基于的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)-科技論文

一類專門信號的處理器，與通用計(jì)算機(jī)或者微處理器不同的是，它的硬件、軟件和指令集進(jìn)行了專門的優(yōu)化，使得它能夠高速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法，因此特別適合于完成數(shù)字信號處理任務(wù)。03？的運(yùn)算操作、尋址方式、存儲(chǔ)器訪問、指令集等設(shè)計(jì)與其他處理器有明顯的差別，一般來說03？處理器內(nèi)部配置有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線、地址總線和1/0總線，指令采用流水管理機(jī)制，同時(shí)配置專門的地址管理單元，使其能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行一條指令或者多條指令需要的地址計(jì)算、數(shù)據(jù)存取和運(yùn)算操作，極大地提高了其數(shù)據(jù)處理能力。在03？的指令集中，通常還提供了其他微處理器沒有的循環(huán)尋址、位翻轉(zhuǎn)尋址等專門的尋址方式，以適應(yīng)數(shù)字信號處理中經(jīng)常遇到的濾波、自相關(guān)、卷積和？肝等計(jì)算的特殊需要，并且簡化了程序設(shè)計(jì)難度，提高了程序運(yùn)行效率。在大多數(shù)信號處理器應(yīng)用中，03？擔(dān)當(dāng)著實(shí)時(shí)處理的任務(wù)。
2、03「與數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)
濾波是電子系統(tǒng)中最常見功能之一。傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)中采用模擬濾波器，它使用電阻、電容、電感和放大器等元器件組成有源或者無源濾波器。在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常使用數(shù)字濾波器來完成濾波功能。
2.1確定模擬濾波器特性
根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇濾波器形式，如巴特洛夫?yàn)V波器、高斯濾波器、矩形濾波器等，然后進(jìn)一步確定模擬濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)。帶通濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)包括：中心頻率、通帶寬度、通帶起伏、通帶增益、阻帶衰減、過渡帶特性等。
2.2選擇合適的采樣頻率
根據(jù)濾波器的中心頻率、通帶寬度等選擇合適的采樣頻率。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，對于帶限實(shí)信號，采樣頻率至少應(yīng)該大于信號最高頻率分量的2倍；對于帶通實(shí)信號，采樣頻率至少應(yīng)該大于信號帶寬的2倍。對模擬信號的采樣通常由模數(shù)轉(zhuǎn)換器件（仙0完成，為了防止采樣后的數(shù)字信號出現(xiàn)頻譜混疊，在仙^之前通常需要插入抗混疊濾波器，抗混疊濾波器的截至頻率一般比信號的最高頻率分量高5^〜戯。
2.3選擇數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)形式
在數(shù)字信號處理中，數(shù)字濾波器的基本形式有兩種，一種是有限脈沖響應(yīng)濾波器（巧幻，另一種是無限脈沖響應(yīng)濾波器。？頂濾波器的傳輸函數(shù)只有零點(diǎn)，沒有極點(diǎn)，它沒有反饋支路。而I頂濾波器的傳輸函數(shù)既有零點(diǎn)，也有極點(diǎn)。？頂和I頂濾波器的輸入、輸出關(guān)系表示為
式中乂細(xì)丨—是濾波器的輸入〜―是其輸出；吐和址分別是濾波器的權(quán)系數(shù)；^和8是濾波器的階數(shù)。
從上述濾波器的結(jié)構(gòu)中我們可以看出，數(shù)字濾波器的特性由濾波器結(jié)構(gòu)、階數(shù)和權(quán)系數(shù)決定。而數(shù)字濾波器的輸出實(shí)際上是不同時(shí)刻的輸入采樣序列的加權(quán)和。在濾波過程中，需要進(jìn)行的計(jì)算包括乘、加兩種運(yùn)算、以及對輸入采樣序列的延遲。對于大多數(shù)03？處理器而言，乘、加運(yùn)算是其最基本的操作，而對采樣序列的延遲，可以利用其獨(dú)特的循環(huán)尋址方式實(shí)現(xiàn)。
3、基于0巧處理器的濾波器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
利用03？實(shí)現(xiàn)濾波器算法時(shí)，需要考慮以下主要問題：
3.1濾波器運(yùn)算量估計(jì)
數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)時(shí)，其主要的運(yùn)算是乘和加運(yùn)算，以及數(shù)據(jù)存取操作。進(jìn)行運(yùn)算量估計(jì)時(shí)，可以把濾波器的運(yùn)算過程分解。對于？頂濾波器，完成一階運(yùn)算需要作一次加法、一次乘法、三次數(shù)據(jù)讀取操作。因此實(shí)現(xiàn)一個(gè)^階的？I尺濾波器時(shí)，其主要的運(yùn)算和操作包括^次加法、^次乘法、3^次數(shù)據(jù)讀取操作。完成一個(gè)~階？頂濾波運(yùn)算所需的計(jì)算時(shí)間大約為即經(jīng)過時(shí)間后，可以得到一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的輸出值。
3.2濾波器存儲(chǔ)量估計(jì)
實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器時(shí)，其輸人數(shù)據(jù)、權(quán)系數(shù)和輸出數(shù)據(jù)都需要存放在03？的存儲(chǔ)器中。對于^階？頂濾波器，輸入和輸出數(shù)據(jù)長度均為I權(quán)系數(shù)的個(gè)數(shù)也是仏因此，需要的存儲(chǔ)量為31
3.303？處理器選擇
03？處理器的類型有定點(diǎn)處理器和浮點(diǎn)處理器，在利用03？具體實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器時(shí)，首先需要確定03？的類型。定點(diǎn)處理器和浮點(diǎn)處理器的主要差別是其運(yùn)算單元的結(jié)構(gòu)，浮點(diǎn)處理器的運(yùn)算單元支持浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。浮點(diǎn)運(yùn)算精度高，可處理的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍大，不易出現(xiàn)溢出等顯著優(yōu)點(diǎn)，具有良好的運(yùn)算性能。但是浮點(diǎn)處理器的成本較高，適合于對性能要求高和對成本要求不高的應(yīng)用。定點(diǎn)處理器可處理的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍小，容易出現(xiàn)溢出，在編程方面需要一定的技巧來擴(kuò)大數(shù)據(jù)處理范圍和防止溢出，溢出問題增加了編程難度。但是定點(diǎn)處理器成本低，適合于對成本要求較苛刻的應(yīng)用。3.4濾波器的存儲(chǔ)區(qū)分配
根據(jù)濾波器需要的存儲(chǔ)區(qū)要求，為數(shù)字濾波器的輸人數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)和權(quán)系數(shù)指定和分配相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)。03？的存儲(chǔ)區(qū)通常分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，仙I公司的大部分03？允許在程序存儲(chǔ)器內(nèi)劃分出一定的存儲(chǔ)器作為數(shù)據(jù)區(qū)使用，這樣可以提高程序運(yùn)行速度。例如，將濾波器的權(quán)系數(shù)分配到程序存儲(chǔ)器存放，而將輸入和輸出數(shù)據(jù)分配到數(shù)據(jù)存。