1、實(shí)驗(yàn)一 FIR濾波器的設(shè)計(jì)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦盟鶎W(xué)DSP知識，在平臺上，對 TMS320VC5416DS設(shè)計(jì)，編程實(shí)現(xiàn)FIR 濾波器。從而學(xué)會使用CCS軟件和TMS320VC5416實(shí)驗(yàn)板。2. 實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)10階的FIR濾波器，要求？?=，定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。并對？?=8kHZ的多正弦 波合成文件進(jìn)行濾波測試，顯示出輸入和輸出信號。3. 實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)截止頻率為？的理想數(shù)字低通濾波器，其傳遞函數(shù)的表達(dá)式為：這個(gè)濾波器是物理不可實(shí)現(xiàn)的。為了產(chǎn)生有限長度的沖激響應(yīng)函數(shù)， 我們?nèi)禹憫?yīng)為h(n)，長度為N。h(n)表示截取hd(n)后的沖激響應(yīng)，即h(n)(n)hd (n)，其中(n)即為窗函數(shù)，窗長為 N

2、。一般的FIR濾波器差分方程如下:進(jìn)行Z變換得到FIR的系統(tǒng)函數(shù)為：N階濾波器通常采用N個(gè)延遲單元、N個(gè)加法器與N+1個(gè)乘法器組成。因此 可以得到FIR濾波器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1 FIR濾波器直接結(jié)構(gòu)圖4. 設(shè)計(jì)思路對于FIR濾波器的設(shè)計(jì)，其系數(shù)h(n)是關(guān)鍵。由于matlab自帶濾波器設(shè)計(jì)matlab工具，設(shè)計(jì)滿足條件的濾波器并導(dǎo)出工具箱和濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)，故借用matlab編程生成dat文件。然后用C語言編系數(shù)以備編寫濾波器程序時(shí)使用。實(shí)驗(yàn)需要用到的輸入數(shù)據(jù)是多正弦波合成文件, 對于輸入信號的設(shè)計(jì)，這里也借助 寫FIR濾波器的主程序，輸入文件在程序運(yùn)行后導(dǎo)入。5. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1) 濾波器

3、系數(shù)的設(shè)計(jì)由于實(shí)驗(yàn)只給出濾波器條件為 N=10, ?=，并沒有給出？和?所以這里調(diào)用matlab工具箱函數(shù)fir1實(shí)現(xiàn)窗函數(shù)法設(shè)計(jì)濾波器。fir1的調(diào)用格式為?= fir1 (N，?，返回值為6dB截止頻率為？?的 N階 (單位脈沖響應(yīng)h (n)長度?=N+1)的FIR低通濾波器的系數(shù)向量默認(rèn)選用哈明窗。其中？?為對n歸一化的數(shù)字頻率，其計(jì)算公式為(?為標(biāo)量)，2?、 這?'?=里計(jì)算得出？?=。 進(jìn)行轉(zhuǎn)換并取整。需要對其進(jìn)行因?yàn)榈玫降南禂?shù)向量要用于DSP的FIR程序中，最后系數(shù)結(jié)果如下圖 2所示。圖210階FIR濾波器系數(shù)對于10階濾波器得到11個(gè)系數(shù)，將該系數(shù)保存，以備后面編寫程序

4、時(shí)使用。 該濾波的幅頻圖和相頻圖分別對應(yīng)圖 3和圖4。圖310階FIR濾波器幅頻圖圖410階FIR濾波器相頻圖matlab的wavread函數(shù)將其讀進(jìn) 并生成兩個(gè)語音文件的.dat文件,5 (a) (b)和圖 6 (a) (b)。（2）輸入信號的生成根據(jù)老師給的兩個(gè).wav語音文件，這里用 去，并編寫程序查看其部分信號時(shí)域和頻域圖， 供作為DSP設(shè)計(jì)濾波器驗(yàn)證時(shí)所用的輸入文件。（a）語音文件1時(shí)域圖（b）語音文件1頻譜圖 5語音文件1時(shí)域和頻域圖（a）語音文件2時(shí)域圖（b）語音文件2頻譜圖6語音文件2時(shí)域和頻域圖兩個(gè)語音信號部分時(shí)域和頻域圖分別對應(yīng)圖圖（3）CCS中 FIR程序編寫首先打開CC

5、S setup選擇對應(yīng)5416型號的處理器，保存后打開 CCS軟件， project-new建立fir濾波工程。新建一個(gè)文件，并將matlab產(chǎn)生的input文件里 面的數(shù)據(jù)放入其中，然后Project->add files to project.將添加至工程。同理，編寫 FIR濾波主程序并將其加入工程。最后將鏈接文件加入工程。如圖7所示。圖7程序窗口圖9輸入信號1波形圖(a)濾波結(jié)果時(shí)域圖(b)濾波結(jié)果頻域圖圖10信號1濾波結(jié)果圖（a）時(shí)域圖（b）頻域圖圖11輸入信號2波形圖(a)濾波結(jié)果時(shí)域圖(b)濾波結(jié)果頻域圖圖12信號2濾波結(jié)果圖9-圖12所示。 圖8（a）時(shí)域圖（b）頻域圖編譯

6、生成文件，然后file->load program.->，運(yùn)行程序。然后 view->graph->time/frequency，顯示如圖 8 所示。然后選擇對應(yīng)的 single time、FFT mag ni tude分別對應(yīng)時(shí)域和頻域圖形。start address分別填input和out put對應(yīng)輸 入和輸出的數(shù)據(jù)。通過改變 acquisiti on buffer size和dis play data size數(shù)值來調(diào)整 顯示框的結(jié)果。對應(yīng)的顯示結(jié)果如圖（4）程序下載到DSP實(shí)驗(yàn)板點(diǎn)擊file->n ew->DS P/BIOS con figurat

7、ion選擇，保存至文件的工程目錄下。將剛生成的.cdb文件和編寫的加入到工程中。將前面的程序文件分別加入工程中, 進(jìn)行編譯。鏈接實(shí)驗(yàn)板和電腦。點(diǎn)擊debug->connect,連接測試板，file->load program.， 從工程文件下的debug文件夾中導(dǎo)入文件，再點(diǎn)擊debug->run運(yùn)行。6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果從圖9-圖12來看程序基本完成了對輸入的合成信號的濾波。其中輸入信號 1是由1Khz、2Khz、3Khz合成的信號，而輸入信號2是多種頻率信號復(fù)合的信號。 經(jīng)過FIR濾波器濾波后，由輸出的頻域圖可以看出，本濾波器將大于的信號基本 濾去。由于濾波器的階數(shù)較小，對于

8、3Khz信號并沒有完全濾除，這也是實(shí)驗(yàn)預(yù) 期之中的。對于信號2的復(fù)合信號，由頻譜圖比較可以發(fā)現(xiàn)，大于的信號基本被 濾去。綜上所述，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的FIR濾波器實(shí)現(xiàn)了截止頻率為的低通濾波器的功 能。實(shí)驗(yàn)二IIR濾波器的設(shè)計(jì)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笤谏厦嬖O(shè)計(jì)了 FIR濾波器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相同性能的IIR濾波器。2. 實(shí)驗(yàn)原理IIR與FIR濾波器相比，相同性能水平的濾波器，IIR可以用較低的階數(shù)實(shí)現(xiàn)， 但是IIR濾波器是非線性的，且穩(wěn)定性較差。IIR濾波器對FIR濾波器的前饋環(huán)節(jié) 進(jìn)行了擴(kuò)展，增加了一個(gè)反饋環(huán)節(jié)。IIR濾波器的（L-1）階前饋環(huán)節(jié)和（M-1）階反饋環(huán)節(jié)的差分方程表示為： 其中a與b為濾波器系

9、數(shù)向量。對上式進(jìn)行z變換可得：?-1 ?-1Y(z) = X(z)刀？?- ?(?匸？?？?=0進(jìn)而得到IIR濾波器的傳遞方程為:?=1E?；1。?1和2濾波后的時(shí)域和頻域圖如圖13和14所示。（a）濾波后時(shí)域圖（b）濾波后頻域圖IIR濾波器對輸入信號1的濾波結(jié)果（a）濾波后時(shí)域圖（b）濾波后頻域圖IIR濾波器對輸入信號2的濾波結(jié)果圖13圖14H（z）= X（z） = 1 + 2?=11 ?因此IIR濾波器的設(shè)計(jì)需要求出其系數(shù)向量a和b。3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容IIR濾波器的設(shè)計(jì)思路和內(nèi)容與FIR的基本相同，這里不再敘述。這里使用與 FIR濾波器一樣的輸入信號。一般情況下，相同性能的IIR濾波器階數(shù)應(yīng)低

10、于FIR濾波器，這里為了方便，設(shè)計(jì)相同階數(shù)的IIR濾波器。IIR濾波器系數(shù)向量用matlab 的自帶的濾波器設(shè)計(jì)工具箱設(shè)計(jì)得出。IIR濾波器對輸入信號4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過觀察IIR濾波結(jié)果圖，與上面FIR比較，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中截止頻率同 為的IIR濾波器，對2Khz和3Khz頻率的信號都有濾波現(xiàn)象。這是由于濾波器自 身的幅頻特性造成的。經(jīng)過觀察信號2的濾波結(jié)果可以看出，該濾波器也基本可 以實(shí)現(xiàn)截止頻率為的低通濾波器的功能。實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的10階FIR和IIR濾波器都可以很好的完成低通濾波效果， 達(dá)到了實(shí)驗(yàn)預(yù)期的目的。通過 FIR和IIR濾波器的設(shè)計(jì)，不僅讓我了解到了數(shù)字 濾波器的設(shè)計(jì)思路

11、和設(shè)計(jì)方法，而且通過比較了解了FIR和IIR濾波器各種的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)讓我對數(shù)字濾波器的知識有了進(jìn)一步了解和認(rèn)識，同時(shí)掌握了簡單的濾波器實(shí)現(xiàn)算法和程序。由于之前沒有較多接觸過CCS和 DSP實(shí)驗(yàn)板，此次實(shí)驗(yàn)在對CCS軟件的使 用、軟件編程、仿真、連接實(shí)驗(yàn)板上花了大量的時(shí)間。通過在網(wǎng)上查資料并一點(diǎn) 點(diǎn)學(xué)習(xí)和嘗試才基本學(xué)會使用。由于對 cmd文件的不了解，開始編譯時(shí)總是報(bào) 錯，通過與同學(xué)一起討論和在網(wǎng)上查詢才知道解決辦法。總得來說，實(shí)驗(yàn)讓我學(xué)會了CCS軟件和DSP實(shí)驗(yàn)板的基本使用方法。并在此基礎(chǔ)上學(xué)會了簡單的FIR和IIR濾波器的設(shè)計(jì)。收獲頗多。附錄(1) 輸入信號生成程序(matlab程序

12、)clc;clear all;close all;FS=8000;%y,FS,NBITS=wavread('C:UsersAdmi nistrator'Deskt op');y,FS,NBITS=wavread('C:UsersAdmi nistrator'Deskt op');figure(1)plot(y(1:500);title('語言信號時(shí)域圖');figure(2)y=abs(fft(y(1:1000);df=(1:1000)*(FS/1000);plot(df,y(1:1000);title('語言信號頻域圖)

13、；y=(y*32767);y=i nt16(y);fid=fo pen (”,'w');for m=1:2048fprin tf(fid,'%d,n',y(m);%輸出endfclose(fid);(2) FIR濾波器程序#i nclude ""#define N 11 /FIR濾波器的級數(shù)+1(因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中濾波器階數(shù)為 10)#define LEN 2048/待濾波的輸入數(shù)據(jù)長度#in elude"" /輸入數(shù)據(jù)文件long yn;int B11 = -64, 438, -530, -2519,8803, 20512,8

14、803,-2519,-530,438,-64;/ 濾波器系數(shù)int inputLEN;/輸入緩沖，在仿真時(shí)將從內(nèi)存載入int outputLEN;/輸出緩沖，直接存放在內(nèi)存中void mai n()int i,j;int *x;for(j=0;j<LEN-1;j+)x=&inpu tj; yn = 0;for(i=0; i<N-1; i+)yn += Bi*(*x+); % 濾波out putj=y n>>15;while(1);(3) IIR濾波器程序#i nclude ""#i nclude ""#defi ne N 11#define LEN 2048int NUM10 = 69,691,3108,8289,14505,17406,14505,8289, 3108,691,69; int DEN10 = 4096,10203,16248,16727,12645,6959,2837,828,166,20,1; long yn,yn 1,y