基于DES5402PP的IIR濾波器設(shè)計(jì)解析

在許多實(shí)際應(yīng)用DSP系統(tǒng)中，輸入信號(hào)既可以是語(yǔ)音信號(hào)、調(diào)制的電話信號(hào)、編碼的數(shù)字信號(hào)、壓縮后的圖像信號(hào)，也可以是各種傳感器輸出的模擬信號(hào)，這就需要DSP通過(guò)A/D和D/A轉(zhuǎn)換完成數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，從而能使DSP處理模擬信號(hào)和將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于人機(jī)交互的聲、光、電等信號(hào)。DES5402PP是一個(gè)采用TI公司的TMS320C5402為核心處理器的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，它提供的TLC320AC01能很好的完成這一功能。
　　1 IIR濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)
　　盡管IIR濾波器的算法比FIR濾波器要復(fù)雜，且不是因果穩(wěn)定的，但I(xiàn)IR濾波器也具有多種優(yōu)越性，它可充分利用模擬濾波器的設(shè)計(jì)成果，工作量相對(duì)較??；在相同的設(shè)計(jì)指標(biāo)下，可以用較低的階數(shù)獲得較好的性能；所用的存儲(chǔ)單元少，因此對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)，在相同時(shí)鐘速率和存儲(chǔ)空間下可以提供更好的帶外衰減特性［1］。
　　設(shè)低通IIR切比雪夫?yàn)V波器的采樣點(diǎn)為256個(gè)，采樣頻率為600Hz，輸入為兩個(gè)頻率分別為100Hz和300Hz的正弦信號(hào)的合成信號(hào)。設(shè)定截止頻率為200Hz，可以預(yù)料，將保留100Hz的信號(hào)，300Hz的信號(hào)基本被濾掉。
　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，先在MATLAB中求得IIR濾波器的系數(shù)。主要分為三個(gè)步驟：產(chǎn)生本系統(tǒng)的測(cè)試信號(hào)；調(diào)用MATLAB中的濾波器函數(shù)，求出濾波器的系數(shù)；調(diào)用filter函數(shù)進(jìn)行濾波，輸出濾波后的信號(hào)。驗(yàn)證濾波器的性能后，將濾波器的系數(shù)通過(guò)程序?qū)懗?inc的文件，通過(guò).include語(yǔ)句將其寫(xiě)入DSP匯編程序中。
　　2 C5402的緩沖串口（BSP）工作方式
　　TMS320C5402是TI公司生產(chǎn)的16位定點(diǎn)、速度為100MIPS、RAM為16×16位、ROM為4K×16位、可編程、低功耗和高性能的DSP。它提供的各種類型的串口都可以在全雙工方式下通信，其串口信號(hào)與許多符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行設(shè)備兼容，可以直接連接。當(dāng)串口復(fù)位時(shí)，可通過(guò)DSP來(lái)關(guān)閉或打開(kāi)串口工作時(shí)鐘，并允許串口運(yùn)行在低功耗模式下［2］。
　　緩沖串口在BSP在標(biāo)準(zhǔn)串口的基礎(chǔ)上增加一個(gè)自動(dòng)緩沖單元ABU，是一種增強(qiáng)型標(biāo)準(zhǔn)串口。允許8、10、12、16、20、24或32位的數(shù)據(jù)傳輸。由于ABU是一個(gè)附加邏輯電路，它允許串口單元直接將數(shù)據(jù)讀寫(xiě)到C5402的內(nèi)部獨(dú)立存儲(chǔ)器，不需要CPU參與，從而使BSP傳輸速度更快。表1給出了BSP發(fā)送和接收數(shù)據(jù)初始化的操作步驟。
　　表1 BSP的發(fā)送和接收初始化步驟
　　
　　3 AC01的特點(diǎn)［3］［4］
　　TLC320AC01也是TI公司生產(chǎn)的一款集成有A/D和D/A的芯片，通過(guò)串口與DSP或其他設(shè)備通信。AC01的最高采樣頻率為25kHz，其數(shù)據(jù)精度為16位，采用單一5V電源供電。C5402與AC01連接后，可以只使用一個(gè)緩沖通道串口來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和輸出，從而節(jié)省了DSP的硬件開(kāi)銷。因此，DSP與AC01的連接使用在信號(hào)處理中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)DES5402PP使用AC01作為模擬信號(hào)接口，有兩個(gè)AC01，分別工作于“主”、“從”模式。利用“主AC01”產(chǎn)生合成的輸入信號(hào)，“從AC01”將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成濾波的數(shù)據(jù)信號(hào)并輸入到DSP芯片。其中，DSP還可以通過(guò)讀寫(xiě)AC01的寄存器，控制AC01的采樣頻率、增益、低通、高通濾波器的截止頻率等參數(shù)。AC01的九個(gè)控制寄存器如表2。