Matlab輔助DSP設(shè)計FIR數(shù)字濾波器的方案分析

　l 引 言
　　隨著信息技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字濾波器由于其精度高、穩(wěn)定性好、使用靈活等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在各種數(shù)字信號處理領(lǐng)域。數(shù)字濾波器根據(jù)沖擊響應(yīng)函數(shù)的時域特性，可以分為FIR（有限長沖擊響應(yīng)濾波器）和IIR（無限長沖擊響應(yīng)濾波器）。FIR濾波器與IIR濾波器相比，具有嚴(yán)格的線性相位，幅度特性可任意等優(yōu)點。而且，F(xiàn)IR濾波器的單位抽樣響應(yīng)是有限長的，故一定是穩(wěn)定的，他又可以用快速傅里葉變換（FFT）算法來實現(xiàn)過濾信號，可大大提高運算效率。
　　Matlab輔助DSP開發(fā)實現(xiàn)的關(guān)鍵是建立Matlab與DSF 間的連接。以往一般是由開發(fā)工具CCS把DSP中間結(jié)果先保存，再調(diào)入Matlab工作空間與：Matlab仿真中間結(jié)果比較，以此發(fā)現(xiàn)DSP程序的不足，這需要反復(fù)操作，比較麻煩。Math Works公司和TI公司共同開發(fā)的．Matlab Link for CCS開發(fā)工具（CCSLink），實現(xiàn)了在．Matlab，TICCS開發(fā)環(huán)境和DSP硬件問的雙向連接，開發(fā)者可以利用Matlab強大的數(shù)據(jù)處理、分析、可視化功能來處理CCS和目標(biāo)DSP中的數(shù)據(jù)，可以大大簡化DSP軟件開發(fā)的分析、調(diào)試和驗證過程，縮短軟件開發(fā)周期。
　　2 Matlab與CCS及目標(biāo)DSP間的連接
　　Matlab可通過3種方式與CCS、目標(biāo)DSP進(jìn)行連接、數(shù)據(jù)交換。CCSLink提供了3種連接對象：
　　與CCS的連接對象 可從Matlab命令窗運行CCS中的應(yīng)用程序，向目標(biāo)DSP的存貯器、寄存器讀出/寫人數(shù)據(jù)，檢查DSP狀態(tài)，開始/停止目標(biāo)DSP中運行的程序。
　　與RTDX（實時數(shù)據(jù)交換）的連接對象 使Matlab與目標(biāo)DSP直接通信，Matlab可以實時地向目標(biāo)DSP取出/發(fā)送數(shù)據(jù)，并不停止DSP中正在執(zhí)行的程序。
　　嵌入式對象 在Matlab環(huán)境中創(chuàng)建，該對象可代表嵌入在目標(biāo)C程序中的變量，由其可以直接對嵌入在目標(biāo)DSP存貯器/寄存器中的變量進(jìn)行操作。
　　下面利用Matlab與CCS及目標(biāo)DSP的連接利用Matlab輔助DSP實現(xiàn)一個低通FIR數(shù)字濾波器并把實現(xiàn)的濾波結(jié)果和Matlab中仿真的濾波結(jié)果進(jìn)行比較。
　　3 Matlab輔助DSP實現(xiàn)FIR過程
　　Matlab輔助DSP實現(xiàn)FIR，其總體過程為在DSP中編寫處理程序；在Matlab中利用濾波器設(shè)計、分析工具（FDATool），根據(jù)指定的濾波器性能快速設(shè)計一個FIR，然后把濾波器系數(shù)以頭文件形式導(dǎo)人CCS中，頭文件中含濾波器階數(shù)和系數(shù)數(shù)組，在Matlab中調(diào)試、運行DSP程序并顯示、分析處理后的數(shù)據(jù)。使用該方法，便于采用C語言來實現(xiàn)程序。頭文件名不變，當(dāng)Matlab中設(shè)計的濾波器系數(shù)改變時，相應(yīng)頭文件中系數(shù)也改變，方便了程序調(diào)試、仿真。
　　3．1在CCS中編寫處理程序
　　在CCS IDE中建立fir．pjt工程，用C語言編寫處理主程序fir．c，利用匯編語言文件，來定義中斷服務(wù)程序。另外根據(jù)板上的存儲器配置方式，編寫存儲器配置文件（．cmd文件），編譯、鏈接，生成可執(zhí)行文件（fir．out文件），加載到目標(biāo)DSP程序存儲器中。
　　3．2利用FDATool設(shè)計FIR濾波器
　　FIR濾波器設(shè)計方法有很多種，利用Matlab中的FDATool（Filter Design & Analysis TOO1）來設(shè)計是經(jīng)常被使用到的一種。FDATool是通過指定濾波器的性能指標(biāo)來快速設(shè)計FIR或者IIR濾波器，他是一種圖形設(shè)計界面。
　　指定FIR濾波器為低通濾波器（Lowpass），指定階數(shù)為30，采樣頻率F，為5 000 Hz，截止頻率為400 Hz。打開FDATool界面（在Matlab命令窗輸入fdat00l），選FIR（Window），用Hamming窗方法；菜單Edit-》Convert Structure，選Direct Form FIR，即濾波器結(jié)構(gòu)為直接I型；菜單Analysis用來選擇不同的分析顯示方式，如幅度響應(yīng)、相位響應(yīng)、脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)、濾波器系數(shù)等。指定完設(shè)計參數(shù)后單擊按鈕Design Filter，生成濾波器系數(shù)。FDATool界面如圖1所示。
　　
　　把生成的濾波器系數(shù)傳到目標(biāo)DSP中有兩種方式，一種把濾波器系數(shù)輸入到一個C頭文件，在所建工程中添加該C頭文件，另一種直接把生成的濾波器系數(shù)加到DSP存貯器中。本文采用第一種方法。
　　選擇菜單Targets-》Export to Code Composer Studio（tm）IDE，打開Export to C Header File對話框，選擇C header file，指定變量名（濾波器階數(shù)和系數(shù)向量），輸出數(shù)據(jù)類型可選浮點型或32 b，16 b整型等，根據(jù)自己安裝選擇目標(biāo)板板號和處理器號，單擊OK，保存該頭文件，需指定文件名（filtercoeff．h）和路徑（保存在c：\ti\myprojects\fir工程中）。打開fir工程文件夾，該濾波器系數(shù)頭文件filtercoeff．h已含在工程中。該頭文件用到Matlab中的tmwtypes．h文件，需把該文件也包含在工程中，還要在fir．c文件中聲明包含濾波器參數(shù)頭文件，即：
　　#include〃filtercoeff．h〃
　　然后編譯、鏈接工程，添加的頭文件自動在工程目錄中顯示，目標(biāo)DSP自動為濾波器系數(shù)分配相應(yīng)的存貯空間。打開文件filtercoeff．h查看生成的濾波器系數(shù)，可看到系數(shù)是對稱的，這由所選濾波器類型而定。