模拟
20、滤波器比数字滤波器能实时处理的最大信号带宽高得多9。由于数字滤波器数字信号处理的最大信号带宽太低，在A/D转换D/A转换过程中就引入了速度限制。其中，这个A/D转换和D/A转换的建立时间限制了能够处理的最高频率。数字处理器的速度严重限制了数字滤波器的运行速度，滤波算法必须执行的算术操作的数目也会限制数字滤波器的运行速度。数字滤波器的响应越紧凑，那么滤波器的速度就越快。(2)设计和开发期的限长：数字滤波器的公用性比较高，所以它的软件和硬件的设计和开发期限都远远高于模拟滤波器。但是，一旦软件和硬件都设计、开发完成以后，可以对几个信号或者通道进行滤波，不需要专门改动软硬件。模拟滤波器的软件和硬件的设
21、计和开发时间相对比较短，但是如果滤波的信号或者通道不同，那么模拟滤波器的软件和硬件都需要重新改动7。(3)有限字长效应：数字滤波器量化的一个连续信号会带有噪音，在计算过程中也会发生的舍入噪声的影响。由于数字滤波器特殊的递归特性，递归的阶数越高，则舍入噪声的累计就会变得越大，那么就可能导致滤波器的不稳定。(4)线性相位模拟滤波器转变为线性相位数字滤波器，频率响应混迭只适应于限带的低通、带通滤波器。2.2 IIR数字滤波器的设计方法和原理在信号采集过程中，由于外界干扰常常会在采集的数据中引入噪声，有时甚至会使信号发生失真，因此对于采集的大量数据往往需要进行滤波，去除干扰数字滤波器是指完成信号滤波处
22、理的功能3。其输入是一组(由模拟信号取样和量化的)数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。它的作用是将有用的信号保留，将对其干扰的信号屏蔽，以完成滤波的功能。数字滤波器是通过对采样数据信号进行数学运算处理来达到频域滤波的目的，也就是说它的本质是将一组数字序列通过一定的运算后转变为另一组输出数字序列。一般，时域离散系统或网络可以用差分方程、单位脉冲响应以及系统函数进行描述。由于数字滤波器滤的信号波是离散系统，定义离散系统的频率响应为输出序列的频谱与输出序列的频谱之比为，相对的关系式为 (2.1)（1） 其中，为输出信号的离散时间的傅里叶(Fourier)变换，为零状态响应时的离散时间的傅里叶(F
23、ourier)变换。它们分别反映的是输入信号和输出信号的频率响应特性。四者的关系是：离散系统在时域可以用n阶常系数线性差分方程来描述，即 (2.2)（2） 在零状态条件下，对2.2式两边进行傅里叶变换，并利用傅里叶时域位移特性，可得：(2.3)（3） 在线性时不变系统系统中做频域分析，系统频域响应表现出来了系统的频率特性，起着十分重要的作用，而且它只跟系统本身的特性有关10。（4） 离散系统的系统函数一般可以表示为的有理多项式形式， (2.4)（5） 当都为0时，由式2.2描述的系统称为有限脉冲响应数字滤波器，简称FIR(Finite-Impulse Response)数字滤波器6。当系数中至
24、少有一个是非0时，式子2.4描述的系统称为无线脉冲响应数字滤波器，简称IIR(Infinite-Impulse Response)数字滤波器。对于FIR数字滤波器，系统函数中的有理多项式的最高次幂M就是其阶数。对于IIR数字滤波器，一般满足，这时将系统称为N阶IIR数字滤波器11。（6） IIR滤波器与FIR滤波器区别开的一大重要特点是具有无限持续时间冲击响应，符合递归模型实现的响应。其中，它的差分方程为： (2.5)（7） IIR数字滤波器设计的基本方法是首先将数字滤波器的设计指标转换为模拟滤波器的设计指标，然后设计模拟滤波器，再将模拟滤波器变换为数字滤波器3。在将变换为时，要求模拟域的映射
25、满足下列两个条件：（8） 两者的频率特性不变，即平面的虚轴必须映射到平面的单位圆上。（1） 变换后的滤波器仍是稳定的，即左半平面必须映射到平面的单位圆内3。常见的将模拟滤波器变换为数字滤波器的方法有两种，分别是脉冲响应不变法(Impulse response method)和双线性变换法(Bilinear transformation method)。接下来将简单的叙述一下这两种方法的基本原理和方法。2.2.1 脉冲响应不变法2.2.1.1 脉冲响应不变法的原理利用模拟滤波器来来设计数字滤波器，换句话说就是使数字滤波器能模仿出模拟滤波器的特性，这种模仿滤波器的特性可以从不同的角度出发。脉冲响应
26、不变法是从滤波器的脉冲响应出发，使数字滤波器的单位脉冲响应序列等间隔抽样来获得对应数字滤波器的单位脉冲响应，即(2.6)Laplace等时间间隔抽样Z变换单位脉冲响应单位脉冲响应模拟滤波器逆变换数字滤波器其中，为抽样间隔。利用脉冲响应不变法变换为的过程如图2.1。图2.1 利用脉冲响应不变法将变换成脉冲响应不变法能将一个因果关系相对较稳定的模拟滤波器变换成一个因果关系相对稳定的数字滤波器。利用采样序列的Z变换与模拟信号的拉普拉斯变换的关系得 (2.7)根据时域抽样定理可知，脉冲响应不变法获得的数字滤波器的频率响应与模拟滤波器的频率响应的关系为 (2.8) 式中为周期频率，即可以为。若模拟滤波器
27、的频率响应是带限的，即： ， (2.9)才能使数字滤波器的频率响应在折叠频率以内重现模拟滤波器的频率响应，而避免产生混叠失真。由上面分析可以得知，在脉冲响应不变法下将模拟滤波器转换为数字滤波器时，由于模拟滤波器的和数字滤波器的之间呈线性关系5。也就是说，一个线性相位的模拟滤波器通过脉冲响应不变法后，得到的依旧是一个线性相位的数字滤波器。所以模拟滤波器的频率响应是在带限或者阻带衰减较大的情况下，数字滤波器能较好的保持模拟滤波器的幅度响应。 脉冲响应不变法实现数字滤波器时，由于数字滤波器带着一定的混叠 ，实际应用中模拟滤波器一般又不满足带限条件。所以，对于模拟滤波器和带通滤波器都可以通过增大模拟滤
28、波器在阻带的衰减或者减小抽样时间间隔T，使之混叠造成的误差在可接受范围内波动。存在严重混叠的模拟高通滤波器和带组滤波器不能用脉冲响应不变法将模拟滤波器转变为数字滤波器。2.2.1.2 脉冲响应不变法的设计方法利用脉冲响应不变法设计带限的数字滤波器，其设计步骤如下：(1)将数字滤波器的相关技术指标转变成模拟滤波器的相关技术指标。利用模拟滤波器的模拟频率和数字滤波器数字频率的关系 (2.10)将数字滤波器的频率指标转换为模拟滤波器的频率指标。式子2.8只对模拟滤波器和数字滤波器的衰减响应的横坐标频率轴进行变换，而对纵坐标衰减幅度没有影响。所以衰减后的模拟滤波器带通衰减和阻带衰减与数字滤波器相同12
29、。（2） 设计模拟滤波器的通带截频、通带衰减、阻带截频、阻带衰减，滤波器可以通过巴特沃夫(Butter worth)模拟低通滤波器，切比雪夫(Chebyshev)I型模拟低通滤波器、切比雪夫II型模拟低通滤波器和椭圆低通滤波器来实现。（3） 利用脉冲响应不变法将模拟低通滤波器的转换成数字滤波器的。用脉冲响应不变法将模拟低通滤波器转换成数字滤波器的方法步骤在图2.5中已经给出。2.2.2 双线性变换法由于数字滤波器不可避免的有带限条件，脉冲响应不变法设计的数字滤波器又不可避免的带有频谱混叠，实际的模拟滤波器却是不带限的，所以双线性变换法的基本思想是先将非带限的模拟滤波器映射为最高频率为的带限模拟
30、滤波器，然后再将模拟滤波器转换为数字滤波器9。双线性变换法是一种常用的IIR滤波器的设计方法，是一种能克服脉冲响应不变法频谱混叠的数字滤波器设计方法。2.2.2.1 双线性变换法的原理由于脉冲响应不变法是从平面到平面是多值的映射关系，造成了它的混叠失真。双线性变换法就是为了克服混叠失真的这一缺点，它家那个模拟滤波器转换成数字滤波器时，不是直接从平面到平面，而是先将非带限的映射为带限的，再通过脉冲响应不变法将平面映射到平面，即。从频域看，模拟滤波器的模拟频率与数字滤波器的数字频率的关系需通过的建立，即。为了将平面的整个虚轴压缩到平面轴上的段上，可以通过以下的正切变换实现 (2.11)式子中，为采
31、样间隔。再将由变化到，映射到整个轴，即(2.12)然后将这个关系解析延展到整个平面和平面，再将平面通过一定标准转换关系映射到平面，令得到平面到平面的映射关系： (2.13) (2.14)式子2.13和式子2.14这两个式子反映的就是平面和平面之间的单值映射关系，这两个线性函数之比的式子，成为双线性变换。对于式子2.11，我们设，式子变成 (2.15) 即 (2.16)由式子2.15和式子2.16可以看出，当时，平面的左半平面映射到平面的单位圆内；当，平面的虚轴映射到平面的单位圆上；当时，平面的右半平面映射到平面的单位圆外8。因此，稳定的模拟滤波器经双线性变换后所得的数字滤波器也一定是稳定的。2
32、.2.2.2 双线性变换法的设计方法利用双线性变换法设计数字滤波器的步骤如下：（1） 根据将数字滤波器的频率指标转换为模拟滤波器的频率指标。（2） 设计通带截频、通带衰减、阻带截频和阻带衰减的模拟滤波器。（3） 利用双线性变换将模拟滤波器转换为数字滤波器。(2.17)双线性变换法是将域的整个虚轴映射到域的单位圆上，因此双线性变换法不存在混叠现象，且与之间不再是线性关系。所以，双线性变换法变换后的数字滤波器的幅度响应也是非线性的。双线性变换法一般不适合设计等幅度响应为非常数的数字滤波器，只是适合于设计幅度响应为分段常熟的数字滤波器。2.3 IIR滤波器的基本结构数字滤波器是离散时间系统，每个离散
33、系统有某种输入、输出的确定的约束关系，可以用不同的多种结构来实现。在无线精度的情况下，这些不同方法的多种实现方法是等效的。但是在现实的实际情况中，市面上任何一种数字信号处理系统的资源都是有限的，数字滤波器参数以及按需求所做的运算结果都要存储在有限长的存储单元中，以有限位数来表示9。有限长的字节数表示的参数或者数值都一定是会存在误差的，存储当中存在的误差必然会引起后面量化或者启用存储数值做运算的运算结果。这样的误差，会使得滤波器的精度、稳定性、运算速度或者成本上产生很多影响，导致滤波器的不准确性。因此，我们必须在滤波器的结构上做文章，来减小滤波器的误差。IIR数字滤波器的结构主要有直接型结构、级
34、联型结构和并联型结构三种基本机构。（1） 直接型结构式子2.3所示的IIR数字滤波器的系统函数可以看做是系统函数分别为和的两个子系统的级联，即 (2.18)其中， (2.19)分别画出两个子系统的结构图，如图2.2和图2.3 图2.2 直接I型 图2.3 直接II型（2） 级联型结构将系统函数的分子分母都分解为一阶多项式的乘积即可获得级联型结构。对于物理可实现系统，其系统函数的分子分母多项式均为实系数，若系统有复数零点、极点，则必然成对共轭出现10。因此，为了便于软件和硬件实现，通常将共轭复数零点、极点用二阶实系数因子表示4，将一阶实系数因子也用二阶因子表示，则系统函数可表示为： (2.20)
35、式子2.20中称为滤波器的二阶基本节，表示范围内的某一整数。据式子2.20画出信号流图2.4。 图2.4 IIR数字滤波器的级联型结构（3） 并联型结构将滤波器的系统函数展开成部分分式之和，就能获得并联型结构。结构表达式为： (2.21)根据上式能画出各子系统的直接型结构，再将这些子系统的直接型结构并联即可得到并联型结构图，如图2.5。图2.5 IIR数字滤波器的并联型结构3 IIR滤波器的设计过程及DSP的实现3.1 IIR滤波器的设计过程IIR数字滤波器的设计就是将给定的数字滤波器的技术指标按照离散系统的系统函数来确定滤波器的阶数和系数。想要滤波器的成本更加低廉，就要使得滤波器阶数尽量低。
36、现在滤波器的设计已经比较成熟了，通常方法都是通过模拟滤波器来设计滤波器。设计第一步就是先将数字滤波器的相关技术指标转换成为相对应的模拟滤波器的技术指标。第二步就是根据运算出的设计指标来设计模拟滤波器，再将模拟滤波器转换为相对应的数字滤波器11。因此，设计数字滤波器时，基础是设计模拟滤波器，核心是将模拟滤波器转换为数字滤波器。上述过程可以简化如下图3.1。数字滤波器技术指标模拟滤波器离散化相应的模拟滤波器技术模拟滤波器技术指标模数指标参数变换数字滤波器图 3.1 IIR数字滤波器的设计过程设计一个数字滤波器通常简化成一定的步骤，一般会简化为下面5个步骤：(1)给定滤波器的技术指标，设计出滤波器的
37、参数。(2)合适的滤波器系数的计算转换为模拟滤波器系数。(3)用一个适当的结构来表示滤波器，实现滤波器的结构。(4)分析有限字长效应对滤波器性能的影响。(5)选择合适的软件或者硬件来实现滤波器13。3.2 DSP系统的设计流程(1)根据系统任务指标确定滤波器的类型，设计出滤波器的参数；(2)根据系统的要求和DSP的特点(速度、字长、精度等)对参数进行取舍、量化，得出最佳方案，然后进行仿真；(3)根据仿真结果微调滤波器的结构、参数,直到达到要求为止；(4)在DSP上用相对比较简单的C语言实现滤波器的功能。3.3 IIR数字滤波器在DSP上的实现该篇论文设计的IIR数字滤波器,本文提供的信号默认采
38、样频率为 48KHz，信号频率为200Hz，幅值为500m。采用的是DEC6713开发板，开发板的芯片是TMS320C6713。TMS320C6713能直接与8位、16位、32位存储器无缝接口，内部以字节进行编址（逻辑地址），外部存储器地址（物理地址），由 EMIF 根据所接口的存储器的宽度，自动对逻辑地址进行移位产生。对小于32位的外部存储器进行访问时，EMIF将自动完成数据打包和拆包。打开主程序文件,在第43行“iir_filter (DataBuffer，SOSr, G,D DataBuffer,Sample Long,ROUND_IIR)；”在第44行设置断点“i=0;”， 运行程序可
39、以观察收到的数据如图3.2、图3.4和显示的图像如图3.3、图3.5；DataBuffer 数组显示的是原始信号图；D DataBuffer 数组显示的是滤波后信号图像。图3.2 滤波前相关数据上图显示的是实验的相关数据，信号类型可以任意选择，但是该实验的信号频率选的有效输入范围是300Hz，信号振幅为1000，通道设0。图3.3 滤波前输入波形该图信号是通过MATLAB设计后输入的信号波形。由于输入信号带着噪音，所以波形只能大体显现出类似于正弦波的图像。图3.4 滤波后相关数据图3.5 滤波后输出波形该图是图3.3带噪音的输入信号经过滤掉噪音以后的图像，可以很容易的看出来这是一个正弦波。也就
40、是说，带噪音的信号经过我们设计的IIR滤波器滤波以后，可以达到想要的效果。该实验的IIR具体参数如下：(为方便起见，采用 MATLAB 执行格式，括弧内为说明)ezIIR FILTER DESIGN SCRIPTButterworth: 1Chebyshev(Type 1): 2Chebyshev(Type 2) : 3Elliptic: 4Select Any one of the above IIR Filter Type:1(采用Butterworth滤波)Low pass: 1High Pass: 2Band Pass: 3Band Stop: 4Select Any one of t
41、he above Response: 1 (低通)Enter the Sampling frequency: 48000 (采样频率)Enter the Pass band Ripples in dB(RP): 1 (通带内波动范围)Enter the stop band Rippled in dB(RS): 20 (截止带外波动范围)Enter the pass band corner frequency(FP): 2000 (通带截止频率)Enter the stop band corner frequency(FS): 3000 (截止带截止频率)Enter the name of th
42、e file for coeff storage: filter.dat (生成 dat 文件名)Q format of the IIR filter coefficients: (其他所需参数) 13Input Scaling value: 0.0678Number of Biquads: 4以上列出的这些采样频率、通带截止频率这些参数都可以变换不同的数值，一样可以运行该程序。修改这些参数，继续进行实验，可以观察到不同的滤波结果。结论由于Matlab的强大功能，很多文献在设计滤波器时，都是设计出模型，并在Matlab的环境中仿真完成的，结果有一定的局限性。DSP芯片精度高的特点可以使结果更加
43、准确，所以本文设计了通过DSP芯片来实现滤波。经过实验发现，本论文通过MATLAB编程设计出了IIR滤波器，在CCS集成开发环境下通过汇编语言实现了该滤波器，并对结果进行分析，结果表明该滤波器能过滤掉不需要的频率，留下需要的信号。实验结果发现，设计的该滤波器是可以有效实现对信号的滤波。通过设计的滤波器对信号滤波后，可以更好的观察信号的结果。其中还发现一些问题，比如输入参数中，通带截至频率(FP)和截止带截止频率(FS)是比较重要的两个参数，这两个参数不宜过小，过小滤掉的高频成分太多，很难还原出原波形的形状；也不宜过大，过大滤波效果欠佳。所以，做实验时要按实际情况来。 参考文献1陈后金.数字信号处理(第2版)M，北京：高等教育出版社，2008.11，116-1232刘艳萍，李志军.DSP技术原理及应用教程(第3版)M，北京：北京航空航天大学出版社，2012.8，23-1673 赵红怡.DSP技术与应用实例(第3版)M，北京：电子工业出版社，2012.5，1-74蒋小燕.数字信号处理与应用M，南京：东南大学出版社，2008.9,47-555张小红，王丽娟，任
