摘要：設(shè)計(jì)了一個(gè)以實(shí)時(shí)高速信號(hào)處理為核心的通用軟硬件實(shí)踐平臺(tái)，通過(guò)對(duì)信號(hào)處理中心單元DSP的應(yīng)用軟件設(shè)置，來(lái)改變信號(hào)處理系統(tǒng)的處理功能，去完成數(shù)字濾波算法的研究，并對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：DSP；信號(hào)處理；數(shù)字濾波算法

引言

數(shù)字濾波（digital filtering）是用數(shù)字設(shè)備，通過(guò)一定的算法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將某個(gè)頻段的信號(hào)進(jìn)行濾除，得到新的信號(hào)的過(guò)程。[2]雖然一些數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行，但有的研究，例如既涉及到既要對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，又常常用到卷積、濾波、快速傅氏變換、希爾伯特變換、矩陣求逆等等高速運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)，用計(jì)算機(jī)處理也面臨困難，這就迫切要求改進(jìn)實(shí)踐環(huán)境，適應(yīng)新的實(shí)驗(yàn)需要。[3]

DSP（Digital Signal Processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。集成化的數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn)，為各種數(shù)字信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)提供了可能。這一方而極大地促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展；另一方面也使數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用領(lǐng)域不斷地拓展。[4]

綜上所述，本文采用DSP處理器和PC微機(jī)的結(jié)合的方法，充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的操作功能和DSP的高速信號(hào)處理能力及可程控特性搭建平臺(tái)，來(lái)對(duì)數(shù)字濾波算法進(jìn)行研究。

1.系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由DSP處理部分和計(jì)算機(jī)操作控制部分構(gòu)成。DSP部分主要包括實(shí)時(shí)通道，存儲(chǔ)器，接口三部分。實(shí)時(shí)通道由輸入通道A/D電路，輸出通道D/A電路構(gòu)成。存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ)器和靜態(tài)存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器作為程序存儲(chǔ)器，靜態(tài)存儲(chǔ)器既用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也作程序存儲(chǔ)。DSP接口具有DSP數(shù)據(jù)傳輸和控制兩方面的功能。計(jì)算機(jī)部分主要包括ISA接口，實(shí)踐界面，支持軟件，處理中心幾部分。[1]ISA接口具有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸和控制兩方面功能。實(shí)踐界面為人機(jī)操作對(duì)話窗口，它既是入口也是終端，支持軟件是放在計(jì)算機(jī)上的DSP應(yīng)用程序包，決定系統(tǒng)具體要完成的應(yīng)用功能。計(jì)算機(jī)處理中心協(xié)調(diào)處理數(shù)據(jù)傳輸、控制、再加工等。

1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中比較重要的是系統(tǒng)方案的制定、芯片選擇、各單元時(shí)序邏輯及結(jié)構(gòu)整體布局。硬件電路設(shè)計(jì)使用了Protel99電路設(shè)計(jì)軟件。系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，主要難點(diǎn)在于接口的調(diào)試。細(xì)致把握兩部分接口的讀寫工作時(shí)序及控制邏輯是相當(dāng)重要的。

系統(tǒng)采用的DSP器件為TI公司專用浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C31-40，時(shí)鐘頻率40MHz。

1.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)涉及幾大部分。DSP處理部分包括DSP實(shí)現(xiàn)各種算法功能的應(yīng)用軟件，DSP處理器與PC機(jī)通信的通信接口軟件。

DSP系統(tǒng)板的整個(gè)工作過(guò)程，適合于DSP上電復(fù)位后、手動(dòng)復(fù)位后和軟件復(fù)位后的處理。與所有處理器工作方式一樣，DSP上電復(fù)位后要進(jìn)行對(duì)內(nèi)部寄存器，外圍端口等進(jìn)行初始化。初始化完成后，DSP將加載來(lái)自計(jì)算機(jī)傳送的應(yīng)用程序或者是模擬數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行相應(yīng)的處理過(guò)程。[6]

2.數(shù)字濾波器

數(shù)字濾波器一般由寄存器、延時(shí)器、加法器和乘法器等基本數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。按照數(shù)字濾波器的特性，它可以被分為線性與非線性、因果與非因果、無(wú)限脈沖響應(yīng)（IIR）與有限脈沖響應(yīng)（FIR）等。相對(duì)于IIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器有著易于實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，因此得到廣泛的應(yīng)用。

線性移不變的數(shù)字濾波器包括無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器（IIR濾波器）和有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器（FIR濾波器）兩種。這兩種濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以統(tǒng)一以Z變換表示為：

當(dāng)時(shí)，M就是IIR濾波器的階數(shù)，表示系統(tǒng)中反饋環(huán)的個(gè)數(shù)。由于反饋的存在，IIR濾波器的脈沖響應(yīng)為無(wú)限長(zhǎng)，因此得名。若，則系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度為N+1，故而被稱作FIR濾波器。

3.算法研究中的應(yīng)用

DSP芯片有專用的數(shù)字信號(hào)處理函數(shù)可調(diào)用，實(shí)現(xiàn)FIR濾波器相對(duì)簡(jiǎn)單，并且系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)濾波處理達(dá)到了理論上的要求。[5]驗(yàn)證了系統(tǒng)工作是穩(wěn)定可靠的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是合乎要求的，是準(zhǔn)確的。因此，系統(tǒng)平臺(tái)的性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)論

（1）系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)處理功能強(qiáng)大的專用處理器DSP作核心，結(jié)合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字濾波算法的研究。

（2）系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就是為各種數(shù)字信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)提供了可能。這一方面極大地促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展；另一方面也使數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用領(lǐng)域不斷地拓展。（作者單位：沈陽(yáng)師范大學(xué)）

參考文獻(xiàn)

[1]Texas Instruments.TMS320C3x User’s Guide.OwensvilLe.Missouri：Custom Printing Company.1996

[2]劉令普.數(shù)字信號(hào)處理[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002

[3]鄧重一.濾波器的過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)[J].世界電子元器件.2003，13（4）：48～49

[4]鄧重一.濾波技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國(guó)儀器儀表.2004，（02）：1～4

[5]李洪偉，張長(zhǎng)明.LMS自適應(yīng)算法設(shè)計(jì)FIR、IIR數(shù)字濾波器的應(yīng)用及比較[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2005，（15）：79～80

[6]Oppenheim A V，Schafer R W.Digital signal processing[M].Englewood Cliffs，NJ：Prentice-Hall，1975。