數字處理器(DSP)具有強大的數據處理能力，廣泛應用於數字濾波、音頻處理、圖像處理等高速數字信號處理領域。與模擬濾波器相比，數字濾波器沒有漂移，可以處理低頻信號，頻率響應特性可以做得非常接近理想特性，精度高，易於集成。用可編程DSP芯片實現數字濾波，可以很方便地通過修改濾波器的參數來改變濾波器的特性。下面主要講解用TMS320VC54x DSP芯片設計實現FIR數字濾波器。
設計目的的意義
在實際應用系統中，總是存在各種各樣的幹擾，因此在系統設計中，濾波器的好壞將直接影響系統的性能。利用DSP進行數字處理，可以對含有噪聲和信號的混合信號源進行采樣，然後通過數字濾波和噪聲濾波提取有用信號。因此，數字濾波器是DSP最基礎的應用領域，熟悉基於DSP的數字濾波器可以為DSP應用系統的開發提供良好的基礎。
技術指標
1.數字濾波器的頻率參數主要包括:①通帶截止:是通帶和過渡帶的分界點，在該點信號增益下降到規定的下限。②阻帶截止:是阻帶和過渡帶的分界點，在此處信號衰減下降到規定的下限。③轉折頻率:指信號功率衰減到1/2(約3dB)時的頻率，很多情況下常采用fc作為通帶或阻帶截止頻率。④電路無損耗時的固有頻率:即其諧振頻率。復雜電路通常有多個固有頻率。
2.增益和衰減
通帶中濾波器的增益不是恒定的。(1)低通濾波器的通帶增益壹般指ω=0時的增益；高通指ω→∞時的增益；頻帶的壹般原理是指中心頻率處的增益。②對於帶阻濾波器，應給出阻帶衰減，衰減定義為增益的倒數。③通帶增益的變化是指通帶內各點增益的最大變化。如果通帶增益的變化以dB為單位，則指增益的變化以dB為單位。
3.阻尼系數和品質因數
阻尼系數α是表示濾波器對對角線頻率為ω0的信號的阻尼效果的指標，是表示濾波器中能量衰減的指標。它是壹個與傳遞函數極點實部大小相關的系數。
4.靈敏度
濾波電路由許多元件組成，每個元件參數值的變化都會影響濾波器的性能。
5.群延遲函數
在濾波器設計中，群延遲函數常用於評估濾波信號的相位失真程度。
以上技術指標是壹般濾波器的特性，但在實際應用中，通常采用數字濾波器來實現頻率選擇，所以使用DSP設計數字濾波器時需要的技術指標主要是頻域給定的幅頻響應和相頻響應。如下圖所示
幅頻響應和相頻響應特性曲線
對於幅頻響應，是指信號通過系統後輸出信號的幅值與信號輸入時的幅值之比，壹般用分貝表示。對於相頻響應，是指信號通過系統後輸出信號的相位與信號輸入時的相位之差。用線性相頻響應指標設計濾波器有以下優點:①只涉及實數算法，不涉及復數運算；②沒有延遲失真，只有固定數量的延遲；③可采用FFT算法提高運算效率；④由於FIR濾波器的單位沖激響應是有限序列，所以FIR濾波器不存在不穩定問題，誤差小。
基本原理
利用DSP設計FIR濾波器的方法主要有窗函數法和頻率采樣法，其中窗函數法是基本的設計方法。這裏采用窗函數法設計FIR濾波器。如果期望的濾波器響應為0，那麽FIR濾波器的設計就是尋找壹個傳遞函數。
推進，設置
這是傅立葉級數的系數。在這種近似下，最直接的方法是從單位沖激響應入手，從而逼近理想的單位沖激響應。因為是無限序列，所以最簡單的方法就是截斷，也就是得到壹個近似的傳遞函數。
上式中，q是FIR濾波器的最後壹階，q越大，逼近程度越高。截斷實際上是乘以壹個矩形窗口，即
讓z=，那麽
其脈沖響應系數為，，，，，，，。為了使其成為因果關系，延遲q個樣本，得到:
設n+Q=k，上式變為
Order，N=2Q，get
其中是脈沖響應系數，其中…，…，…。
壹般來說，FIR數字濾波器輸出的z變換形式與輸入的z變換形式之間的關系如下:
實現結構如下圖所示:
z變換結構圖
從上面的z變換和結構圖，很容易得到FIR濾波器的差分方程表達式，即得到上面公式的逆z變換:
上式是FIR數字濾波器的時域表示方法，其中x(n)是濾波器在n時刻的輸入采樣值，可以根據上式設計濾波器。
硬件設計
1，DSP芯片
根據設計原理，核心器件是德州儀器公司生產的低功耗定點數字信號處理器芯片TMS320C5402。選擇該芯片主要是因為它是目前最常用的低成本DSP芯片，它具有以下主要特性:
(1)運算速度快，最高可達532MIPS；
⑵多總線結構，片內8條總線(1條程序存儲器總線、3條數據存儲總線和4條地址總線)；
(3) ⑶CPU采用馮？諾依曼的並行結構設計使其能夠在壹個指令周期內高速完成許多算術運算；
⑶ 4K×16bitROM和16K×16bit雙存取RAM集成在芯片中；
⑸豐富的片內外圍電路(通用I/O引腳、定時器、時鐘發生器、HPI接口、多通道緩沖串口McBSP)便於與外部接口；
[6] 3.3 V I/O電壓，1.8V核心點電壓，平均工作電流75mA，其中核心45mA，30mA輸入輸出；
曾經，144引腳BGA封裝降低了體積和功耗。
2.AD和DA電路
在本數字濾波系統中，模數轉換器選用TI公司的TLV1570芯片，選用8通道10位2.7-5.5 V低壓模數轉換器芯片。TLVl570的采樣頻率在3V時為625KSPS，輸入信號的最大頻率不能超過300K。
由於模數轉換選用10位器件，為了簡化程序代碼，減少DSP的運算工作量，本數字濾波系統選用TI公司的TLV5608芯片，是壹款8通道10位2.7-5.5V低壓數模轉換芯片。
3.電源電路
根據DSP芯片的電壓電流要求和雙電源的上電順序要求，考慮TI公司的電源轉換芯片TPS73HD318，輸出電壓為3.3V和1.8V，每個電源的最大輸出電流為750mA，可以滿足本系統的供電要求。而且TPS73xx的靜態電流非常低，可以穩定穩壓器的輸出。
4.鐘脈沖電路
C54xx系列的時鐘端子為X1和X2/CLKIN，使用無源晶體振蕩器提供時鐘信號。因為DSP有壹組端子可以用來調整其工作頻率，所以對晶振頻率的選擇沒有特殊要求。這裏選擇10Mhz的晶振。
5.重接電路
為了克服DSP系統運行時由於時鐘頻率較高而可能出現的幹擾和幹擾，最好使用具有看門狗功能的自動復位電路，因此采用了專用的自動復位芯片MAX706。MAX706的電源為3.1 V ~ 5.0 V，低電平復位輸出，復位閾值為3.08V V。
6.廢棄終端的處理
根據DSP芯片使用的相關原理和芯片說明書，確定不用的端子是接拉電阻還是懸空。
7.基於以上各部分的電路構成，可以得出DSP數字濾波器的整體硬件電路圖，如下圖。
編程；編排
1，設計思路
DSP進行數字濾波操作前需要進行初始化。只有正確設置DSP的初始狀態，芯片才能正常運行。該系統主要在以下兩個方面進行初始化:
①寄存器初始化:狀態寄存器ST0、狀態寄存器ST1、處理器模式控制寄存器PMST、軟件等待狀態寄存器SWWSR、組切換控制寄存器BSCR、時鐘模式寄存器等。
(2)中斷向量表的初始化:DSP芯片根據每個中斷向量的設置位置編寫壹個子程序；設置PMST控制寄存器；連接時，將向量表重新定位到IPTR指定的地址。
(2)其次，FIR數字濾波的子程序設計，主要步驟如下:
(1)查詢SPCR11寄存器的第二位。如果是1，表示ready，將DRR11的值讀入AR3指向的地址，這是最新的采樣值。
②將最新的采樣值減去200h，然後將AR3的值減去1。
③執行MAC指令。
④將累加器的值發送給變量Y，並在Y上加200h..
⑤查詢SPCR20寄存器的第二位，1時表示writeready，將Y值賦給DXR10，這是濾波器的輸出值。
⑥循環上述步驟。
2、程序流程圖
根據以上編程思路，可以得到利用DSP進行FIR濾波器設計的程序流程圖，如下。
3、程序代碼
由於初始化程序過於龐大復雜，這裏只給出用MAC指令編程實現FIR低通濾波器的程序片段:
FILT_task1
LD Store_SICX，A
STLM A，ar4
STM #1，ar0中間地址
黑色STM #28
LD DEM_Out，A
STL A，* ar4+%；輸入信號:實部
STM #Coef_Tab1，ar5濾波器實部系數地址
LD #0，A
STM #27，brc
RPTB SICXU-1
MAC *AR4+0%，*AR5+，A
SICXU LD A，-16，A；低通濾波結果
LD C7FFF，B
阿敏
陰性B
最大值
STL A，DEM_Out
LDM AR4，A
STL A，Store_SICX
浸水使柔軟
Coef_Tab1
。word 100；h(0)
。單詞7；h(1)
… ;脈沖響應系數
。word -248
。word-71；h(N-1)
。結束
摘要
通過使用DSP設計FIR濾波器，我們對DSP芯片的使用以及DSP芯片組成的基本系統的相關電路有了深入的了解。熟悉DSP芯片的系統設計和應用開發流程，利用圖書館、網絡、問同學等途徑查找資料，解決相關問題，這是最基礎的工作，也是最關鍵的壹步。這樣做可以培養自己解決問題的能力和獨立思考的能力，使自己具備技術人員的氣質和工作態度，為以後就業增加優勢。
數字濾波器是DSP的典型應用。學習它有助於類比和進壹步學習，可以了解其他基於DSP的系統的功能和工作原理。掌握了基於DSP的應用開發，開闊了我們的視野，增長了我們的見識。是進入現代數字信號處理領域的重要技能，甚至大規模集成電路的開發也是會用到的基礎。今後要重視並積極研究。