基于Matlab的FIR带通滤波器设计与实现

A／D转换器采用TI公司生产的ADS7864芯片，它是一个高速（转换时间2μs）12位精度，6通道的A／D转换器件。它的最高工作频率可达8 MHz，采样率为500 kHz。根据奈奎斯特定理，信号的最高频率不能高于250 kHz，这样才不会有失真，而这个频率对于语音信号的处理已经足够。

　　D／A转换芯片采用DAC7625，它是一个4路12位D／A转换器件，每路都有输入寄存器和DAC寄存器，构成双缓冲结构，转换时间为10μs。

　　3．2 软件设计

　　3．2．1 数据组织方式

　　若输入信号x（n）和滤波器的单位冲激响应h（n）在频域分别为，则其输出信号的频率响应为。根据离散傅氏变换的性质，可以得到滤波系统的差分方程：

　　从上文Matlab的仿真过程可得到滤波器的级数N和滤波器系数h（n）。从上述可知数字滤波器实现时，主要是进行乘和加运算以及数据存取操作。

　　在定点DSP上实现FIR滤波有两种方式：一种是用线性缓冲区实现z-1，该方式能保证新老数据在存储器中的存放位置直接明了，新的数据存放在缓冲区的固定位置；另一种方式是循环缓冲区实现z-1，该方式新老数据在缓冲区的位置不直接明了，新的数据没有固定位置，但可以方便地完成滤波器窗口的自动更新。考虑到本方案中使用的是汇编语言编程，还有N的阶数较大，为提高速率，因此在选择FIR滤波器的方式时选择循环缓冲区实现z-1的方式。

　　对于N级的FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个称之为滑窗的N个单元的缓冲区，滑窗中存放最新的N个输入样本。每次输入新的样本时，一新样本改滑窗中的最老数据，而滑窗中的其他数据不需要移动。利用片内BK（循环缓冲区长度）寄存器对滑窗进行间接寻址，环缓冲区地址首位相邻。

　　3．2．2 程序设计思路

　　程序设计的总体思路是：启动ADS7864对输入的模拟信号进行A／D转换，每采集到一个数据就送入DSP进行滤波运算，运算结果送DAC76 25转换为模拟量。不断地重复上述过程，在DAC7625的输出端就得到滤波后的模拟信号。

　　为了精确地控制ADS7864的采样率，使用TMS320C5402内部的定时器控制采样时间间隔T。设置定时器的定时时间等于采样时间间隔T，并让它工作在中断方式，则定时器每过T时间间隔就向CPU发出中断请求，CPU响应中断请求，转去执行中断服务程序。在中断服务程序中读取A／D转换结果，对转换结果进行滤波运算，并将运算结果送D／A转换器转换为模拟量。因此，程序分为主程序和定时器中断服务程序两部分，流程图如图4，图5所示。

　　3．2．3 FIR滤波源程序

　　FIR滤波器指令，使用MAC指令执行FIR滤波，将滤波输出放在累加器A中：

　　3．2．4 结果分析

　　利用已做好的TMS320C5402开发平台，下载在CCS中已经通过编译的数字带通滤波器的程序，该程序的实验结果波形由CCS提供的显示时频图来显示。由于实际需求只涉及数字滤波器的幅频特性，所以结果分析没有对数字滤波器的相频特性进行讨论。图6和图7分别为输入信号与输出信号的频域图。输入信号的频率为f1=600 Hz，f2=1 000 Hz，f3=2 000 Hz，f4=3 500 Hz和f5=3 900 Hz的混合正弦信号，通过FIR数字带通滤波器后，频率为f1，f2，f4和f5的信号明显削弱，甚至几乎被滤去，而f3信号只有很少的衰减。说明这个数字带通滤波器有效地削弱了其他频率的干扰信号，提高了f3信号的质量，达到了数字滤波的目的，能实现对语音信号的去噪。

　　4 结论

　　实践证明，用Matlab软件可方便地设计出FIR数字滤波器，并且修改系数方便。采用DSP实现FIR数字滤波器具有很强的适应性和可移植性，是解决数字滤波器从设计到实现的有效办法，具有一定的实际应用价值。