基于Matlab的FIR帶通濾波器設計及DSP實(shí)現

實(shí)現的核心器件采用TI公司生產(chǎn)的TMS320C5402芯片。該芯片采用先進(jìn)的修正哈佛結構，片內共有8條總線(xiàn)、CPU、在片存儲器、在片外圍電路等硬件和高度專(zhuān)業(yè)化的指令系統，使它的處理速度和容量大大提高，為數字濾波中的復雜算法的實(shí)現提供了良好的保證。
A／D轉換器采用TI公司生產(chǎn)的ADS7864芯片，它是一個(gè)高速(轉換時(shí)間2μs)12位精度，6通道的A／D轉換器件。它的最高工作頻率可達8 MHz，采樣率為500 kHz。根據奈奎斯特定理，信號的最高頻率不能高于250 kHz，這樣才不會(huì )有失真，而這個(gè)頻率對于語(yǔ)音信號的處理已經(jīng)足夠。
D／A轉換芯片采用DAC7625，它是一個(gè)4路12位D／A轉換器件，每路都有輸入寄存器和DAC寄存器，構成雙緩沖結構，轉換時(shí)間為10μs。
3．2 軟件設計
3．2．1 數據組織方式
若輸入信號x(n)和濾波器的單位沖激響應h(n)在頻域分別為，則其輸出信號的頻率響應為。根據離散傅氏變換的性質(zhì)，可以得到濾波系統的差分方程：

從上文Matlab的仿真過(guò)程可得到濾波器的級數N和濾波器系數h(n)。從上述可知數字濾波器實(shí)現時(shí)，主要是進(jìn)行乘和加運算以及數據存取操作。
在定點(diǎn)DSP上實(shí)現FIR濾波有兩種方式：一種是用線(xiàn)性緩沖區實(shí)現z-1，該方式能保證新老數據在存儲器中的存放位置直接明了，新的數據存放在緩沖區的固定位置；另一種方式是循環(huán)緩沖區實(shí)現z-1，該方式新老數據在緩沖區的位置不直接明了，新的數據沒(méi)有固定位置，但可以方便地完成濾波器窗口的自動(dòng)更新?？紤]到本方案中使用的是匯編語(yǔ)言編程，還有N的階數較大，為提高速率，因此在選擇FIR濾波器的方式時(shí)選擇循環(huán)緩沖區實(shí)現z-1的方式。
對于N級的FIR濾波器，在數據存儲器中開(kāi)辟一個(gè)稱(chēng)之為滑窗的N個(gè)單元的緩沖區，滑窗中存放最新的N個(gè)輸入樣本。每次輸入新的樣本時(shí)，一新樣本改滑窗中的最老數據，而滑窗中的其他數據不需要移動(dòng)。利用片內BK(循環(huán)緩沖區長(cháng)度)寄存器對滑窗進(jìn)行間接尋址，環(huán)緩沖區地址首位相鄰。
3．2．2 程序設計思路
程序設計的總體思路是：?jiǎn)?dòng)ADS7864對輸入的模擬信號進(jìn)行A／D轉換，每采集到一個(gè)數據就送入DSP進(jìn)行濾波運算，運算結果送DAC76 25轉換為模擬量。不斷地重復上述過(guò)程，在DAC7625的輸出端就得到濾波后的模擬信號。
為了精確地控制ADS7864的采樣率，使用TMS320C5402內部的定時(shí)器控制采樣時(shí)間間隔T。設置定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間等于采樣時(shí)間間隔T，并讓它工作在中斷方式，則定時(shí)器每過(guò)T時(shí)間間隔就向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應中斷請求，轉去執行中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中讀取A／D轉換結果，對轉換結果進(jìn)行濾波運算，并將運算結果送D／A轉換器轉換為模擬量。因此，程序分為主程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序兩部分，流程圖如圖4，圖5所示。

3．2．3 FIR濾波源程序
FIR濾波器指令，使用MAC指令執行FIR濾波，將濾波輸出放在累加器A中：