Matlab輔助DSP設計FIR數字濾波器

2021-01-10 電子產品世界

　　l 引 言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/267753.htm

　　隨著信息技術和計算機技術的飛速發展，數位訊號處理技術在眾多領域得到廣泛應用。數字濾波器由於其精度高、穩定性好、使用靈活等優點，廣泛應用在各種數位訊號處理領域。數字濾波器根據衝擊響應函數的時域特性，可以分為FIR(有限長衝擊響應濾波器)和IIR(無限長衝擊響應濾波器)。FIR濾波器與IIR濾波器相比，具有嚴格的線性相位，幅度特性可任意等優點。而且，FIR濾波器的單位抽樣響應是有限長的，故一定是穩定的，他又可以用快速傅立葉變換(FFT)算法來實現過濾信號，可大大提高運算效率。

　　Matlab輔助DSP開發實現的關鍵是建立Matlab與DSF 間的連接。以往一般是由開發工具CCS把DSP中間結果先保存，再調入Matlab工作空間與：Matlab仿真中間結果比較，以此發現DSP程序的不足，這需要反覆操作，比較麻煩。Math Works公司和TI公司共同開發的.Matlab Link for CCS開發工具(CCSLink)，實現了在.Matlab，TICCS開發環境和DSP硬體問的雙向連接，開發者可以利用Matlab強大的數據處理、分析、可視化功能來處理CCS和目標DSP中的數據，可以大大簡化DSP軟體開發的分析、調試和驗證過程，縮短軟體開發周期。

　　2 Matlab與CCS及目標DSP間的連接

　　Matlab可通過3種方式與CCS、目標DSP進行連接、數據交換。CCSLink提供了3種連接對象：

　　與CCS的連接對象 可從Matlab命令窗運行CCS中的應用程式，向目標DSP的存貯器、寄存器讀出/寫人數據，檢查DSP狀態，開始/停止目標DSP中運行的程序。

　　與RTDX(實時數據交換)的連接對象 使Matlab與目標DSP直接通信，Matlab可以實時地向目標DSP取出/發送數據，並不停止DSP中正在執行的程序。

　　嵌入式對象 在Matlab環境中創建，該對象可代表嵌入在目標C程序中的變量，由其可以直接對嵌入在目標DSP存貯器/寄存器中的變量進行操作。

　　下面利用Matlab與CCS及目標DSP的連接利用Matlab輔助DSP實現一個低通FIR數字濾波器並把實現的濾波結果和Matlab中仿真的濾波結果進行比較。

　　3 Matlab輔助DSP實現FIR過程

　　Matlab輔助DSP實現FIR，其總體過程為在DSP中編寫處理程序;在Matlab中利用濾波器設計、分析工具(FDATool)，根據指定的濾波器性能快速設計一個FIR，然後把濾波器係數以頭文件形式導人CCS中，頭文件中含濾波器階數和係數數組，在Matlab中調試、運行DSP程序並顯示、分析處理後的數據。使用該方法，便於採用C語言來實現程序。頭文件名不變，當Matlab中設計的濾波器係數改變時，相應頭文件中係數也改變，方便了程序調試、仿真。

　　3.1在CCS中編寫處理程序

　　在CCS IDE中建立fir.pjt工程，用C語言編寫處理主程序fir.c，利用彙編語言文件，來定義中斷服務程序。另外根據板上的存儲器配置方式，編寫存儲器配置文件(.cmd文件)，編譯、連結，生成可執行文件(fir.out文件)，加載到目標DSP程序存儲器中。

　　3.2利用FDATool設計FIR濾波器

　　FIR濾波器設計方法有很多種，利用Matlab中的FDATool(Filter Design & Analysis TOO1)來設計是經常被使用到的一種。FDATool是通過指定濾波器的性能指標來快速設計FIR或者IIR濾波器，他是一種圖形設計界面。

　　指定FIR濾波器為低通濾波器(Lowpass)，指定階數為30，採樣頻率F，為5 000 Hz，截止頻率為400 Hz。打開FDATool界面(在Matlab命令窗輸入fdat00l)，選FIR(Window)，用Hamming窗方法;菜單Edit->Convert Structure，選Direct Form FIR，即濾波器結構為直接I型;菜單Analysis用來選擇不同的分析顯示方式，如幅度響應、相位響應、脈衝響應、階躍響應、濾波器係數等。指定完設計參數後單擊按鈕Design Filter，生成濾波器係數。FDATool界面如圖1所示。

　　

 

　　把生成的濾波器係數傳到目標DSP中有兩種方式，一種把濾波器係數輸入到一個C頭文件，在所建工程中添加該C頭文件，另一種直接把生成的濾波器係數加到DSP存貯器中。本文採用第一種方法。

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