FIR滤波器设计及实现

### FIR滤波器设计及实现在CCS与Matlab中的应用 #### 1. 引言 FIR（Finite Impulse Response，有限冲激响应）滤波器是一种重要的数字信号处理工具，在通信、音频处理等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍如何在Matlab环境下设计FIR滤波器，并通过CCS（Code Composer Studio）将其实际应用于硬件平台的过程。通过这一过程，我们可以更好地理解FIR滤波器的工作原理以及其在实际应用中的设计方法。 #### 2. 使用Matlab设计FIR滤波器 ##### 2.1 启动Matlab的Fdatool 我们需要在Matlab环境中启动滤波器设计工具Fdatool。可以通过以下两种方式来启动： 1. **通过菜单启动**：在Matlab的菜单栏中选择 `Toolboxes` -> `Filter Design` -> `Filter Design & Analysis Tools (fdatool)`。 2. **通过命令行启动**：在Matlab的命令窗口中直接输入 `fdatool` 并回车。 启动成功后，会弹出一个图形用户界面，供我们进行滤波器的设计工作。 ##### 2.2 设计FIR带通滤波器 接下来，我们将以设计一个FIR带通滤波器为例来介绍设计流程。 1. **选择滤波器类型**：在Fdatool界面上选择 `Bandpass` 作为滤波器类型。 2. **设置滤波器参数**：根据实际需求设置滤波器的相关参数，包括通带截止频率、阻带截止频率、通带最大衰减、阻带最小衰减等。 3. **设计滤波器**：设置好所有参数后，点击 `Design Filter` 按钮，系统将自动计算出滤波器的系数。 完成设计后，可以通过查看幅频响应曲线等方式来评估滤波器的性能。 ##### 2.3 导出滤波器系数 一旦设计出满意的滤波器，下一步就是导出滤波器系数以便于后续在CCS中使用。具体步骤如下： 1. **选择导出格式**：在Fdatool中，选择 `Targets` -> `CodeComposer Studio(tm) IDE`。 2. **配置输出文件**：在弹出的对话框中，选择输出文件类型为 `C header file`，输出系数类型为 `signed 16-bit integer`。 3. **生成文件**：点击 `Generate` 按钮，并选择保存路径。这样就可以得到包含滤波器系数的头文件，例如命名为 `fdacoefs.h`。 #### 3. 利用Matlab产生待滤波数据 为了测试设计好的FIR滤波器的效果，我们需要生成一组待滤波的数据。这里可以利用Matlab的强大信号处理功能来轻松完成。 ##### 3.1 生成测试信号 可以编写一个简单的Matlab脚本来生成包含特定频率成分的信号。例如，生成包含500Hz、3000Hz、8000Hz三种频率的信号： ```matlab f1 = 500; % Hz f2 = 3000; % Hz f3 = 8000; % Hz fs = 10000; % Hz, 采样率 N = 1000; % 数据点数 T = 1/fs; % 采样周期 n = 0:N-1; x1 = sin(2*pi*f1*n*T); x2 = 0.7*sin(2*pi*f2*n*T); x3 = 0.5*sin(2*pi*f3*n*T); x_base = x1 + x2 + x3; % 待滤波信号波形 ``` 绘制时域图和频谱图，可以更直观地观察信号特性。 ##### 3.2 输出数据文件 将生成的信号数据输出到文件中，以便于后续在CCS中读取使用： ```matlab xout = x_base / max(abs(x_base)); % 归一化 xto_ccs = round(32767 * xout); % 将信号转换为16位整数 fid = fopen('input.dat', 'w'); fprintf(fid, '16511000\n'); % 文件头 fprintf(fid, '%d\n', xto_ccs); % 输出数据 fclose(fid); ``` #### 4. 在CCS中实现FIR滤波器 ##### 4.1 新建工程项目 在CCS中创建一个新的工程项目，用于编写FIR滤波器的C语言程序。这里以C54x Simulator为例。 ##### 4.2 编写C语言程序 编写C语言源代码，导入之前在Matlab中生成的滤波器系数文件，并实现FIR滤波器的计算逻辑： ```c #include "stdio.h" #include "fdacoefs.h" // 包含滤波器系数 #define N 81 // 滤波器阶数+1 #define LEN 200 // 输入数据长度 int input[LEN]; // 输入缓冲 int output[LEN]; // 输出缓冲 void main() { int i, j; int* x; for (j = 0; j < LEN - 1; j++) { x = &input[j]; long yn = 0; for (i = 0; i < N - 1; i++) yn += B[i] * (*x++); // FIR滤波器计算 output[j] = yn >> 15; // 固定点运算 } while (1); // 无限循环 } ``` ##### 4.3 配置编译链接文件 还需要配置编译链接文件（例如.cmd文件），确保程序能够正确编译和运行。 通过以上步骤，我们不仅完成了FIR滤波器的设计，还实现了从理论到实践的全过程。这种跨平台的设计方法为数字信号处理领域的研究和开发提供了强有力的支持。