基于56F8O13 DSP的FIR濾波器設計

0 引言
數字濾波器是一種用來(lái)過(guò)濾時(shí)間離散信號的數字系統，通過(guò)對抽樣數據進(jìn)行數學(xué)處理來(lái)達到頻域。濾波的目的。根據其單位沖激響應函數的時(shí)域特性可分為兩類(lèi)：無(wú)限沖激響應(IIR)濾波器和有限沖激響應(FIR)濾波器。與IIR濾波器相比，FIR濾波器只有零點(diǎn)，除原點(diǎn)外．在z平面上沒(méi)有極點(diǎn)，因此總是穩定的和可實(shí)現的；更重要的是，FIR濾波器在滿(mǎn)足一定的對稱(chēng)條件下，可以獲得嚴格的線(xiàn)性相位特性，這一點(diǎn)是IIR濾波器難以實(shí)現的。因此。它在高保真的信號處理．如數字音頻、圖像處理、數據傳輸、生物醫學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應用。

1 FIR濾波器基本結構
FIR濾波器的數學(xué)表達式為：

式中：N為FIR濾波器的抽頭數；x(n)為第n時(shí)刻的輸入樣本；h(i)為FIR濾波器第i級抽頭系數。
其相應的z變換為：

式中：z-i為N-1階多項式。
普通的直接型FIR濾波器結構如圖1所示。

在自適應處理、數據通信等領(lǐng)域中往往要求信號在傳輸過(guò)程中不能有明顯的相位失真，FIR濾波器可以做到線(xiàn)性相位滿(mǎn)足此要求。F1R濾波器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)分節的延遲線(xiàn)，把每一節的輸出加權累加，得到濾波器的輸出。對于FIR濾波器的單位脈沖響應h(i)只要滿(mǎn)足以下2個(gè)條件之一，則為線(xiàn)性相位濾波器。

線(xiàn)性相位的FIR濾波器具有中心對稱(chēng)的特性，其對稱(chēng)中心在N／2處。

(2)由性能指標確定窗函數w(n)和窗口長(cháng)度N
(3)求得實(shí)際濾波器的單位脈沖響應h(n)

(4)檢驗濾波器性能。
設計常用的窗函數有矩形窗、漢寧窗、海明窗、凱撒窗等。其中：海明窗的旁瓣峰值小于主瓣峰值的1％，99．963％的能量集中在主瓣內．且通過(guò)海明窗設計的FIR濾波器在較少的階數下可以得到較小通帶紋波，非常適合工程設計，所以本設計選擇海明窗實(shí)現。

3 利用QEDesign Lite設計FIR濾波器
根據窗函數設計的FIR濾波器的單位脈沖響應．h(n)有多種輔助工具進(jìn)行求取，如：MATLAB的FDATool、SPTool和NI的Digital Fliter Design Toolkit等，在此．我們使用了FreeScaleDSP開(kāi)發(fā)環(huán)境Codewarrior8．O自帶的QEDesignlite濾波器設計工具箱進(jìn)行FIR濾波器單位脈沖響應h(n)的求解。
利用QE Design lite濾波器設計工具箱，可快速進(jìn)行IIR濾波器、基于窗函數FIR濾波器和等紋波FIR濾波器的低通、高通、帶通和帶阻設計。并根據設計參數，自動(dòng)生成濾波器的幅頻響應、相頻響應、群延時(shí)、沖擊響應和單位階躍響應，以及生成單位脈沖響應h(n)的*．h文件和該FIR濾波器使用示例C文件，以方便后續設計。其主要設計步驟如下：
(1)運行程序QEDesign lite，選擇菜單項“DesignI FIRWindows Design……”：
(2)在彈出的“FIR(Windows)Design”窗體中，選擇“l(fā)owpass”選項；
(3)在“Lowpass Filter”窗體中，輸入FIR濾波器的設計指標：采樣頻率=20000 Hz、通帶頻率=5000 Hz、阻帶頻率=6000 Hz、通帶紋波=O．01 dB和阻帶紋波=40 dB．如圖2所示；