基于DES5402PP的IIR濾波器設(shè)計解析

在許多實際應(yīng)用DSP系統(tǒng)中，輸入信號既可以是語音信號、調(diào)制的電話信號、編碼的數(shù)字信號、壓縮后的圖像信號，也可以是各種傳感器輸出的模擬信號，這就需要DSP通過A/D和D/A轉(zhuǎn)換完成數(shù)字信號和模擬信號之間的轉(zhuǎn)換，從而能使DSP處理模擬信號和將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成易于人機交互的聲、光、電等信號。DES5402PP是一個采用TI公司的TMS320C5402為核心處理器的實驗開發(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
　　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)計成果，工作量相對較?。辉谙嗤脑O(shè)計指標(biāo)下，可以用較低的階數(shù)獲得較好的性能；所用的存儲單元少，因此對于硬件來說，在相同時鐘速率和存儲空間下可以提供更好的帶外衰減特性［1］。
　　設(shè)低通IIR切比雪夫濾波器的采樣點為256個，采樣頻率為600Hz，輸入為兩個頻率分別為100Hz和300Hz的正弦信號的合成信號。設(shè)定截止頻率為200Hz，可以預(yù)料，將保留100Hz的信號，300Hz的信號基本被濾掉。
　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計流程，先在MATLAB中求得IIR濾波器的系數(shù)。主要分為三個步驟：產(chǎn)生本系統(tǒng)的測試信號；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。驗證濾波器的性能后，將濾波器的系數(shù)通過程序?qū)懗?inc的文件，通過.include語句將其寫入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、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，可通過DSP來關(guān)閉或打開串口工作時鐘，并允許串口運行在低功耗模式下［2］。
　　緩沖串口在BSP在標(biāo)準(zhǔn)串口的基礎(chǔ)上增加一個自動緩沖單元ABU，是一種增強型標(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是一個附加邏輯電路，它允許串口單元直接將數(shù)據(jù)讀寫到C5402的內(nèi)部獨立存儲器，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［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，可以只使用一個緩沖通道串口來同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和輸出，從而節(jié)省了DSP的硬件開銷。因此，DSP與AC01的連接使用在信號處理中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　實驗系統(tǒng)DES5402PP使用AC01作為模擬信號接口，有兩個AC01，分別工作于“主”、“從”模式。利用“主AC01”產(chǎn)生合成的輸入信號，“從AC01”將該信號轉(zhuǎn)換成濾波的數(shù)據(jù)信號并輸入到DSP芯片。其中，DSP還可以通過讀寫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的九個控制寄存器如表2。