FIR數(shù)字濾波器的MATLAB仿真和DSP的實現(xiàn)

作者：時間：2014-03-12 來源：網(wǎng)絡(luò)

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verdana, serif; font-size: 14px; line-height: 22px; text-indent: 28px; background-color: rgb(255, 255, 255); ">若信號高頻分量很小，信號大部分能量集中在低頻處，那么諧波測量儀只要求測到20次諧波就可以了，截止頻率為1 000 Hz左右，20次以上的諧波需要由濾波器濾除，為了達到更好的濾波效果，在硬件濾波的基礎(chǔ)上又增加了數(shù)字濾波器。這里以有閉合公式可循的窗函數(shù)法為例來介紹FIR濾波器設(shè)計。
3．1 濾波系數(shù)確定方法
首先，各技術(shù)指標(biāo)如下：

FIR濾波器的設(shè)計采用MATLAB數(shù)字信號處理軟件包提供的專用函數(shù)來直接求取FIR濾波器系數(shù)。在MATEAB中，提供了設(shè)計濾波器的函數(shù)。采用窗函數(shù)方法的函數(shù)firl，調(diào)用格式為：b=firl(n，ωn、window)或b=firl(n，ωn)，其中n是濾波器階數(shù)，ωn是0～1的數(shù)，ωn=ωc／2π=0．25，window為窗函數(shù)類型。由于濾波器長度N為34，因此階數(shù)n=N-1=33，則求取濾波系數(shù)的表達式為b=firl(33，0．25)。表1為利用MATLAB計算所得的濾波系數(shù)表。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/241673.htm

3．2 FIR數(shù)字濾波器 MATLAB仿真設(shè)計
在滿足各技術(shù)指標(biāo)的前提下，經(jīng)MATLAB仿真，圖1為頻率響應(yīng)曲線，阻帶衰減小于50 dB。圖2為S=S1+S2+S3的波形，其中S1=sin(50x 2xπxt)，S2=0．15xsin(25x50x2xπxt)，S3=0．1xsin(20x50x2xπxt)。圖3為濾除掉25次諧波S2和20次諧波S3后的波形圖。

由濾波前后兩個波形對比可以看出，該濾波器對20次以上諧波的濾除效果比較理想。3．3 FIR數(shù)字濾波器的DSP實現(xiàn)

實現(xiàn)FIR濾波的核心器件是美國德州儀器公司生產(chǎn)的TMS320F2812DSP芯片。芯片內(nèi)12位精度的A／D轉(zhuǎn)換單元對輸入的模擬信號進行采樣，DSP讀取采樣值后對每一點進行FIR濾波處理，將數(shù)據(jù)存入內(nèi)部存儲器，為下一步進行FFT運算做準(zhǔn)備。以下為FIR濾波器流程圖。

下面對程序流程作詳細說明：
首先初始化DSP寄存器，分配存儲單元，并定義一些變量名稱，接著在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中開辟一個N單元的緩沖區(qū)，存放由MATLAB設(shè)計出的N個濾波系數(shù)。接下來讀入采樣值，并存入相應(yīng)存儲器A，然后開始濾波運算。具體運算步驟如下：
1)累加器ACC清零，初始化兩個準(zhǔn)備相乘的存儲單元A與B的計數(shù)值K和L；
2)將第K個采樣值A(chǔ)K與濾波器系數(shù)序列第L個數(shù)BL相乘(K+L=N+1)，并將乘積送入累加器進行累加；
3)將第K-1個采樣值A(chǔ)K-1存入AK單元，此時AK中的原數(shù)值被覆蓋；
4)重復(fù)(2)～(3)直至共完成N次乘加運算；
5)輸出處理結(jié)果。
濾波運算采用FFT算法。DSP控制器特有的反序間接尋址，為FFT算法的實現(xiàn)提供了方便。間接尋址方式還可以實現(xiàn)增／減l或增／減一個變址量，這就很容易實現(xiàn)各種查表方法。

4 結(jié)束語
介紹了采用窗函數(shù)設(shè)計法用Matlab仿真技術(shù)和DSP技術(shù)來實現(xiàn)FIR濾波器的設(shè)計過程。Matlab仿真非常方便設(shè)計出具有嚴格線性相位要求的濾波器，在應(yīng)用中只需對程序中濾波器的起始頻率、截止頻率、采樣頻率和窗函數(shù)等參數(shù)進行修改就可實現(xiàn)需要的濾波功能，實用性強。采用DSP控制器來實現(xiàn)FFT運算從而使設(shè)計實現(xiàn)實時控制。利用Matlab輔助DSP實現(xiàn)FIR濾波器的設(shè)計是解決濾波器從設(shè)計到實現(xiàn)的有效辦法，這個方法可以大大縮短DSP應(yīng)用程序的開發(fā)時間，提高了設(shè)計效率，具有很強的實用性。