DSP课设(IIR滤波器的DSP实现).docx

DSP硬件电路设计基础课程设计设计名称：无线冲击响应IIR滤波器的设计专业班级：电子信息学号：姓名：指导教师：太原理工大学现代科技学院专业班级电子信息学生姓名课程名称设计名称无限冲击响应IIR滤波器的设计设计周数1.5周指导教师设计任务主要设计参数掌握数字滤波器的设计过程；了解IIR的原理和特性；熟悉设计IIR数字滤波器的原理和方法；学习IIR滤波器的DSP实现原理；学习使用CCS的波形观察窗口观察输入/输出信号波形和频谱变化情况。设计内容设计要求1. 通过MATLAB来设计一个低通滤波器，对它进行模拟仿真确定IIR滤波器系数；2. 用DSP汇编语言及C语言进行编程，实现IIR运算，对产生的合成信号，滤除信号中高频成分，观察滤波前后的波型变化。主要参考资料邹彦等．DSP原理及应用．北京：电子工业出版社．2007年．电气与电子信息类本科规划教材李利等．DSP原理及应用．北京：中国水利水电出版社．2007年．21世纪高等院校规划教材学生提交归档文件课程设计报告课程设计任务书注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订） 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。指导教师签名：日期：15.01.12一、设计目的掌握数字滤波器的设计过程；了解IIR的原理和特性；熟悉设计IIR数字滤波器的原理和方法；学习II R滤波器的DSP实现原理；5、通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱的变化。二、设计内容用DSP汇编语言编程，实现IIR运算，对产生的合成信号，滤除信号中高频成分，观察滤波前后的波形变化。三、设计原理（1）IIR滤波器的基本结构IIR滤波器广泛应用于数字信号处理中。IIR滤波器差分方程的一般表达式为: 式中x(n)为输入序列;y(n)为输出序列;和为滤波器系数.若所有系数等于0,则为FIR滤波器.IIR滤波器具有无限长的单位脉冲响应,在结构上存在反馈回路,具有递归性,即IIR滤波器的输出不仅与输入有关,而且与过去的输出有关.将上式展开得出y(n)表达式为:在零初始条件下,对上式进行z变换,得到:设N=M,则传递函数为:上式可写成:该传输函数既有极点又有零点。输出既依赖于输入又依赖于过去输出。IIR所需计算比FIR少。但是IIR具有稳定性问题。对滤波系数的量化特别敏感。上式具有N个零点和N个极点.若有极点位于单位圆外将导致系统不稳定.由于FIR滤波器所有的系数均为0,不存在极点,不会造成系数的不稳定.对于IIR滤波器,系统稳定的条件如下:若|pi|1,当n→时,h(n)→0,系统稳定;若|pi|1,当n→时,h(n)→,系统不稳定.IIR滤波器具有多种形式,主要有:直接型(也称直接I型)、标准型(也称直接II型)、变换型、级联型和并联型.二阶IIR滤波器,又称为二阶基本节,分为直接型、标准型和变换型.对于一个二阶IIR滤波器,其输出可以写成:直接型(直接I型)根据上式可以得到直接二型IIR滤波器的结构图.如图1所示.共使用了4个延迟单元().图1 直接I型二阶IIR滤波器直接型二阶IIR滤波器还可以用图2的结构实现.图2 直接I型二阶IIR滤波器此时,延时变量变成了w(n).可以证明上图的结构仍满足二阶IIR滤波器输出方程.前向通道:反馈通道:将1.2式代入1.1式可得:标准型(直接II型)从图2可以看出,左右两组延迟单元可以重叠,从而得到标准二阶IIR滤波器的结构图,如图3所示.由于这种结构所使用的延迟单元最少(只有2个),得到了广泛地应用,因此称之为标准型IIR滤波器.图3 标准型二阶IIR滤波器（2）二阶IIR滤波器的DSP实现标准型二阶IIR滤波器的实现在二阶IIR滤波器结构中,标准型结构是最常见的滤波器结构,其结构如图4所示:图4 标准型二阶IIR滤波器由结构图可以写出反馈通道和前向通道的差分方程:反馈通道: 前向通道: 由以上两式对二阶IIR滤波器进行编程，其中乘法-累加运算可采用单操作数指令或双操作数指令,数据和系数可存放在DARAM中,如图5所示:图5 双操作数数据存放和系数表直接型二阶IIR滤波器的实现二阶IIR滤波器可以用直接型结构来实现.在迭代运算中,先衰减后增益,系统的动态范围和鲁棒性要好些.直接型二阶IIR滤波器的结构如图6所示:图6 直接型二阶IIR滤波器直接型二阶IIR滤波器的脉冲传递函数为:差分方程为：为了实现直接型滤波,可在DARAM中开辟4个循环缓冲区,用来存放变量和系数,并采用循环缓冲区方式寻址.这4个循环缓冲区的结构如图7所示:图7 循环缓冲区结构四、总体方案设计一个N阶IIR滤波器的传递函数可以表达为用差分方程可以表达为从这个差分方程表达式可以看出，是由两部分相加构成：第一部分是一