Matlab輔助DSP設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器
l 引 言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/267753.htm隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字濾波器由于其精度高、穩(wěn)定性好、使用靈活等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在各種數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。數(shù)字濾波器根據(jù)沖擊響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性,可以分為FIR(有限長沖擊響應(yīng)濾波器)和IIR(無限長沖擊響應(yīng)濾波器)。FIR濾波器與IIR濾波器相比,具有嚴(yán)格的線性相位,幅度特性可任意等優(yōu)點(diǎn)。而且,FIR濾波器的單位抽樣響應(yīng)是有限長的,故一定是穩(wěn)定的,他又可以用快速傅里葉變換(FFT)算法來實(shí)現(xiàn)過濾信號(hào),可大大提高運(yùn)算效率。
Matlab輔助DSP開發(fā)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是建立Matlab與DSF 間的連接。以往一般是由開發(fā)工具CCS把DSP中間結(jié)果先保存,再調(diào)入Matlab工作空間與:Matlab仿真中間結(jié)果比較,以此發(fā)現(xiàn)DSP程序的不足,這需要反復(fù)操作,比較麻煩。Math Works公司和TI公司共同開發(fā)的.Matlab Link for CCS開發(fā)工具(CCSLink),實(shí)現(xiàn)了在.Matlab,TICCS開發(fā)環(huán)境和DSP硬件問的雙向連接,開發(fā)者可以利用Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析、可視化功能來處理CCS和目標(biāo)DSP中的數(shù)據(jù),可以大大簡化DSP軟件開發(fā)的分析、調(diào)試和驗(yàn)證過程,縮短軟件開發(fā)周期。
2 Matlab與CCS及目標(biāo)DSP間的連接
Matlab可通過3種方式與CCS、目標(biāo)DSP進(jìn)行連接、數(shù)據(jù)交換。CCSLink提供了3種連接對(duì)象:
與CCS的連接對(duì)象 可從Matlab命令窗運(yùn)行CCS中的應(yīng)用程序,向目標(biāo)DSP的存貯器、寄存器讀出/寫人數(shù)據(jù),檢查DSP狀態(tài),開始/停止目標(biāo)DSP中運(yùn)行的程序。
與RTDX(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換)的連接對(duì)象 使Matlab與目標(biāo)DSP直接通信,Matlab可以實(shí)時(shí)地向目標(biāo)DSP取出/發(fā)送數(shù)據(jù),并不停止DSP中正在執(zhí)行的程序。
嵌入式對(duì)象 在Matlab環(huán)境中創(chuàng)建,該對(duì)象可代表嵌入在目標(biāo)C程序中的變量,由其可以直接對(duì)嵌入在目標(biāo)DSP存貯器/寄存器中的變量進(jìn)行操作。
下面利用Matlab與CCS及目標(biāo)DSP的連接利用Matlab輔助DSP實(shí)現(xiàn)一個(gè)低通FIR數(shù)字濾波器并把實(shí)現(xiàn)的濾波結(jié)果和Matlab中仿真的濾波結(jié)果進(jìn)行比較。
3 Matlab輔助DSP實(shí)現(xiàn)FIR過程
Matlab輔助DSP實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)、分析工具(FDATool),根據(jù)指定的濾波器性能快速設(shè)計(jì)一個(gè)FIR,然后把濾波器系數(shù)以頭文件形式導(dǎo)人CCS中,頭文件中含濾波器階數(shù)和系數(shù)數(shù)組,在Matlab中調(diào)試、運(yùn)行DSP程序并顯示、分析處理后的數(shù)據(jù)。使用該方法,便于采用C語言來實(shí)現(xiàn)程序。頭文件名不變,當(dāng)Matlab中設(shè)計(jì)的濾波器系數(shù)改變時(shí),相應(yīng)頭文件中系數(shù)也改變,方便了程序調(diào)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,利用匯編語言文件,來定義中斷服務(wù)程序。另外根據(jù)板上的存儲(chǔ)器配置方式,編寫存儲(chǔ)器配置文件(.cmd文件),編譯、鏈接,生成可執(zhí)行文件(fir.out文件),加載到目標(biāo)DSP程序存儲(chǔ)器中。
3.2利用FDATool設(shè)計(jì)FIR濾波器
FIR濾波器設(shè)計(jì)方法有很多種,利用Matlab中的FDATool(Filter Design & Analysis TOO1)來設(shè)計(jì)是經(jīng)常被使用到的一種。FDATool是通過指定濾波器的性能指標(biāo)來快速設(shè)計(jì)FIR或者IIR濾波器,他是一種圖形設(shè)計(jì)界面。
指定FIR濾波器為低通濾波器(Lowpass),指定階數(shù)為30,采樣頻率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(jié)構(gòu)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(yīng)、相位響應(yīng)、脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)、濾波器系數(shù)等。指定完設(shè)計(jì)參數(shù)后單擊按鈕Design Filter,生成濾波器系數(shù)。FDATool界面如圖1所示。
把生成的濾波器系數(shù)傳到目標(biāo)DSP中有兩種方式,一種把濾波器系數(shù)輸入到一個(gè)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系數(shù)加到DSP存貯器中。本文采用第一種方法。
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