基于DSP的IIR设计正文.docx
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基于DSP的IIR设计正文
目录
摘要
第1章 前言1
第2章 IIR算法原理2
第3章 设计方案4
第4章 开发运行环境ccs5
第5章 系统流程图7
第6章 程序8
第7章 仿真结果12
第8章 设计总结13
第1章前言
本文介绍了滤波器的滤波原理以及模拟滤波器、数字滤波器的设计方法。
重点介绍了IIR数字滤波器的设计方法。
即脉冲响应不变法和双线性变换法。
在此基础上,用DSP虚拟实现任意阶IIR滤波器。
此设计扩展性好,便于调节滤波器的性能,可以根据不同的要求在DSP上加以实现。
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,以得到符合人们需要的信号形式。
数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。
数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。
反过来,数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。
而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。
数字信号处理是以众多学科为理论基础的,它所涉及的范围极其广泛。
例如,在数学领域,微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具,与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。
近来新兴的一些学科,如人工智能、模式识别、神经网络等,都与数字信号处理密不可分。
可以说,数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础,同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。
最多64个增加到现在的200个以上,引脚数量的增加,意味着结构灵活性的增加。
此外,DSP芯片的发展,是DSP系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降
第2章IIR算法原理
滤波器可广义的理解为一个信号选择系统,它让某些信号成分通过又阻止或衰减另一些成分。
在更多的情况下,滤波器可理解为选频系统,如低通、高通、带通、带阻。
滤波器可分为三种:
模拟滤波器、采样滤波器和数字滤波器。
模拟滤波器可以是由RLC构成的无源滤波器,也可以是加上运放的有源滤波器,是连续时间系统;采样滤波器由电阻、电容、电荷转移器件、运放等组成,属于离散时间系统,幅度连续;数字滤波器由加法器、乘法器、存储延迟单元、时钟脉冲发生器和逻辑单元等数字电路构成,精度高,稳定性好,不存在阻抗匹配问题,可以时分复用。
设计滤波器,就是要确定其传递函数,传递函数H(z)已知后,则可以确定系统的频率响应为
,其中
分别是幅频特性和相位特性。
对于无失真传输系统,有
,即
幅频特性为常数,信号通过系统后各频率分量的相对大小保持不变,没有幅度失真。
相位特性为线性,使对应的时域方程的时延量为常数:
,即系统对各频率分量的延迟时间相同,保证了各频率分量的相对位置不变,没有相位失真。
数字通信对相位的要求比模拟通信高许多,线性相位很重要。
数字系统描述时延的函数有两个:
群时延:
:
反映相频曲线的线性程度
相时延:
:
反映各频率分量在时域的相对延时。
所以无相位失真的传输条件是要具有恒群时延和恒相时延,即
=
=常数
。
数字滤波器的设计是确定其系统函数并实现的过程,一般要经如下步骤:
1、根据任务,确定性能指标。
2、用因果稳定的线性移不变离散系统函数去逼近。
3、用有限精度算法实现这个系统函数。
4、利用适当的软、硬件技术实现。
我们在这里主要讨论数字滤波器系统函数的逼近过程,包括无限长冲激响应(IIR)数字滤波器和有限长冲激响应(FIR)数字滤波器系统函数的逼近。
第3章 设计方案
IIR滤波器的选择:
在APF中,滤波器的设计应满足:
截止频率低,过渡带快,通带内增益接近1、阻带内增益接近0,在满足精度要求的前提下阶数尽量低,以使滤波器的运算速度快。
滤波器有模拟滤波器和数字滤波器两种。
这里选用数字滤波器,因为它相对于模拟滤波器更容易进行滤波代数运算,而且数字滤波器的优点是没有模拟滤波器那样的随时间、温度、电压漂移,还有数字滤波器还能实现近似理想的响应和线性相位,所以能更好地达到谐波检测的实时性和准确性的要求,数字滤波器有无限冲激响应(IIR)系统和有限冲激响应(FIR)系统两种。
IIR系统的优点是实现的阶数低,对于实现相同要求的数字滤波器,FIR滤波器的阶数要比IIR滤波器的阶数高5~10倍,IIR滤波器的设计相对简单,可以由对应的模拟滤波器转换而来。
FIR系统的优点是采用递归结构,可以得到严格的线性相位,运算的误差也较小,FIR的设计比IIR要灵活。
结合IIR滤波器和FIR滤波器的优缺点,由于在APF谐波检测中的低通数字滤波器是用于通过直流,滤掉交流,对相位的要求不高,而且希望运算尽量小,因此选用IIR滤波器。
第4章 开发运行环境ccs
TICodeComposerStudio(CCStudio)是TI eXpressDSPTM实时软件技术的重要组成部分,它可以使开发人员充分应用DSP的强大功能。
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eXpressDSP还包含了DSP/BIOS可伸缩内核,TMS320TMDSP标准算法的应用互操作性和可重复使用性以及400多家第三方厂商支持。
大部分厂商提供eXpressDSP兼容算法、即插式应用以及种类繁多的硬件配件和咨询服务。
嵌入式编程人员现可利用TI的CodeComposerStudio加快优化DSP软件的速度,前瞻性的综合建议及易于使用的调整工具能够帮助开发人员简化并加速代码优化进程。
这些强大但易于使用的功能不仅能够缩短开发时间,而且能够帮助编程人员充分发挥TITMS320C6000DSP平台器件的全部潜能。
CodeComposerStudio实现了多场所的连通性,极大地改进了基于TI业界领先的TMS320C5000TM和TMS320C6000TMDSP平台单处理器或多处理器代码的开发、优化及其调试工具的性能。
先进的应用,如图像与视频、宽带接入、3G无线通信及其它一些融合高性能的技术将得益于CodeComposerStudiov3.1的可靠性及其快捷的开发时间。
CodeComposerStudio3.1能够使开发人员编制出更多面向高级DSP应用的、紧凑的高性能代码。
通过实时接入的DSP开发者之家网站,内置的UpdateAdvisor对最新的工具、驱动程序及其技术进行自动的流线式管理。
只要确保代码和功能调用的正确输入,凭借编辑器程序中的DynamicCodeMaestro技术即可快速生成C和C++编码。
TI的eXpressDSP?
产品市场营销经理MikeTrujillo说:
"通过充分利用CCStudio的工具与功能,编程人员能够大大缩短应用开发的时间。
使用CCStudio生成的高度优化代码,工程师能够最大限度地发挥高性能DSP的全部功能,或者,在其它情况下能够以成本更低的器件来满足其应用需求。
"CodeComposerStudiov3.1使开发人员能够无缝管理任何复杂程度的项目,其项目管理器通过一个集成版本的控制接口与通用资源控制器连接,管理着成千上万的文件。
同时支持外部"文件制作"功能,使项目能够在PC和UNIX平台上交叉运行。
工作于同一项目的开发团队,不再需要集中到一个地方,而可分散在不同的场所。
他们可以通过采用一个改进的产品开发流程,就可实现同一组项目文件的共享。
于是可以使他们的开发周期缩短数周,并获得时间上提前于竞争对手推向市场的优势。
对于那些希望把业界领先的C6000TMDSP平台的高性能与C5000TMDSP平台的低功耗相结合的系统开发者来说,CodeComposerStudiov3.1为使其同时调试混合多处理器成为了可能。
CodeComposerStudiov3.1还增加了实时数据交换(RTDXTM)仿真功能,可支持来自任何地方的2至50个C5000和C6000DSP器件同时运行。
此外,支持RTDX的仿真器还实现了实时DSP/BIOSTM仿真调试,该高级调试功能可以使开发人员更深入地了解DSP代码在硬件或仿真状态中的运行情况。
第5章系统流程图
第6章 程序
.data
.include"iir_buff.asm"
.include"EIIRcofA.asm"
.include"EIIRcofB.asm"
.include"IIR_Input.asm"
.global_c_int00
.defIIR_Start
.defIIR_Middle
.defIIR_begin
.defIIR_last
.defcofAfirst
.defcofAlast
.defcofBfirst
.defcofBlast
.defFirstIn
.defLastIn
.text
_c_int00:
c28OBJ
c28ADDR
.c28_amode
movlXAR6,#IIR_Middle
movlXAR7,#cofAfirst
movlXAR2,#FirstIn
;movlXAR3,#IIR_Middle
movlXAR5,#LastIn+1
mov@AR0,#511
mov@AR1,#6
movAL,*XAR2
mov*XAR6,AL
SPM-4
loop1:
movlXAR7,#cofAfirst
nop
nop
ZAPA
RPT#6
||MACP,*XAR6%++,*XAR7++
ADDLACC,P< mov*XAR5++,AH ;subbXAR3,#1 ;movAL,*XAR3 ;mov*XAR6,AL movAL,*XAR2++ mov*XAR6%++,AL BANZloop,AR0-- movlXAR6,#IIR_last movlXAR7,#cofBfirst ;movlXAR2,#LastIn+1 ;movlXAR3,#IIR_last movlXAR5,#LastIn+1 mov@AR0,#511 mov@AR1,#6 movAL,*XAR5 mov*XAR6,AL SPM-4 loop: movlXAR7,#cofBfirst nop nop ZAPA RPT#6 ||MACP,*XAR6%++,*XAR7++ ADDLACC,P< ;movlP,*XAR5++ add*XAR5++,AH ;mov*XAR5,AH ;subbXAR3,#1 ;movAL,*XAR3 ;mov*XAR6,AL movAL,*XAR5 mov*XAR6%++,AL BANZloop1,AR0-- ;movlXAR7,#cofBfirst IDLE MEMORY { PAGE0: PROG(R): origin=0x3E8000,length=0x10000 PAGE1: RAM(RW): origin=0x000000,length=0x00800 } SECTIONS { .text: >PROG,PAGE=0 .data: >RAM,PAGE=1 } 第7章 仿真结果 1.观察输入信号的频谱,如图所示。 图7.1输入信号的频谱 2.观察输出信号的频谱,如图所示。 图7.2输出信号的频谱 第8章设计总结 为期10天的课程设计将要结束了。 在课程设计的过程中,我们经历了感动,经历了一起奋斗的酸甜苦辣。 也一起分享了成功的喜悦。 这次的课程设计对我们每个人来说都是一个挑战。 在这两周的学习中,我学到了很多,也找到了自己身上的不足。 感受良多,获益匪浅。 我们小组分工合作、齐心协力,一起完成了课程设计前的准备工作(阅读课程设计相关文档)、小组讨论分工、完成系统开发的各个文档、课程设计总结报告、在课程设计的第一天我们便对这次任务进行了规划和分工。 在以后的几天中,我们组的成员一起努力,查阅资料、小组讨论、对资料进行分析,课程设计这样集体的任务光靠团队里的一个人或几个人是不可能完成好的,合作的原则就是要利益均沾,责任公担。 如果让任务交给一个人,那样既增加了他的压力,也增大了完成任务的风险,降低了工作的效率。 所以在集体工作中,团结是必备因素,一开始我们对CCS不熟悉,后来在同学的帮助下让我顺利的完成课程设计,最后感谢老师的耐心辅导,在老师的辅导下我学会了简单的编程。 在此我非常要感谢的是我的指导老师的细心认真的辅导。
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