基于DSP的FIR数字滤波器（设计实验）（汇编语言）

基于DSP的FIR数字滤波器 (设计实验)

一、实验目的

1.了解FIR（Finite Impulse Response有限冲激响应）滤波器的原理及使用方法； 2.了解使用MATLAT语言设计FIR滤波器的方法； 3.了解DSP对FIR滤波器的设计及编程方法； 4.熟悉在CCS环境下对FIR滤波器的调试方法； 二、实验原理

数字滤波是DSP的最基本应用，利用MAC（乘、累加）指令和循环寻址可以方便地完成滤波运算。两种常用的数字滤波器：FIR（有限冲激响应）滤波器和IIR（无限冲激响应）滤波器的DSP实现。

设FIR滤波器的系数为h(0)，h(1)， ...，h(N-1)，X(n)表示滤波器在n时刻的输入，

则n时刻的输出为： N?1 y(n)?h(i)x(n?i)?i?0 h(0)x(n)?h(1)x(n?1)??h(N?1)x[n?(N?1)]FIR数字滤波器的结构如图3.1所示。

Z-1Z-1Z-1x(n)

h(N-1)h(0)h(1)h(2)h(N-2)

图3.1 FIR数字滤波器的结构图 y(n)1、线性缓冲区法

又称延迟线法。其方法是：对于n=N的FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区，存放最新的N个样本；滤波时从最老的样本开始，每读一个样本后，将此样本向下移位；读完最后一个样本后，输入最新样本至缓冲区的顶部。以上过程，可以用N=6的线性缓冲区示意图来说明，如图3-2所示

图3-2 N=6的线性缓冲区示意图

2、循环缓冲区法

图3-3说明了使用循环寻址实现FIR滤波器的方法。对于N级FIR滤波器，在数据存储区开辟一个称为滑窗的具有N个单元的缓冲区，滑窗中存放最新的N个输入样本值。每次输入新的样本时，新的样本将改写滑窗中最老的数据，其他数据则不需要移动。

? 1

图3-3 FIR滤波器循环缓冲区存储器图

三、实验内容与步骤

设计一个FIR低通滤波器，通带边界频率为1500Hz，通带波纹小于1dB；阻带边界频率为2000Hz，阻带衰减大于40dB；采样频率为8000Hz。FIR滤波器的设计可以用MATLAB窗函数法进行。

本实验设计一个采样频率Fs为8000Hz，输入信号频率为1000Hz和2500Hz的合成信号，通过设计的低通滤波器将2500Hz信号滤掉，余下1000Hz信号。 1、MATLAB设计FIR滤波器

FIR滤波器的设计可以用MATLAB窗函数法进行，选择Hamming窗，其程序为： b=fir1(16,1500/8000*2); 得到FIR数字滤波器系数b为： b0=0.00000000 b9=0.28342322 b1=0.00482584 b10=0.09725365 b2=0.00804504 b11=-0.02903702 b3=-0.00885584 b12=-0.04291741 b4=-0.0429174 b13=-0.00885584 b5=-0.02903702 b14=0.00804504 b6=0.09725365 b15=0.00482584 b7=0.28342322 b16=0.00000000 B8=0.37452503

在DSP汇编语言中，不能直接输入十进制小数，在MATLAB中进行如下转换： h=round(b*2^15)

将系数转换为Q15的定点小数形式，为： h(0)=0 h(9)=9287 h(1)=158 h(10)=3187 h(2)=264 h(11)=-951 h(3)=-290 h(12)=-1406 h(4)=-1406 h(13)=-290 h(5)=-951 h(14)=264 h(6)=3187 h(15)=158 h(7)=9287 h(16)=0 h(8)=12272

2、编写FIR数字滤波器的汇编程序 ;一个FIR滤波器源程序 fir.asm

.mmregs .global start

2

.def start,_c_int00 INDEX

.set 1

;模拟输入数据缓冲区大小

;FIR滤波器系数

.set 256

KS

N .set 17 COFF_FIR

.word 0 .word 158 .word 264 .word -290 .word -1406 .word -951 .word 3187 .word 9287 .word 12272 .word 9287 .word 3187 .word -951 .word -1406 .word -290 .word 260 .word 158 .word 0

.sect \

.data

INPUT .copy \模拟输入在数据存储区0x2400 OUTPUT .space 1024 ;输出数据在数据区0x2500 COFFTAB .usect \DATABUF .usect \BOS TOS

.usect \.usect \

.text .asg .asg .asg

AR0,INDEX_P

AR4,DATA_P ;输入数据x(n)循环缓冲区指针 AR5,COFF_P ;FIR系数表指针

AR7,OUTBUF_P;FIR滤波器输出数据指针

.asg AR6,INBUF_P ;模拟输入数据指针

.asg

_c_int00

b start nop nop STM RPT MVPD

#COFFTAB,COFF_P #N-1

;将FIR系数从程序存储器移动

#COFF_FIR,*COFF_P+ ;到数据存储器

3

start: SSBX FRCT

STM STM RPTZ STL

#INDEX,INDEX_P #DATABUF,DATA_P A,#N-1 A,*DATA_P+

;将数据循环缓冲区清零

STM #(DATABUF+N-1),DATA_P ;数据缓冲区指针指向x[n-(N-1)] STM #COFFTAB,COFF_P STM STM STM STM LD STL RPTZ MAC STH

;

FIR_TASK: FIR_FILTER: LOOP:

END B EEND

.end

3、编写FIR滤波器链接命令文件

对应以上汇编程序的链接命令文件fir.cmd如下： fir.obj -m fir.map -o fir.out MEMORY {

PAGE 0: ROM1(RIX) :ORIGIN=0080H,LENGTH=100H

PAGE 1: INTRAM1(RW) :ORIGIN=2400H,LENGTH=0200H INTRAM2(RW) :ORIGIN=2600H,LENGTH=0100H } SECTIONS {

.text : {}>ROM1

PAGE 0

.data : {}>INTRAM1 PAGE 1 FIR_COFF: {}>INTRAM2 PAGE 1 FIR_BFR : {}>INTRAM3 PAGE 1 }

4

#INPUT,INBUF_P #KS-1,BRC #N,BK

#OUTPUT,OUTBUF_P

RPTBD LOOP-1

;FIR循环缓冲区大小 ;装载输入数据

*INBUF_P+,A A,*DATA_P+% A,N-1

*DATA_P+0%,*COFF_P+0%,A A,*OUTBUF_P+

INTRAM3(RW) :ORIGIN=2700H,LENGTH=0100H B2B(RW) :ORIGIN=0070H,LENGTH=10H

.stack : {}>B2B PAGE 1

4、实验步骤及结果

(1) 在CCS上建立fir工程并运行fir.out程序。建立fir工程，将fir.asm和fir.cmd添加到工程中，对汇编程序进行汇编、链接；如果有错误则进行修改、调试，当汇编、链接成功后，加载并运行fir.out程序。注意，将fir.asm、fir.cmd、firin.inc文件和fir.pjt工程文件放在同一文件夹下。

(2) 观察输入信号的波形及频谱。单击View→Graph→Time/Frequency命令，按 照如图3-4所示改变各选项。其中，由.cmd可知输入信号的数据放在数据区 0x2400开始的256个单元中。

图3-4 Graph属性设置窗口

单击OK按钮，则显示输入信号的时域波形如图3-5所示。其波形是频率为1000Hz和2500Hz正弦信号的合成信号。

图3-5 输入信号的时域波形

将图3-4中的Dsiplay Type项改为FFT Magnitude，则显示输入信号的频谱图，如图3-6所示。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/997t.html