目录一.绪论 (1)1.1设计背景 (1)1.2设计要求 (1)1.3设计思路简介 (1)二.系统开发平台与环境 (1)1.1CCS开发环境 (1)三. FIR滤波器设计过程 (2)3.1FIR滤波器基本理论 . (2)3.2FIR滤波器的MATLAB实现 (4)四FIR滤波器的DSP实现 (10)五.CCS仿真图及结果 (12)六.总结 (14)七.参考文献 (15)一. 绪论1.1设计背景在信号处理中，滤波占有十分重要的地位。

数字滤波是数字信号处理的基本方法。

数字滤波与模拟滤波相比有很多优点，它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外，还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求。

低通有限冲激响应滤波器(低通FIR滤波器)有其独特的优点，因为FIR系统只有零点，因此，系统总是稳定的，而且容易实现线性相位和允许实现多通道滤波器。

DSP（数字信号处理器）与一般的微处理器相比有很大的区别，它所特有的系统结构、指令集合、数据流程方式为解决复杂的数字信号处理问题提供了便利，本文选用TMS320C54X作为DSP处理芯片，通过对其编程来实现FIR滤波器。

对数字滤波器而言,从实现方法上,有FIR滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器之分。

由于FIR滤波器只有零点,因此这一类系统不像IIR系统那样易取得比较好的通带与阻带衰减特性。

但是FIR系统有自己突出的优点:①系统总是稳定的;②易实现线性相位;③允许设计多通带(阻带)滤波器。

其中后两项是IIR系统不易实现的。

1.2设计要求利用C语言在CCS环境中编写一个FIR滤波器程序，并能利用已设计好的滤波器对常用信号进行滤波处理。

1.3设计思路简介在TMS320C54x系统开发环境CCS（Code Composer Studio）下对FIR 滤波器的DSP实现原理进行讨论。

利用C语言设计相应的滤波器，通过实验仿真，从输入信号和输出信号的时域和频域曲线可看出在DSP上实现的FIR滤波器能完成预定的滤波任务。

二．系统开发平台与环境1.1 CCS开发环境CCS 提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具，它便于实时、嵌入式信号处理程序的编制和测试，它能够加速开发进程，提高工作效率。

CCS 提供了基本的代码生成工具，它们具有一系列的调试、分析能力。

CCS支持如下图1.1所示的开发周期的所有阶段。

图 1.1三 . FIR 滤波器设计过程 3.1 FIR 滤波器基本理论（1）FIR 滤波器的特点数字滤波器的功能，就是把输入序列通过一定的运算变换成输出序列。

它的实现方法有很多，其中比较常用到的是无限长脉冲响应滤波器 IIR 和有限长脉冲响应滤波器FIR 两种。

在计算量相等的情况下，IIR 数字滤波器比FIR 滤波器的幅频特性优越，频率选择性也好。

但是，它有着致命的缺点，其相位特性不好控制。

它的相位特性)argH( )f(ωωj e =是使频率产生严重的非线性的原因。

但是在图像处理、数据传输等波形传递系统中都越来越多的要求信道具有线性的相位特性。

在这方面 FIR 滤波器具有它独特的优点，设FIR 滤波器单位脉冲响应h(n)长度为N ，其系统函数H(z)为∑-=-=1)()(N n nz n h z HH(z)是1-z 的(N-1)次多项式，它在z 平面上有(N-1)个零点，原点z=0是(N-1)阶重极点。

因此，H(z)永远稳定，它可以在幅度特性随意设计的同时，保证精确、严格的线性相位。

（2）FIR 滤波器的基本结构数字滤波是将输入的信号序列，按规定的算法进行处理，从而得到所期望的输出序列，FIR 滤波器的差分方程为：∑-=-=1)()(N k k k n x a n y对上式进行Z 变换得到FIR 滤波器的传递函数为：()()()∑-=-==10N i kk zb z X z Y z H由上式可以看出，H(z)是1-z 的N-1次多项式，它在z 平面内有N-1个零点，同时在原点处有N-1个重极点。

N 阶滤波器通常采用N 个延迟单元、N 个加法器与N+1个乘法器，取图中(a)、(b)两种结构。

图 FIR 滤波器的一般结构因为FIR 滤波器的单位抽样响应是有限长的，所以它永远是稳定的。

另外，若对 h(n)提出一些约束条件，那么可以很容易地使 H(z)具有线性相位，这在信号处理的很多领域是非常重要的。

FIR 滤波器的设计任务，是要决定一个转移函数H(z)，使它的频率响应满足给定的要求。

这里所说的要求，除了通带频率p ω、阻带频率及两个带上的最大和最小衰减p ∂和s ∂外，很重要的一条是保证H(z)具有线性相位。

（3）Chebyshev 逼近法窗函数法和频率采样法设计出的滤波器的频率特性都是在不同意义上对所给理想频率特性()jwd e H 的逼近。

由数值逼近理论可知，对某个函数f(x)的逼近一般有以下三种方法：插值法(Interpolating Way)最小平方逼近法(Least Square Approaching Way) 一致逼近法(Consistent Approaching Way)切比雪夫最佳一致逼近的基本思想是，对于给定区间[a ，b]上的连续函数()x f ，在所有n 次多项式的集合n ϕ中，寻找一个多项式 p(x)，使它在[a ，b]上对()x f 的偏差和其它一切属于n ϕ的多项式 p(x)对f(x)的偏差相比是最小的，即()()()()(){}x f x p x f x p-=-max min ˆmax切比雪夫逼近理论，这样的多项式是存在的，且是唯一的，并指出了构造这种最佳一致逼近多项式的方法，就是有名的“交错点组定理”。

切比雪夫逼近理论解决了p(x)的存在性、唯一性和如何构造等问题。

J.H.McClellan 、T.W.Parks 、L.R.Rabiner 等人应用切比雪夫逼近理论提出了一种设计FIR 滤波器的计算机辅助算法。

这种算法由于是在一致意义上对()jwd e H 作最佳逼近，因而获得了较好的通带和阻带性能，并能准确地指定通带和阻带的边缘。

但它的效率依赖于初始极值频率点的估计，且通带和阻带内波纹数较多，这是Chebyshev 方法的两个主要缺点。

3.2 FIR 滤波器的MATLAB 实现MATLAB 辅助DSP 实现FIR ,其总体过程为在DSP 中编写处理程序，在MATLAB 中利用滤波器设计、分析工具( FDATOOL) ,根据指定的滤波器性能快速设计一个FIR ,再把滤波器系数以头文件形式导入CCS 中,头文件中MATLAB 辅助DSP 实现FIR 数字滤波器含滤波器阶数和系数数组,在MATLAB 中调试、运行DSP 程序并显示、分析处理后的数据。

使用该方法,便于采用汇编语言来实现程序。

头文件名不变,当MATLAB 中设计的滤波器系数改变时,相应头文件中系数也改变,方便程序调试、仿真。

（1）输入信号的产生首先利用Matlab 产生导入CCS 的dat 文件，具体实现如下代码所示sl=1000;%有效信号 ns1=3000;%高频噪声 fs=20000;%采样频率 N=500; T=1/fs; n=0:N;signal=sin(2*pi*sl*n*T); noise1=0.7*sin(2*pi*ns1*n*T); x=(signal+noise1);%待滤波信号figure(1)plot(x)figure(2)y=abs(fft(x));%待滤波频谱df=n*(fs/N);plot(df,y)figure(3)plot(signal)figure(4)ysignal=abs(fft(signal));%滤波后频谱df=n*(fs/N);plot(df,ysignal) %滤波数据导出xout=x/max(x); %归一化xto_css=round(32767*xout);%数据取整xoutcss=xto_css;fid=fopen('C:\Users\zhaoyongwei\Desktop\myprojects\inpu t.dat','w'); %打开文件fprintf(fid,'1651 1 0 0 0\n');%输出文件头fprintf(fid,'%d\n',xoutcss); %输出fclose(fid);产生的时域波形如图所示：图 输入信号波形图 输入频谱经过滤波器后的预期时域波形如图：0100200300400500600-1.5-1-0.50.511.500.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82x 10450100150200250图 输出时域波形频谱如图所示图 输出频谱100200300400500600-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8100.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82x 10450100150200250（2）滤波器的设计MATLAB集成了一套功能强大的滤波器设计工具FDATool（Filter Design & Analysis Tool），可以完成多种滤波器的设计、分析和性能评估。

a.打开Filter Design & Analysis Tool单击MATLAB主窗口下方的“Start”按钮，选择菜单“ToolBox”→“Filter Design”→“Filter Design & Analysis Tool（FDATool）”命令，打开FDATool，如图所示。

图fadatool的启动b.产生滤波器阶数为81阶，这里应填80，比阶数少1。

窗函数选择切比雪夫型（chebyshev），采样频率为20000Hz，通带截止频率为750Hz。

图滤波器的幅频特性图滤波器的相位特性c.产生滤波器系数和头文件图 滤波器系数图 头文件的产生最后将产生的头文件中的滤波器系数数组放入编写好的滤波器函数中，并在进行CCS 中进行调试与测试。

四 FIR 滤波器的DSP 实现（1）DSP 中滤波器的1-z 算法实现FIR 滤波器的输出表达式为1/2100()()()()()N N n n y n h i x n i h i s n i --===-=-∑∑式中，为滤波器系数；x(n)表示滤波器在n 时刻的输入；y(n)为n 时刻的输出。

它的基本算法是一种乘法-累加运算，即不断地输入样本x(n)，经过延时后，再进行乘法-累加，最后输出滤波结果y(n)。

线性缓冲区法：线性缓冲区法又称延迟线法，其特点：对于N级的FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区（滑窗），用来存放最新的N个输入样本；从最老样本开始取数，每取一个样本后，将此样本向下移位；读完最后一个样本后，输入最新样本存入缓冲区的顶部。