基于的数字滤波器设计-科技论文

一类专门信号的处理器，与通用计算机或者微处理器不同的是，它的硬件、软件和指令集进行了专门的优化，使得它能够高速地实现各种数字信号处理算法，因此特别适合于完成数字信号处理任务。03？的运算操作、寻址方式、存储器访问、指令集等设计与其他处理器有明显的差别，一般来说03？处理器内部配置有独立的数据总线、地址总线和1/0总线，指令采用流水管理机制，同时配置专门的地址管理单元，使其能够在一个指令周期内同时执行一条指令或者多条指令需要的地址计算、数据存取和运算操作，极大地提高了其数据处理能力。在03？的指令集中，通常还提供了其他微处理器没有的循环寻址、位翻转寻址等专门的寻址方式，以适应数字信号处理中经常遇到的滤波、自相关、卷积和？肝等计算的特殊需要，并且简化了程序设计难度，提高了程序运行效率。在大多数信号处理器应用中，03？担当着实时处理的任务。
2、03「与数字滤波器设计
滤波是电子系统中最常见功能之一。传统的电子系统中采用模拟滤波器，它使用电阻、电容、电感和放大器等元器件组成有源或者无源滤波器。在数字系统中，经常使用数字滤波器来完成滤波功能。
2.1确定模拟滤波器特性
根据系统要求，选择滤波器形式，如巴特洛夫滤波器、高斯滤波器、矩形滤波器等，然后进一步确定模拟滤波器的主要技术指标。带通滤波器的主要技术指标包括：中心频率、通带宽度、通带起伏、通带增益、阻带衰减、过渡带特性等。
2.2选择合适的采样频率
根据滤波器的中心频率、通带宽度等选择合适的采样频率。根据奈奎斯特采样定理，对于带限实信号，采样频率至少应该大于信号最高频率分量的2倍；对于带通实信号，采样频率至少应该大于信号带宽的2倍。对模拟信号的采样通常由模数转换器件（仙0完成，为了防止采样后的数字信号出现频谱混叠，在仙^之前通常需要插入抗混叠滤波器，抗混叠滤波器的截至频率一般比信号的最高频率分量高5^〜戯。
2.3选择数字滤波器结构形式
在数字信号处理中，数字滤波器的基本形式有两种，一种是有限脉冲响应滤波器（巧幻，另一种是无限脉冲响应滤波器。？顶滤波器的传输函数只有零点，没有极点，它没有反馈支路。而I頂滤波器的传输函数既有零点，也有极点。？顶和I頂滤波器的输入、输出关系表示为
式中乂細丨—是滤波器的输入〜―是其输出；吐和址分别是滤波器的权系数；^和8是滤波器的阶数。
从上述滤波器的结构中我们可以看出，数字滤波器的特性由滤波器结构、阶数和权系数决定。而数字滤波器的输出实际上是不同时刻的输入采样序列的加权和。在滤波过程中，需要进行的计算包括乘、加两种运算、以及对输入采样序列的延迟。对于大多数03？处理器而言，乘、加运算是其最基本的操作，而对采样序列的延迟，可以利用其独特的循环寻址方式实现。
3、基于0巧处理器的滤波器设计实现
利用03？实现滤波器算法时，需要考虑以下主要问题：
3.1滤波器运算量估计
数字滤波器实现时，其主要的运算是乘和加运算，以及数据存取操作。进行运算量估计时，可以把滤波器的运算过程分解。对于？顶滤波器，完成一阶运算需要作一次加法、一次乘法、三次数据读取操作。因此实现一个^阶的？I尺滤波器时，其主要的运算和操作包括^次加法、^次乘法、3^次数据读取操作。完成一个~阶？頂滤波运算所需的计算时间大约为即经过时间后，可以得到一个数据点的输出值。
3.2滤波器存储量估计
实现数字滤波器时，其输人数据、权系数和输出数据都需要存放在03？的存储器中。对于^阶？頂滤波器，输入和输出数据长度均为I权系数的个数也是仏因此，需要的存储量为31
3.303？处理器选择
03？处理器的类型有定点处理器和浮点处理器，在利用03？具体实现数字滤波器时，首先需要确定03？的类型。定点处理器和浮点处理器的主要差别是其运算单元的结构，浮点处理器的运算单元支持浮点数运算。浮点运算精度高，可处理的数据动态范围大，不易出现溢出等显著优点，具有良好的运算性能。但是浮点处理器的成本较高，适合于对性能要求高和对成本要求不高的应用。定点处理器可处理的数据动态范围小，容易出现溢出，在编程方面需要一定的技巧来扩大数据处理范围和防止溢出，溢出问题增加了编程难度。但是定点处理器成本低，适合于对成本要求较苛刻的应用。3.4滤波器的存储区分配
根据滤波器需要的存储区要求，为数字滤波器的输人数据、输出数据和权系数指定和分配相应的存储区。03？的存储区通常分为程序存储器和数据存储器，仙I公司的大部分03？允许在程序存储器内划分出一定的存储器作为数据区使用，这样可以提高程序运行速度。例如，将滤波器的权系数分配到程序存储器存放，而将输入和输出数据分配到数据存。