Matlab輔助DSP設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器

　　l 引 言

　　隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字濾波器由于其精度高、穩(wěn)定性好、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各種數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。數(shù)字濾波器根據(jù)沖擊響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性，可以分為FIR(有限長(zhǎng)沖擊響應(yīng)濾波器)和IIR(無限長(zhǎng)沖擊響應(yīng)濾波器)。FIR濾波器與IIR濾波器相比，具有嚴(yán)格的線性相位，幅度特性可任意等優(yōu)點(diǎn)。而且，FIR濾波器的單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，故一定是穩(wěn)定的，他又可以用快速傅里葉變換(FFT)算法來實(shí)現(xiàn)過濾信號(hào)，可大大提高運(yùn)算效率。

　　Matlab輔助DSP開發(fā)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是建立Matlab與DSF 間的連接。以往一般是由開發(fā)工具CCS把DSP中間結(jié)果先保存，再調(diào)入Matlab工作空間與：Matlab仿真中間結(jié)果比較，以此發(fā)現(xiàn)DSP程序的不足，這需要反復(fù)操作，比較麻煩。Math Works公司和TI公司共同開發(fā)的.Matlab Link for CCS開發(fā)工具(CCSLink)，實(shí)現(xiàn)了在.Matlab，TICCS開發(fā)環(huán)境和DSP硬件問的雙向連接，開發(fā)者可以利用Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析、可視化功能來處理CCS和目標(biāo)DSP中的數(shù)據(jù)，可以大大簡(jiǎn)化DSP軟件開發(fā)的分析、調(diào)試和驗(yàn)證過程，縮短軟件開發(fā)周期。

　　2 Matlab與CCS及目標(biāo)DSP間的連接

　　Matlab可通過3種方式與CCS、目標(biāo)DSP進(jìn)行連接、數(shù)據(jù)交換。CCSLink提供了3種連接對(duì)象：

　　與CCS的連接對(duì)象 可從Matlab命令窗運(yùn)行CCS中的應(yīng)用程序，向目標(biāo)DSP的存貯器、寄存器讀出/寫人數(shù)據(jù)，檢查DSP狀態(tài)，開始/停止目標(biāo)DSP中運(yùn)行的程序。

　　與RTDX(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換)的連接對(duì)象 使Matlab與目標(biāo)DSP直接通信，Matlab可以實(shí)時(shí)地向目標(biāo)DSP取出/發(fā)送數(shù)據(jù)，并不停止DSP中正在執(zhí)行的程序。

　　嵌入式對(duì)象 在Matlab環(huán)境中創(chuàng)建，該對(duì)象可代表嵌入在目標(biāo)C程序中的變量，由其可以直接對(duì)嵌入在目標(biāo)DSP存貯器/寄存器中的變量進(jìn)行操作。

　　下面利用Matlab與CCS及目標(biāo)DSP的連接利用Matlab輔助DSP實(shí)現(xiàn)一個(gè)低通FIR數(shù)字濾波器并把實(shí)現(xiàn)的濾波結(jié)果和Matlab中仿真的濾波結(jié)果進(jìn)行比較。

　　3 Matlab輔助DSP實(shí)現(xiàn)FIR過程

　　Matlab輔助DSP實(shí)現(xiàn)FIR，其總體過程為在DSP中編寫處理程序;在Matlab中利用濾波器設(shè)計(jì)、分析工具(FDATool)，根據(jù)指定的濾波器性能快速設(shè)計(jì)一個(gè)FIR，然后把濾波器系數(shù)以頭文件形式導(dǎo)人CCS中，頭文件中含濾波器階數(shù)和系數(shù)數(shù)組，在Matlab中調(diào)試、運(yùn)行DSP程序并顯示、分析處理后的數(shù)據(jù)。使用該方法，便于采用C語言來實(shí)現(xiàn)程序。頭文件名不變，當(dāng)Matlab中設(shè)計(jì)的濾波器系數(shù)改變時(shí)，相應(yīng)頭文件中系數(shù)也改變，方便了程序調(diào)試、仿真。

　　3.1在CCS中編寫處理程序

　　在CCS IDE中建立fir.pjt工程，用C語言編寫處理主程序fir.c，利用匯編語言文件，來定義中斷服務(wù)程序。另外根據(jù)板上的存儲(chǔ)器配置方式，編寫存儲(chǔ)器配置文件(.cmd文件)，編譯、鏈接，生成可執(zhí)行文件(fir.out文件)，加載到目標(biāo)DSP程序存儲(chǔ)器中。

　　3.2利用FDATool設(shè)計(jì)FIR濾波器

　　FIR濾波器設(shè)計(jì)方法有很多種，利用Matlab中的FDATool(Filter Design & Analysis TOO1)來設(shè)計(jì)是經(jīng)常被使用到的一種。FDATool是通過指定濾波器的性能指標(biāo)來快速設(shè)計(jì)FIR或者IIR濾波器，他是一種圖形設(shè)計(jì)界面。

　　指定FIR濾波器為低通濾波器(Lowpass)，指定階數(shù)為30，采樣頻率F，為5 000 Hz，截止頻率為400 Hz。打開FDATool界面(在Matlab命令窗輸入fdat00l)，選FIR(Window)，用Hamming窗方法;菜單Edit->Convert Structure，選Direct Form FIR，即濾波器結(jié)構(gòu)為直接I型;菜單Analysis用來選擇不同的分析顯示方式，如幅度響應(yīng)、相位響應(yīng)、脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)、濾波器系數(shù)等。指定完設(shè)計(jì)參數(shù)后單擊按鈕Design Filter，生成濾波器系數(shù)。FDATool界面如圖1所示。

　　把生成的濾波器系數(shù)傳到目標(biāo)DSP中有兩種方式，一種把濾波器系數(shù)輸入到一個(gè)C頭文件，在所建工程中添加該C頭文件，另一種直接把生成的濾波器系數(shù)加到DSP存貯器中。本文采用第一種方法。