基于DSP的信號處理系統(tǒng)在數(shù)字濾波算法研究中的應(yīng)用

摘要：設(shè)計了一個以實時高速信號處理為核心的通用軟硬件實踐平臺，通過對信號處理中心單元DSP的應(yīng)用軟件設(shè)置，來改變信號處理系統(tǒng)的處理功能，去完成數(shù)字濾波算法的研究，并對研究結(jié)果進行分析。

關(guān)鍵詞：DSP；信號處理；數(shù)字濾波算法

引言

數(shù)字濾波（digital filtering）是用數(shù)字設(shè)備，通過一定的算法，對信號進行處理，將某個頻段的信號進行濾除，得到新的信號的過程。[2]雖然一些數(shù)字信號處理過程借助于計算機進行，但有的研究，例如既涉及到既要對信號進行實時處理，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算的實現(xiàn)，用計算機處理也面臨困難，這就迫切要求改進實踐環(huán)境，適應(yīng)新的實驗需要。[3]

DSP（Digital Signal Processor）是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。集成化的數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，為各種數(shù)字信號處理算法的實現(xiàn)提供了可能。這一方而極大地促進了數(shù)字信號處理技術(shù)的進一步發(fā)展；另一方面也使數(shù)字信號處理的應(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微機的結(jié)合的方法，充分利用計算機強大的操作功能和DSP的高速信號處理能力及可程控特性搭建平臺，來對數(shù)字濾波算法進行研究。

1.系統(tǒng)平臺的設(shè)計

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

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

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

1.2系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件的開發(fā)涉及幾大部分。DSP處理部分包括DSP實現(xiàn)各種算法功能的應(yīng)用軟件，DSP處理器與PC機通信的通信接口軟件。

DSP系統(tǒng)板的整個工作過程，適合于DSP上電復(fù)位后、手動復(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)位后要進行對內(nèi)部寄存器，外圍端口等進行初始化。初始化完成后，DSP將加載來自計算機傳送的應(yīng)用程序或者是模擬數(shù)據(jù)，接著進行相應(yīng)的處理過程。[6]

2.數(shù)字濾波器

數(shù)字濾波器一般由寄存器、延時器、加法器和乘法器等基本數(shù)字電路實現(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、無限脈沖響應(yīng)（IIR）與有限脈沖響應(yīng)（FIR）等。相對于IIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器有著易于實現(xiàn)和系統(tǒng)絕對穩(wěn)定的優(yōu)勢，因此得到廣泛的應(yīng)用。

線性移不變的數(shù)字濾波器包括無限長脈沖響應(yīng)濾波器（IIR濾波器）和有限長脈沖響應(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：

當時，M就是IIR濾波器的階數(shù)，表示系統(tǒng)中反饋環(huán)的個數(shù)。由于反饋的存在，IIR濾波器的脈沖響應(yīng)為無限長，因此得名。若，則系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)的長度為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)字信號處理函數(shù)可調(diào)用，實現(xiàn)FIR濾波器相對簡單，并且系統(tǒng)對實時濾波處理達到了理論上的要求。[5]驗證了系統(tǒng)工作是穩(wěn)定可靠的，實驗結(jié)果是合乎要求的，是準確的。因此，系統(tǒng)平臺的性能達到了設(shè)計要求。

4.結(jié)論

（1）系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理功能強大的專用處理器DSP作核心，結(jié)合計算機實現(xiàn)了對數(shù)字濾波算法的研究。

（2）系統(tǒng)的優(yōu)點就是為各種數(shù)字信號處理算法的實現(xiàn)提供了可能。這一方面極大地促進了數(shù)字信號處理技術(shù)的進一步發(fā)展；另一方面也使數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域不斷地拓展。（作者單位：沈陽師范大學(xué)）

參考文獻

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

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

[3]鄧重一.濾波器的過去、現(xiàn)在與未來[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].中國儀器儀表.2004，（02）：1～4

[5]李洪偉，張長明.LMS自適應(yīng)算法設(shè)計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。