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C语言编写FIR数字低通滤波器
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FIR数字滤波器相关专题推荐论文发表、论文指导
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基于DSP的FIR数字滤波器的设计
　　摘要： 利用TMS320C54x系统开发环境CCS下，实现基于DSP的FIR数字滤波器并进行实验仿真，并从输入信号和输出信号的时域和频域曲线上，观察在DSP上实现的FIR滤波器的特性，从仿真结果上可以看出，该滤波器具有很好的滤波特性。 中国论文网 /7/view-4292008.htm　　Abstract： Under the CCS development environment by using the TMS320C54x system， this paper realized the FIR digital filter based on DSP and conducted the simulation， observed the characteristics of FIR filter in DSP from the time domain and frequency domain curve of the input signal and the output signal. The simulation results showed that this filter had good filtering properties. 　　关键词： 数字滤波器；DSP；TMS320C54x 　　Key words： digital filter；DSP；TMS320C54x 　　中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：（0-02 　　0 引言 　　随着信息处理技术的飞速发展，熟悉信号处理技术逐渐发展成为一门主流技术，它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用，其中滤波器技术的实现也越来越重要。那么相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等，这些优势决定了数字滤波器的应用越来越广泛。同时DSP（数字信号处理）的出现和FPGA的迅速发展也促进了数字滤波器的发展，并为数字滤波器的硬件实现提供了更多的选择。 　　1 FIR滤波器设计原理 　　1.1 FIR滤波器设计原理分析 设hi（i=0，1，2，…，N-1）为滤波器的冲激响应，输入信号为x（n），则FIR滤波器的输入输出关系为： 　　y（n）=■h■x（n-i） （1） 　　在数字信号处理应用中往往需要设计线性相位的滤波器，FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到严格的线性相位特性。为了使滤波器满足线性相位条件，要求其单位脉冲响应为实序列，且满足偶对称或奇对称条件即h（n）=h（N-1-n）或者h（n）=-h（N-1-n）。这样，当N为偶数时，偶对称线性相位FIR滤波器的差分方程表达式为： 　　y（n）=■h（i）（x（n-i）+x（N-1-n-i）） （2） 　　由上可见，FIR滤波器不断对输入样本x（n）延时后，再做乘法累加算法，将滤波器结果y（n）输出。因此，FIR实际上是一种乘法累加运算。对于线性相位FIR而言，利用线性相位FIR滤波器系数的对称特性，可以采用结构精简的FIR结构将乘法器数目减少一半。 　　1.2 FIR滤波器的设计方法 FIR数字滤波器最主要特点是没有反馈回路，因此是无条件稳定系统。如前所述，FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算它不断地输入样本x（n），经延时z-1，然后做乘法累加运算，再输出滤波结果y（n），即： 　　y（n）=■h■x（n-i） （3） 　　为了保证信号处理的实时性，系统中采用循环缓冲法实现，这样就不需要移动数据，并且不需要将数据存储在一个机器周期中。 　　2 系统设计思路 　　在TMS320C54x系统开发环境CCS（Code Composer Studio）下来实现FIR滤波器。通过MATLAB设计确定FIR滤波器系数。利用C语言设计相应的滤波器，通过实验仿真，从输入信号和输出信号的时域和频域曲线可看出在DSP上实现的FIR滤波器能完成预定的滤波任务。 　　图1主要介绍了滤波器的设计思路，即程序开始并产生输入数据，对DSP进行初始化，通过堆栈读入新数据并放到栈顶，然后对数据进行滤波处理并保存滤波结果到输出单元，最后对待滤波的样本点数进行处理，并对未处理完成的数据进行处理并只至完成。 　　3 系统软件设计 　　启动MATLAB，点击File→New→M-file，打开Untitled窗口，利用C语言，系统程序流程图如图2所示。 　　该流程图主要介绍了C语言系统程序的处理流程。 　　4 系统仿真 　　为了验证所设计的滤波器是否满足要求，用CCS仿真工具进行仿真，从输入信号和输出信号的时域和频域曲线在DSP上实现的FIR滤波器完成预定的滤波任务。如图3-6。 　　以噪声三角波为例，频率为400Hz，振幅为800mV。滤波前的波形如图3和图4，滤波后的图形如图5和图6。 　　对比上面CCS下所显示的滤波前和滤波后信号的时域和频谱图可以看出，由正弦信号组成的混合噪声三角波，经过FIR低通滤波器后基本上达到了预期的滤波效果。 　　5 结束语 　　本课题的主要工作是应用MATLAB软件设计FIR数字滤波器，并对所设计的滤波器进行仿真；应用DSP集成开发环境-CCS调试汇编程序，用TMS320C5416来实现了FIR数字滤波器。 　　参考文献： 　　[1]高西全，丁玉美.数字信号处理教程[M].西安：西安电子出版社，2008. 　　[2]孙宗瀛，谢鸿林.TMS320C5xDSP原理设计与应用[M].北京：清华大学出版社，2002. 　　[3]乔瑞萍，崔涛，张芳娟.TMS320C54xDSP原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005. 　　[4]张雄伟.DSP芯片的原理与开发应用（第四版）[M].北京：电子工业出版社，2008. 　　[5]郑红.TMS320C54XDSP应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.
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> 基于Matlab的FIR数字滤波器设计方案
基于Matlab的FIR数字滤波器设计方案
　　本文先介绍的相关概念，并利用MATLAB中的FDA TOOL工具箱和Simulink工具进行FIR带通数字滤波器的设计，给出了基于的设计方案。最后通过建模和仿真证明，本方案中设计的滤波器能够快速有效组成的常规数字滤波器， 实现不同截止频率的FIR滤波器，极大地减轻了工作量，实用性较强。本文引用地址：　　0 引言　　随着信息时代数字化、智能化和网络化的发展，数字信号处理已成为一门极其重要的学科和研究热点，并且数字滤波技术作为该领域的一个重要组成部分得到了日益广泛的重视。　　相对于IIR数字滤波器，FIR滤波器以其线性相位的极大优势得到了更加长足的发展。数字滤波器可以用硬件或软件两种方式来实现，而后者的优点是可以通过改变滤波器参数去调整整体性能，而MATLAB所提供的信号处理工具箱具有强大的函数功能，它不仅可以用来设计数字滤波器，还可以使设计达到最忧化，因此它成为了设计的强有力的工具。　　1.FIR数字滤波器　　1.1 FIR滤波器的系统函数　　FIR数字滤波器是一种非递归系统，其冲激响应h（n）是有限长序列，其系统函数的一般形式为：　　　　在上式中，h（n）是因果序列，H（z）是z1的N-1次多项式，仅在Z=0处有N-1阶极点，在其它地方没有极点，有N-1个零点处在有限Z平面内的任何位置上。FIR系统的基本结构有直接型和级联型，在雷达信号处理中作为相关器和对消器等获得了广泛的应用。　　1.2 FIR滤波器的设计过程　　数字滤波器的设计过程为：　　1）按照实际需要，确定滤波器的性能要求。通常（但不总是）是在频域中给定数字滤波器的性能要求，一般为幅度和相位响应，即技术指标。　　2）寻找满足预定性能要求的离散时间线性系统，即用一个因果稳定的系统函数去逼近给定的性能要求，以确定滤波器系数。　　3）用有限精度的运算实现所设计的系统。　　这里包括选择运算结构，对滤波器的系数、输入变量、中间变量和输出变量量化到固定字长。　　4）通过模拟，分析其频率特性和相位特性，验证所设计的系统是否符合给定性能要求。　　2.MATLAB相关工具介绍　　2.1 FDATOOL工具箱　　FDATOOL是软件中提供滤波器设计的专门工具箱，可以设计几乎所有的常规滤波器，其界面总共分两大部分，如图1所示。　　　　界面上半部分是特性区，用来显示滤波器的各种特性。　　界面下半部分是Design Filter，用来设置滤波器的设计参数，主要分为：ResoponseType（滤波器类型）选项、Design Method（设计方法）选项、Filter Order（滤波器阶数）选项、Frenquency Specifications（频率特性）选项和Magnitude Specifications（幅度特性）选项。　　2.2 Simulink简介　　Simulink是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包，它可以处理线性、非线性系统；离散系统、连续系统以及混合系统；单任务、多任务离散事件系统等，目前已经覆盖通信、控制、信号处理、电力系统等诸多领域。Simulink和 的良好结合使得用户可以利用Matlab丰富的资源，建立仿真模型，监控仿真过程，并且可以在线修改参数，并观察改变后的结果。　　3.FIR带通滤波器设计　　针对含有5Hz、15Hz和30Hz的混合正弦波信号，设计一个FIR带通滤波器。参数要求：采样频率Fs=100Hz，通带下限截止频率Fc1=10Hz，通带上限截止频率Fc2=20Hz，过渡带宽6Hz，通阻带波动0.01，采用凯塞窗设计。　　3.1 FDATOOL参数设定　　Response Type中选择B在DesignMethod选项中选择FIR Window，窗函数类型选取Kaiser，Beta值为3.4;指定Filter Order项中的Specify order为38;采样频率Fs=100Hz，截止频率Fc1=10Hz，Fc2=20Hz.设置完以后点击窗口下方的Design Filter，在窗口上方就会看到所设计滤波器的幅频响应，如图2所示。　　　　通过菜单选项Analysis还可以看到滤波器的相频响应（如图3所示）、组延迟、脉冲响应、阶跃响应、零极点配置等。设计完成后将结果保存为kaiser.fda文件。　　　　3.2 Simulink仿真　　打开Simulink工具箱，新建一个Model，将正弦信号源和常量信号源、DSP离散正弦信号源、乘法器、加法器、示波器等布置好，并把各环节的端口按框图连接起来，搭建的系统仿真模型如图4所示，将上节中封装好的滤波器文件kaiser.fda导入Digital Filter Design模块，输入信号为：　　　　　　生成的滤波效果如图5所示。　　　　图5中横坐标表示时间（t），纵坐标表示振幅。滤波后，信号周期约为0.067s，即频率为15Hz，通过对滤波前后的离散波形进行对比可以很明显的看出，复合信号通过设计的带通滤波器后，所需要的有用信号（15Hz）分离了出来，基本达到预期目的。　　4.结论　　本文提出的基于Matlab的FIR数字滤波器设计方案。先介绍FIR数字滤波器的相关概念，并利用MATLAB中的FDA TOOL工具箱和Simulink工具进行FIR带通数字滤波器的设计。　　最后通过建模和仿真证明，本方案中设计的滤波器能够快速有效组成的常规数字滤波器， 实现不同截止频率的FIR滤波器，极大地减轻了工作量，实用性较强。
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从时域出发，设计h(n)逼近理想hd(n)。
设计Butterworth低通滤波器，指标为wp=0.2*pi,Rp=1dB,wst=0.3*pi,阻带衰减As=15dB。
Matlab编程实现。
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