摘 要

FIR(Finite Impulse Response)滤波器：有限冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器，在DSP系统中是最基本的元件，它在实现任意幅频特性的时候还能保持线性相频特性，并且它的有限长的单位抽样响应决定了FIR滤波器的稳定性。所以，FIR数字滤波器普遍地使用在通讯、图像分析、模块分类等方面。

本论文的主要内容是通过研究FIR数字滤波器的基本理论，然后选择了DSP上的TMS320VC5402这个芯片来设计FIR数字滤波器系统。除此之外我还研究了数字滤波器的实现方法。通过学习FIR滤波器的结构、数字滤波器的设计理论，掌握了FIR数字滤波器的原理和特性。为实现数字滤波器奠定了理论基础。

经系统调试表明，此数字滤波器系统最终实现了低功耗滤波的功能，达到了系统设计的预期目标。

关键词：DSP；数字滤波器；FIR

Abstract

FIR filter FIR (Finite Impulse moisturiser Response) filter: Finite length unit Impulse Response filter, is the most basic element in a digital signal processing system, it can ensure that any amplitude frequency characteristics of strict linear phase frequency characteristics at the same time, at the same time the unit sample Response is limited long, thus filter is stable system. Therefore, FIR filter in communication, image processing, pattern recognition and other fields have a wide range of applications.

This paper mainly studies the basic theory of FIR digital filter, then I select the TMS320VC5402 chip on DSP to design the FIR digital filter system. And I research the realization of the digital filter method. By studying the structure of FIR filter, digital filter design theory, master the principle and characteristics of FIR digital filter. Laid the theoretical basis for the realization of the digital filter.

Through system debugging, this digital filter system finally realizes the function of low-power filtering, and achieves the target of system design.

Keywords：DSP; Digital Filter; FIR

目 录

第1章 绪论 1

1.1 数字滤波器的优越性 1

1.2 国内外研究现状和发展趋势 1

1.3 数字滤波器的实现方法 2

1.3.1 用计算机软件实现 2

1.3.2 采用DSP处理器来实现 2

1.3.3 采用特殊的信号处理器实现 2

1.3.4 用FPGA等可编程器件实现 2

1.4 本章小结 3

第2章 FIR数字滤波器的基础知识 4

2.1 FIR滤波器简介 4

2.2 FIR数字滤波器的基本结构 4

2.3本章小结 5

第3章FIR滤波器设计方法 7

3.1 窗函数设计法的基本思路 7

3.2 几种常用的窗函数 8

3.3 用频率抽样法设计FIR滤波器 8

3.4 数字滤波器的软件辅助设计 9

3.5本章小结 10

第4章FIR数字滤波器的硬件电路设计 11

4.1基于DSP的FIR数字滤波器的硬件设计方案 11

4.2 TMS320VC5402内部硬件结构  11

4.3 电源电路的设计  12

 4.4复位电路的设计  13

4.5时钟电路的设计 15

4.6 JTAG接口的设计 16

4.7 DSP与A/D和D/A转换器的接口设计 16

4.7.1 A/D转换接口电路设计 16

4.7.2 D/A转换接口电路设计 17

4.8 McBSP接口设计  18

4.9本章小结 19

第5章 FIR数字滤波器的软件实现及其调试 20

5.1硬软件调试与结果 21

5.1.1硬件调试 21

5.1.2软件调试 21

5.1.3调试结果 21

5.2 硬软件的联合调试 22

5.3结果讨论 22

第6章 结论与展望 23

6.1本文的主要工作 23

6.2 DSP的前景展望与未来的工作 23

参考文献 25

附录A 软件程序代码 26

附录B 整体电路图 27

致 谢 27

第1章 绪论

第1章绪论主要介绍了数字滤波器的优越性，国内外研究现状和发展趋势，数字滤波器的实现方法，主要的研究内容等。

1.1 数字滤波器的优越性

由于高速地运算，数字信号处理具有活跃的可编程性和接口特点，在许多电子设备及产品的研发和应用中起到了巨大的作用。使用DSP芯片实现数字信号处理是目前的趋势。近年来，我国的DSP技术发展迅速，无论是在科技研究方面，还是在产品开发等方面，其应用都越来越广泛，而且取得了丰硕成果。基于DSP芯片设计出来的数字滤波器，可以通过变化滤波器的参数，灵活的转化滤波器的功能。信号广泛的出现在所有的科学和工程方面，如通讯、控制系统、物理学、雷达、声学和数据通信。在许多应用中，信号的频谱可能会被改正，整形或运算根据期望的目标。在信号频谱被修改或整形的过程中可能包括降低频率范围、中断或部分隔断一些频率成分，这个时候就需要用到数字滤波器来完成这些工作并且它是很简便的。

1.2 国内外研究现状和发展趋势

数字信号处理器（DSP）是一种特别适合将模拟信号转换成数字信号后进行信号处理运算的微处理器，它的运算速度比最快的CPU快将近几十倍。在今天的电子互联网时代的背景下，DSP已经成为通信、计算机和消费产品的基础设施。可以不夸张的说，在未来DSP将成为集成电路板中发展速度最快的电子产品，并将成为替代电子产品的关键性要素。在DSP芯片诞生之前，数字信号处理只可以在微处理器(MPU)中去实现,但由于微处理器运算速度不高所以它不能达到高效快速的要求。所以,在1970年代提出的DSP的理论和算法只存在于课本中,甚至开发的DSP系统也只是由离散的组件组成,它的应用领域非常有限，仅在军事、航空航天等部门鲜有运用^[2]。

紧接着由于大规模集成电路技术得到了较好地发展,在20世纪80年代成功地研制了第一枚DSP芯片，这种DSP芯片是由微米工艺nmos的技术研制，虽然规模和功耗更大,但是运行速率要快于微处理器数几十倍,所以它大量使用在语音合成和编解码器方面。DSP芯片的出现意味了DSP应用系统从大型化向小型化跨出了重要的一步。随着cmos技术的发展和创新，DSP芯片基于CMOS工艺出现了第2代的历史时刻，其存储大小和计算速率增加了数倍，成为图像处理技术和语音处理技术的支柱。在1980年末，引入了第3代D S P芯片，处理速度提高更大，适用范围也增加到计算机和通信方面。在1990年左右，数字信号处理的发展达到高峰，先后研制出了第4代和第5代DSP芯片。如今我们用到的DSP芯片是第5代产物,它与第4代相比,系统集成更高，把DSP芯片和外围组件全部集成在单个芯片上,这种高水平的集成DSP芯片不但发挥了突出作用在计算机和通信方面,并越来越多的出现在我们的日常生活中,发展前景是非常可观的。目前，通用的DSP芯片是美国德州仪器公司的TMS320系列、ATamp;T的DSP16系列、摩托摩拉的DSP 56000系列、AD的ADSP2100系列等。

1.3 数字滤波器的实现方法

数字滤波器可以在以下几种方法当中来实现：

1.3.1 用计算机软件实现

在微计算机上可以使用一些软件来实现数字滤波器。首先把滤波要完成的操作编写成程序然后通过计算机完成，软件我是参考了网上的相关资料。在世界的各国，相关的公司和公司早就发行包含多种的语言信号滤波处理软件包。该方法由于运算慢在信号处理的过程中很难实时处理，尽管能通过快速的傅里叶变换算法加快运算速率，但是要做到实时处理需要承受巨大的代价，因此，在科学研究和课堂教学中经常使用了这种方式。

1.3.2 采用DSP处理器来实现

我们可以采用DSP处理器来完成数字滤波器的设计,用到的DSP处理器包括TI的TMS320系列，AD的ADSP2100系列等。DSP芯片最关键的器件为一个MAC(乘累加器),它的功能是在DSP上的一个周期进行一次乘累加计算，可以完成信号处理的指令，包含了倒序寻址和循环寻址。这些功能有助于成功地实现数字信号处理(DSP)的滤波器设计，而且它高效，快速，耗材低。数字滤波器通过DSP来设计完成的话具有稳定、灵活、高精度、无差别的环境影响等特点^[3]。而且我们可以简单的调整滤波器的性能通过变化滤波器的参数。

1.3.3 采用特殊的信号处理器实现

ASIC是一种特殊的集成电路，它可以用于特殊的信号处理。通常一些固定和快速的信号处理可以用它来完成，它有固定的算法来确定其结构，其信号处理器也是由各种逻辑器件组成。它们有小巧、良好的保密性、高性能等优点，但是比较不灵活。

1.3.4 用FPGA等可编程器件实现

FPGA通常是用硬件开发语言，然后借助VHDL，通过软件编程然后结合硬件来实现数字滤波。FPGA具有良好的通用性，并且可以实现并行计算的算法，所以无论是用来完成数字信号处理(DSP)，还是作为DSP芯片的辅助处理器都是很好的一种方法。

1.4 本章小结

本章主要探讨了数字滤波器的优缺点，在根据相关的FIR数字滤波器的理论知识，为以后设计一个完整的数字滤波器系统奠定一个良好的理论基础。然后从DSP芯片的发展历史中熟悉各种DSP芯片，最终为以后的DSP芯片的硬件设计起到良好的指导。