文档介绍：1 绪论
数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统,通过对抽样数据进行数学处理来达到频域。滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类:无限冲激响应(IIR)滤波器和有限冲激响应(FIR)滤波器。与IIR滤波器相比,FIR滤波器只有零点,,因此总是稳定的和可实现的;更重要的是,FIR滤波器在满足一定的对称条件下,可以获得严格的线性相位特性,这一点是IIR滤波器难以实现的。因此,、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。
与单片机相比,DSP有着更适合于数字滤波的特点。它利用改进的哈佛总线结构,内部有硬件乘法器、累加器,使用流水线结构,具有良好的并行特点,并有专门设计的适用于数字信号处理的指令系统等。
通过本次课程设计,综合运用数字信号处理、DSP技术课程以及其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分析和解决具体问题,并使所学知识得到进一步巩固、深化和发展。初步培养学生对工程设计的独立工作能力,掌握电子系统设计的一般方法。通过课程设计完成基本技能的训练,如查阅设计资料和手册、程序的设计、调试等,提高学生分析问题、解决问题的能力。
设计步骤及要求
本题目通过DSP处理器控制TLC320AD50采集音频信号,在CCS软件中分析音频信号的频谱图,使用Matlab设计相应的FIR数字滤波器(低通、带通、带阻等)并得到滤波器H(z)的系数,然后根据这些系数,编写DSP程序(C语言或汇编)对已采集信号进行处理,S软件中得到处理后音频信号的频谱图,比较滤波前后信号的频谱图。设计步骤包括:
1、DSP与TLC320AD50接口电路的原理图绘制;
2、DSP控制TLC320AD50的程序编写与调试;
3、TLC320AD50模拟量到数字量的转换,采集声音信号,查看并记录信号频谱;
4、使用Matlab对FIR滤波器的设计;
5、编写FIR滤波处理的DSP程序,查看并记录处理后的信号频谱;
6、用TLC320AD50实现数字量到模拟量的转换,回放处理后的声音;
7、按要求编写课程设计报告书,正确、完整的阐述设计和实验结果。
8、在报告中绘制程序的流程图,并文字说明。
2 设计总体方案
语音信号的采集
所需的硬件主要是DSP、DRAM、TLC320AD50、TLC2272,语音信号从麦克风输入后经过TLC2272(双路低噪声)滤波,通过AD50的A/D将模拟信号转换为数字信号后,编写DSP程序,将采集的数字信号存入DSP的DRAM,然后经某一事件触发,将信号回放出去,信号由耳机输出。
图2-1 语音处理的硬件连接示意图
FIR 滤波器的原理及特点
FIR数字滤波器原理及设计方法分类
FIR滤波器的传递函数为:
(2-1)
可得FIR滤波器的系统差分方程为:
因此,FIR滤波器又称为卷积滤波器。根据系统频率响应,FIR滤波器的频率响应表达式为:
(2-2)
信号通过FIR滤波器不失真条件与(6-6)式所描述的相同,即滤波器在通带内具有恒定的幅频特性和线性相位特性。理论上可以证明(这里从略):当FIR滤波器的系数满足下列中心对称条件:
(2-3)
时,滤波器设计在逼近平直幅频特性的同时,还能获得严格的线性相位特性。线性相位FIR滤波器的相位滞后和群延迟在整个频带上是相等且不变的。对于一个 N 阶的线性相位FIR滤波器,群延迟为常数,即滤波后的信号简单地延迟常数个时间步长。这一特性使通带频率内信号通过滤波器后仍保持原有波形形状而无相位失真。
表2-1 FIR滤波器设计的主要方法
函数设计方法
说明
工具函数
窗函数法
理想滤波器加窗处理
fir1(单频带) , fir2(多频带) , kaiserord
最优化设计
平方误差最小化逼近理想幅频响应或Park-McClellan 算法产生等波纹滤波器
firls , remez,remezord
约束最小二乘逼近
在满足最大误差限制条件下使整个频带平方误差最小化
fircls,fircls1
升余弦函数
具有光滑、正弦过渡带的低通滤波器设计
Fircos
窗函数设计方法
FIR滤波器设计的主要任务是根据给定的性能指标确定滤波器的系数b,即系统单位脉冲序列h(n),它是一个有限长序列。
FIR滤波器的理想频率响应,可写成复数形式的Fourier级数形式:
(2-4)
式中,hd(n)是对应的单位脉冲响应序列。这说明滤波器的频率响应和单位脉冲响应互为Fourier变换对。因此其单位脉冲响应可由下式求得,
(2-5)
求得序列后,通过z变换,可得到