基于DSP的IIR滤波器的设计.pdf

前 言 本文介绍了滤波器的滤波原理以及模拟滤波器、 数字滤波器的设计方法。 重点介 绍了 IIR 数字滤波器的设计方法。即脉冲响应不变法和双线性变换法。在此基础上， 用 DSP 虚拟实现任意阶 IIR 滤波器。此设计扩展性好，便于调节滤波器的性能，可 以根据不同的要求在 DSP 上加以实现。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备， 以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到 符合人们需要的信号形式。 数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来 的。数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。 反过来， 数字信 号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。 而数字信号处理的实现则是理论和 应用之间的桥梁。 数字信号处理是以众多学科为理论基础的， 它所涉及的范围极其广泛。 例如，在 数学领域，微积分、概率统计、 随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具， 与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的 一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以 说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础， 同时又使自己成为 一系列新兴学科的理论基础。 最多 64 个增加到现在的 200 个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增 加。此外， DSP 芯片的发展，是 DSP 系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程 度的下降。 第 1 章 绪 论 1.1 数字滤波器的概念 滤波器是指用来对输入信号进行滤波的硬件和软件。 数字滤波器是对数字信号实 现滤波的线性时不变系统。 数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法， 将代表输 入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列， 并在转化过程中， 使信 号按预定的形式变化。 数字滤波实质上是一种运算过程， 实现对信号的运算处理。 数 字滤波器和模拟滤波器相比， 因为信号的形式和实现滤波的方法不同， 数字滤波器具 有比模拟滤波器精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配等优点。输 入数字信号（数字序列）通过特定的运算转变为输出的数字序列，因此，数字滤波器 本质上是一个完成特定运算的数字计算过程， 也可以理解为是一台计算机。 描述离散 系统输出与输入关系的卷积和差分方程只是给数字信号滤波器提供运算规则， 使其按 照这个规则完成对输入数据的处理。 1.2 数字滤波器的分类 目前数字滤波器的主要实现方法有： 1．在通用的微型计算机上用软件实现： 软件可以是自己编写的，也可以使用现成的软件包，这种方法缺点是速度太 慢，不能用于实时系统，只能用于教学和算法的仿真研究。比如用 MATLAB 就几 乎可以实现所有数字滤波器的仿真。而且在 MATLAB 下的部分仿真程序还可以通 过转化为 C 语言，再通过 DSP 的 C 编译器直接在 DSP 硬件上运行。 2 ．用 DSP(Digital Signal Processing)处理器实现： DSP 处理器是专为数字信号处理而设计的，如 TI 公司的 TMS320C54x 系 列，AD 公司的 ADSP2IX ，ADSP21