用DSP實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器

　　2.卷積和運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)

　　(1) h(n)序列N個(gè)點(diǎn)數(shù)值的存儲(chǔ)

　　由于h(n)是根據(jù)濾波性能要求已經(jīng)設(shè)計(jì)好的有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)，故其N個(gè)點(diǎn)的數(shù)值是已知的，因此可以存放在ROM或RAM當(dāng)中，且對(duì)應(yīng)著N個(gè)不同的地址，便于尋址。

　　(2) 輸入序列x(n)的移位寄存

　　輸入序列x(n)是不斷變化的，因此只能對(duì)其進(jìn)行移位寄存，寄存器的個(gè)數(shù)為N，即N個(gè)寄存器中分別存放著x(n)、x(n-1)……x(n-N+1)，它們都隨著n的變化而變化。

　　(3) 乘法器

　　用以完成兩個(gè)數(shù)值的乘法，即h(m)x(n-m)，也就是將存儲(chǔ)器中N地址所對(duì)應(yīng)的N個(gè)固定數(shù)值h(m)分別與N個(gè)移位寄存器中的不斷變化的N個(gè)變化數(shù)值x(n-m)相乘。

　　(4) 累加器

　　用以實(shí)現(xiàn)N個(gè)乘積的累加，即將當(dāng)前x(n)所對(duì)應(yīng)的N個(gè)乘積進(jìn)行累加，所得到的和就是y(n)。當(dāng)濾波器的下一個(gè)輸入值即x(n +1)到來(lái)時(shí)，累加器清零，并重新將下一組x(n +1)所對(duì)應(yīng)的N個(gè)乘積進(jìn)行累加，所得到的和就是y(n +1)。

　　3.DSP的支持

　　DSP作為信號(hào)處理應(yīng)用，與一般微處理器有很大的區(qū)別。

　　(1) 哈佛結(jié)構(gòu)：采用多個(gè)并行存儲(chǔ)器塊結(jié)構(gòu)，使得能夠訪問的存儲(chǔ)器個(gè)數(shù)增加，從而減少在一個(gè)指令周期中所需存儲(chǔ)器操作周期數(shù)。

　　(2) 乘加流水線為核心的數(shù)據(jù)通路：卷積和運(yùn)算的基本操作就是乘法與加法，DSP則將相乘及累加統(tǒng)一考慮，構(gòu)成以乘法器、加法器流水線為中心的運(yùn)算部件。

　　(3) 特殊的指令：指令RPT由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指定重復(fù)次數(shù)，指令MACD可以一次完成相乘并帶數(shù)據(jù)移位的累加，因此使得每一級(jí)FIR濾波器只需一個(gè)指令周期。

　　(4) 指令系統(tǒng)的多級(jí)流水線：采用多級(jí)流水線操作方式，可以把指令周期減小到最小值，同時(shí)也就增加了數(shù)字信號(hào)處理器的吞吐量。

　　五、 具體電路框圖及程序流程圖

　　圖 1為FIR濾波器DSP實(shí)現(xiàn)的電路方框圖，其核心部分為TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320C203 ，EP2ROM和RAM是其外圍電路。DSP送給A/D抽樣時(shí)鐘，對(duì)輸入的模擬信號(hào)抽樣，即將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后讀取每一次的抽樣值，并對(duì)抽樣值進(jìn)行卷積運(yùn)算(FIR數(shù)字濾波)，最后將運(yùn)算結(jié)果(濾波后的數(shù)字信號(hào))送至D/A ，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)行輸出。

　　圖 1　電路框圖

　　圖 2為程序流程圖，說(shuō)明如下：

　　圖 2　程序流程圖

　　(1) 對(duì)DSP進(jìn)行初始化，定義DSP的一些向量和工作模式;

　　(2) 為數(shù)字濾波作準(zhǔn)備，將預(yù)先設(shè)計(jì)好的有N個(gè)抽頭的FIR數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng)序列h(n)中的N個(gè)數(shù)值放入存儲(chǔ)單元B1～BN;

　　(3) 作好濾波準(zhǔn)備工作后，開始進(jìn)行抽樣，并讀入抽樣值，放入存儲(chǔ)單元A1中;

　　(4) 之后便對(duì)抽樣值進(jìn)行運(yùn)算處理：

　　(a) 將累加器清零，并設(shè)置兩個(gè)準(zhǔn)備相乘的存儲(chǔ)單元A與B的初始值K和L;

　　(b) 將第K個(gè)抽樣值A(chǔ)K與沖激響應(yīng)序列的第L個(gè)數(shù)值BL相乘(K+L=N+1)，并將乘積送入累加器進(jìn)行累加;

　　(c) 將第K-1個(gè)抽樣值A(chǔ)K-1放入AK，此時(shí)AK中原數(shù)值被覆蓋;

　　(d) 重復(fù)(b)～(c)，直至共完成N次乘加運(yùn)算。

　　(5) 輸出處理結(jié)果;

　　(6) 重復(fù)(3)～(5)。

　　六、 結(jié)束語(yǔ)

　　FIR濾波器具有嚴(yán)格的線性相位，且是可物理實(shí)現(xiàn)的因果系統(tǒng)，因此被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代通信技術(shù)當(dāng)中，如解調(diào)器中的位同步與位定時(shí)提取、自適應(yīng)均衡去碼間串?dāng)_以及話音的自適應(yīng)編碼等。可見對(duì)FIR濾波器的研究是具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義的。