基于DSP的FIR滤波器设计

吴尚飞 梅宇超

【摘要】 FIR滤波器由于其严格的线性相位特性具有广泛的应用范围。用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点外，还具有灵活性好的优点。所以基于DSP的FIR滤波器的设计具有重要意义。

【关键词】 滤波器 FIR DSP

一、FIR滤波器设计

1、FIR滤波器设计基础。FIR滤波器具有当保证幅频特性是能够轻易的保证线性相位严谨性的优点。在众多数字滤波器中，FIR滤波器具有无反馈回路的重要特征，所以FIR滤波器并不会放生不稳定的情况；而且，在幅度特性可以变换的情况下，FIR滤波器能确保线性相位的结果十分准确。FIR滤波器具有稳定性强和线性相位两个卓越优点。FIR滤波器还具有如下几个优点：具有线性的设计方法；更加容易来实现硬件问题；FIR滤波器在滤波器过渡期间包含有限的区间；与IIR滤波器不同的是，FIR滤波器具有较高的阶次，FIR滤波器的延迟方面对比IIR滤波器也大得多 [1]。

2、基于窗函数的滤波器设计。通常我们使用窗函数法，频率抽样法，等波纹切比雪夫逼近法等来设计FIR数字滤波器，主要探讨利用窗函数法来设计FIR数字滤波器和解决MATLAB仿真的问题。窗函数法也可说成为傅立叶级数法，窗函数发是在其时域上进行的，所以一点要从理想滤波器其频率响应Hd（e jω）来推算出单位脉冲响应hd（n）的值，设计在FIR数字滤波器上开发一个单位脉冲响应h（n）来逼近hd（n）。

上式中窗口的长度是N，因此H（z）就是在物理上可以完成的系统了。

二、FIR滤波器TMS320F2812的DSP实现

美国德州仪器公司对于数字控制方面的问题所研发了一种利用微型控制器的最好特征和性能极好的数字型号处理整合成有极好的数字信号处理功能和完善的事件管理与完善的嵌入式控制功能的32位定点数字信号芯片。这种芯片适合在处理的速度和精度要求非常高的方面，比如控制系统、智能仪表等等方面。为了能更好的处理问题，并且降低开发产品的周期，全新的CCS环境C Compiler能够被TMS320F2812DSP所支持，在程序的开发界面为开发者提供了C语言中和汇编语言混合编程的编程界面，另外IQ-math式的函数库也能在TMS320F2812上完成，因此研究者可以较为低廉的利用定点数DSP上进行困难的浮点运算 [2]。

F2812数字信号处理器集成了很多内核可以访问和控制的外部设备，通过某种方式来读/写外设。主要外部设备有：

（1）EV管理器：F2812的事件管理器是一个典型的扩展模块，特别适用于运动控制等领域。该模块主要包括通用定时器、全比较/PWM单元以及正交编码脉冲电路（QEP）。同时F2812上有两个事件管理器，接口相同，可以用于多组电机控制。（2）AD模块：F2812数字信号处理器上的ADC有16路通道，12位的采样内核包括两个采样保持电路，可以同时采集，也可以顺序采集，最高转换速率可达80ns。（3）看门狗：看门狗主要是针对软件运行进入死循环等情况下，通过看门狗模块给出一个复位中断信号。（4）通用输入/输出（GPIO）：GPIO可以用来扩展外部设备，可作为与外设进行数据交换，F2812中一共有56个GPIO引脚。（5）串行通信接口和SCI通信接口：增强型SCI模块，在原有的SCI接口功能下，添加了增强功能，包括自动检测波特率和16级FIFO。（6）串行外围设备接口SPI：增强型SPI模块，增强功能包括16级FIFO和延时发送功能[2]。（7）增强型区域控制网络eCAN模块：该总线接口与eCAN 2.0B标准接口完全兼容，最高支持高达1Mbps的总线通信速率，32个独立的完全可配置的邮箱和实时邮递功能。（8）PLL时钟模块：锁相环模块主要是用来外部晶振分/倍频的，F2812可以实现0.5-10倍的倍频。（9）外部中断接口：TMS320F2812外设中断扩展模块最多支持96个独立的中断。并将这些中断分成8组，每个组有12个中断源。F2812支持一个不可屏蔽中断和16个可屏蔽且优先级可设置的中断。（10）存储器及其扩展接口：F2812芯片内部提供18KB的SARAM和128KB的Flash存储器。而且通过外部存储器扩展接口，外部最高可达1MB的寻址空间，存储空间最大可达4GB。

三、结语

随着科学技术飞速发展，数字信号处理可以与许多新型工艺与新型技术整合在一起，提高了数字滤波器的解析与仿真，利用专用的数字硬件可以完成各类新型的数字信号处理系统，由于篇幅限制不能进一步深化探究，望后来者居上。

参 考 文 献

[1]张雪峰.小波阈值去噪算法研究及DSP实现[D].中北大学，2011-5.

[2]刘昕祺.基于TMS320F2812的数据采集和滤波的研究与实现[M].南京理工大学.2007-7