Matlab輔助DSP設計FIR數字濾波器

　　l 引 言

　　隨著(zhù)信息技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數字信號處理技術(shù)在眾多領(lǐng)域得到廣泛應用。數字濾波器由于其精度高、穩定性好、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用在各種數字信號處理領(lǐng)域。數字濾波器根據沖擊響應函數的時(shí)域特性，可以分為FIR(有限長(cháng)沖擊響應濾波器)和IIR(無(wú)限長(cháng)沖擊響應濾波器)。FIR濾波器與IIR濾波器相比，具有嚴格的線(xiàn)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是有限長(cháng)的，故一定是穩定的，他又可以用快速傅里葉變換(FFT)算法來(lái)實(shí)現過(guò)濾信號，可大大提高運算效率。

　　Matlab輔助DSP開(kāi)發(fā)實(shí)現的關(guān)鍵是建立Matlab與DSF 間的連接。以往一般是由開(kāi)發(fā)工具CCS把DSP中間結果先保存，再調入Matlab工作空間與：Matlab仿真中間結果比較，以此發(fā)現DSP程序的不足，這需要反復操作，比較麻煩。Math Works公司和TI公司共同開(kāi)發(fā)的.Matlab Link for CCS開(kāi)發(fā)工具(CCSLink)，實(shí)現了在.Matlab，TICCS開(kāi)發(fā)環(huán)境和DSP硬件問(wèn)的雙向連接，開(kāi)發(fā)者可以利用Matlab強大的數據處理、分析、可視化功能來(lái)處理CCS和目標DSP中的數據，可以大大簡(jiǎn)化DSP軟件開(kāi)發(fā)的分析、調試和驗證過(guò)程，縮短軟件開(kāi)發(fā)周期。

　　2 Matlab與CCS及目標DSP間的連接

　　Matlab可通過(guò)3種方式與CCS、目標DSP進(jìn)行連接、數據交換。CCSLink提供了3種連接對象：

　　與CCS的連接對象 可從Matlab命令窗運行CCS中的應用程序，向目標DSP的存貯器、寄存器讀出/寫(xiě)人數據，檢查DSP狀態(tài)，開(kāi)始/停止目標DSP中運行的程序。

　　與RTDX(實(shí)時(shí)數據交換)的連接對象 使Matlab與目標DSP直接通信，Matlab可以實(shí)時(shí)地向目標DSP取出/發(fā)送數據，并不停止DSP中正在執行的程序。

　　嵌入式對象 在Matlab環(huán)境中創(chuàng )建，該對象可代表嵌入在目標C程序中的變量，由其可以直接對嵌入在目標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DSP的連接利用Matlab輔助DSP實(shí)現一個(gè)低通FIR數字濾波器并把實(shí)現的濾波結果和Matlab中仿真的濾波結果進(jìn)行比較。

　　3 Matlab輔助DSP實(shí)現FIR過(guò)程

　　Matlab輔助DSP實(shí)現FIR，其總體過(guò)程為在DSP中編寫(xiě)處理程序;在Matlab中利用濾波器設計、分析工具(FDATool)，根據指定的濾波器性能快速設計一個(gè)FIR，然后把濾波器系數以頭文件形式導人CCS中，頭文件中含濾波器階數和系數數組，在Matlab中調試、運行DSP程序并顯示、分析處理后的數據。使用該方法，便于采用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現程序。頭文件名不變，當Matlab中設計的濾波器系數改變時(shí)，相應頭文件中系數也改變，方便了程序調試、仿真。

　　3.1在CCS中編寫(xiě)處理程序

　　在CCS IDE中建立fir.pjt工程，用C語(yǔ)言編寫(xiě)處理主程序fir.c，利用匯編語(yǔ)言文件，來(lái)定義中斷服務(wù)程序。另外根據板上的存儲器配置方式，編寫(xiě)存儲器配置文件(.cmd文件)，編譯、鏈接，生成可執行文件(fir.out文件)，加載到目標DSP程序存儲器中。

　　3.2利用FDATool設計FIR濾波器

　　FIR濾波器設計方法有很多種，利用Matlab中的FDATool(Filter Design & Analysis TOO1)來(lái)設計是經(jīng)常被使用到的一種。FDATool是通過(guò)指定濾波器的性能指標來(lái)快速設計FIR或者IIR濾波器，他是一種圖形設計界面。

　　指定FIR濾波器為低通濾波器(Lowpass)，指定階數為30，采樣頻率F，為5 000 Hz，截止頻率為400 Hz。打開(kāi)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，即濾波器結構為直接I型;菜單Analysis用來(lái)選擇不同的分析顯示方式，如幅度響應、相位響應、脈沖響應、階躍響應、濾波器系數等。指定完設計參數后單擊按鈕Design Filter，生成濾波器系數。FDATool界面如圖1所示。

　　把生成的濾波器系數傳到目標DSP中有兩種方式，一種把濾波器系數輸入到一個(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加到DSP存貯器中。本文采用第一種方法。