DSP实验报告FIR和IIR滤波器设计.docx

DSP实验报告 实验一 FIR滤波器的设计 1.实验目的 利用所学DSP知识，在CCS3.3平台上，对TMS320VC5416DSP设计，编程实现FIR滤波器。从而学会使用CCS软件和TMS320VC5416实验板。 2.实验要求 设计一个10阶的FIR滤波器，要求fc=2.5kHZ，定点实现。并对Fs=8kHZ的多正弦波合成文件进行滤波测试，显示出输入和输出信号。 3.实验原理 一个截止频率为ωc的理想数字低通滤波器，其传递函数的表达式为： 这个滤波器是物理不可实现的。为了产生有限长度的冲激响应函数，我们取样响应为，长度为N。表示截取后的冲激响应，即，其中即为窗函数，窗长为N。一般的FIR滤波器差分方程如下： 进行Z变换得到FIR的系统函数为： N阶滤波器通常采用N个延迟单元、N个加法器与N+1个乘法器组成。因此可以得到FIR滤波器的结构图如图1所示。 图1 FIR滤波器直接结构图 4.设计思路 对于FIR滤波器的设计，其系数是关键。由于matlab自带滤波器设计工具箱和滤波器设计函数，故借用matlab工具，设计满足条件的滤波器并导出系数以备编写滤波器程序时使用。实验需要用到的输入数据是多正弦波合成文件，对于输入信号的设计，这里也借助matlab编程生成dat文件。然后用C语言编写FIR滤波器的主程序，输入文件在程序运行后导入。 5.实验内容 （1）滤波器系数的设计 由于实验只给出滤波器条件为N=10，fc=2.5kHZ，并没有给出fp和fs，所以这里调用matlab工具箱函数fir1实现窗函数法设计滤波器。 fir1的调用格式为hn=fir1（N，ωc），返回值为6dB截止频率为ωc的N阶（单位脉冲响应h（n）长度N=N+1）的FIR低通滤波器的系数向量（ωc为标量），默认选用哈明窗。其中ωc为对π归一化的数字频率，其计算公式为ωc=2πfcπFs，这里计算得出ωc=0.625。因为得到的系数向量要用于DSP的FIR程序中，需要对其进行进行转换并取整。最后系数结果如下图2所示。 图2 10阶FIR滤波器系数 对于10阶滤波器得到11个系数，将该系数保存，以备后面编写程序时使用。 该滤波的幅频图和相频图分别对应图3和图4。 图3 10阶FIR滤波器幅频图 图4 10阶FIR滤波器相频图 （2）输入信号的生成 根据老师给的两个.wav语音文件，这里用matlab的wavread函数将其读进去，并编写程序查看其部分信号时域和频域图，并生成两个语音文件的.dat文件，供作为DSP设计滤波器验证时所用的输入文件。 两个语音信号部分时域和频域图分别对应图5（a）（b）和图6（a）（b）。 （a） 语音文件1时域图 （b） 语音文件1频谱图 图5 语音文件1时域和频域图 （a）语音文件2时域图 （b）语音文件2频谱图 图6 语音文件2时域和频域图 （3）CCS中FIR程序编写 首先打开CCS setup选择对应5416型号的处理器，保存后打开CCS软件，project-new建立fir滤波工程。新建一个input.h文件，并将matlab产生的input文件里面的数据放入其中，然后project-add files to project..将input.h添加至工程。同理，编写FIR滤波主程序并将其加入工程。最后将链接文件fir.cmd加入工程。如图7所示。 图7 CCS3.3程序窗口 编译生成fir.out文件，然后file-load program..-fir.out，运行程序。然后view-graph-time/frequency，显示如图8所示。然后选择对应的single time、FFT magnitude分别对应时域和频域图形。start address分别填input和output对应输入和输出的数据。通过改变acquisition buffer size和display data size数值来调整显示框的结果。对应的显示结果如图9-图12所示。 图8 时域图 （b） 频域图 图9 输入信号1波形图 滤波结果时域图 滤波结果频域图 图10 信号1滤波结果图 （a） 时域图 （b）频域图 图11 输入信号2波形图 滤波结果时域图 滤波结果频域图 图12 信号2滤波结果图 （4）程序下载到DSP实验板 点击file-new-DSP/BIOS configuration，选择DSK5416.cdb，保存至文件的工程目录下。将刚生成的.cdb文件和编写的加入到工程中。将前面的程序文件分别加入工程中，进行编译。 链接实验板和电脑。点击debug-connect，连接测试板，file-load program..，从工程文件下的debug文件夹中导入fir.out文件,再点击debug-run运行