基于DSPC54x的数字滤波器设计

摘要：本文主要介绍基于DSP的数字滤波器的设计，使用CCS5000Simulator实现FTSK数据输入,使用FIR滤波器对FTSK调制信号进行处理，输出需要的波形与频谱。文中采用线性缓冲区和带移位双操作寻址的方法实现FIR滤波器。


前言

一个实际的应用系统中，总存在各种干扰。使用DSP进行数字信号处理时，可以从噪声中提取信号，即对一个具有噪声和信号的混合源进行采样，然后经过一个数字滤波器，滤除噪声，提取有用信号；数字滤波器是DSP最基本的应用领域，也是熟悉DSP应用的重要环节。在系统设计中，滤波器的好坏将直接影响系统的性能。

数字滤波器的基本理论和设计

对于数字滤波器的系统函数可以表示为:


可以直接写成表示输出与输入的关系,即常系数线性差分方程:以下是IIR滤波器的表达式


当全部,即系统函数和单位抽样响应，则系统是FIR。

其滤波结构图如图一所示——横向滤波结构

图一横向滤波器结构图

FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算。它不断输入样本，经延时，作乘法累加，再输出滤波结果y（n）。在这里使用FIR滤波器，它有以下几个特点：
（1）系统的单位冲激响应h（n）在有限个n值处不为零；
（2）系统函数H（z）在|z|>0处收敛，在|z|>0处只有零点，有限z平面只有零点，而全部极点都在z=0处；
（3）结构主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈。

这本次设计中FTSK输入数据中包含频率为800HZ，1200HZ，1600HZ，2021HZ，中心频率为1600HZ，提取该频率的信号。利用Matlab设计一个带通滤波器。具体参数为：采样频率为22050HZ，通带宽度为250HZ，则Fpass1=1475HZ，Fpass2=1725HZ，衰减1db，过渡带为200HZ则Fstop1=1275HZ，Fstop2=1925HZ，阻带衰减为30db。运行Matlab获得126阶的带通滤波器，并提取系数。

用线性缓冲区和带移位双操作数寻址方法实现FIR滤波器

在这里介绍用线性缓冲区法实现，其特点是：
（1）对于N级的FIR滤波器，在数据存储区中开辟一个称之为滑窗的N个单元的缓冲区，存放最新的N个输入样本。
（2）从最老的样本开始，每读一个样本后，将此样本向下移位。读完最后一个样本后，输入最新样本至缓冲区的顶部。
在这里N=126，y（n）=
在数据存储区中存放系数，并设置线性缓冲区存放输入数据。

具体实现程序如下：
.title“simfir126.asm”
..global_firinit;两个汇编程序，可作为C语言的调用，一个是初始化滤波器
.global_asmfir；另一个是滤波器执行程序
.mmregs
X.usect“data1”，127
.bssdata1，1
SIZE.set127
.data
COEF；从matlab中获得的滤波器系数
；滤波器初始化
_firinit：
SSBXFRCT
STM#X+（SIZE-1），AR2
STM#（SIZE-2）,AR0
RET
；滤波器执行：
_asmfir：
STLA，*AR2+0
RPTZA，#（SIZE-2）
MACD*AR2-，COEF，A
STHA，*AR2
LD*AR2+，A
NOP
NOP
RETD
NOP
NOP
.END

Simulator仿真结果分析与硬件调试

仿真在系统调试中起着重要作用，TI公司也提供了软件仿真器（Simulator）来调试程序。其中提供的探测点（ProbePoint）功能非常强大，它是一个开发算法的工具，将计算机文件数据传送到目标板的buffer提供DSP软件应用，同时可以将计算结果输出到计算机文件中供分析，也可以通过CCS提供的图形窗口观察输入输出数据情况。

在本次设计中利用CCS提供的断点和探测点，指定FTSK数据文件的输入点，进行相关设定，同时利用CCS提供的图形窗口观察输入和输出的波形与频谱。运行程序，分别得到输入波形和频谱图（图二），输出波形和频谱图（图三）下面分别对这两个图形进行分析。

输入波形和频谱图


图二输入信号的波形和频谱图

由图二输入信号的波形图可以看出，输入是