用DSP實現FIR數字濾波器

　　2.卷積和運算的實現

　　(1) h(n)序列N個點數值的存儲

　　由于h(n)是根據濾波性能要求已經設計好的有限長單位沖激響應，故其N個點的數值是已知的，因此可以存放在ROM或RAM當中，且對應著N個不同的地址，便于尋址。

　　(2) 輸入序列x(n)的移位寄存

　　輸入序列x(n)是不斷變化的，因此只能對其進行移位寄存，寄存器的個數為N，即N個寄存器中分別存放著x(n)、x(n-1)……x(n-N+1)，它們都隨著n的變化而變化。

　　(3) 乘法器

　　用以完成兩個數值的乘法，即h(m)x(n-m)，也就是將存儲器中N地址所對應的N個固定數值h(m)分別與N個移位寄存器中的不斷變化的N個變化數值x(n-m)相乘。

　　(4) 累加器

　　用以實現N個乘積的累加，即將當前x(n)所對應的N個乘積進行累加，所得到的和就是y(n)。當濾波器的下一個輸入值即x(n +1)到來時，累加器清零，并重新將下一組x(n +1)所對應的N個乘積進行累加，所得到的和就是y(n +1)。

　　3.DSP的支持

　　DSP作為信號處理應用，與一般微處理器有很大的區別。

　　(1) 哈佛結構：采用多個并行存儲器塊結構，使得能夠訪問的存儲器個數增加，從而減少在一個指令周期中所需存儲器操作周期數。

　　(2) 乘加流水線為核心的數據通路：卷積和運算的基本操作就是乘法與加法，DSP則將相乘及累加統一考慮，構成以乘法器、加法器流水線為中心的運算部件。

　　(3) 特殊的指令：指令RPT由數據存儲器指定重復次數，指令MACD可以一次完成相乘并帶數據移位的累加，因此使得每一級FIR濾波器只需一個指令周期。

　　(4) 指令系統的多級流水線：采用多級流水線操作方式，可以把指令周期減小到最小值，同時也就增加了數字信號處理器的吞吐量。

　　五、 具體電路框圖及程序流程圖

　　圖 1為FIR濾波器DSP實現的電路方框圖，其核心部分為TI公司生產的DSP芯片TMS320C203 ，EP2ROM和RAM是其外圍電路。DSP送給A/D抽樣時鐘，對輸入的模擬信號抽樣，即將模擬信號轉換成數字信號，然后讀取每一次的抽樣值，并對抽樣值進行卷積運算(FIR數字濾波)，最后將運算結果(濾波后的數字信號)送至D/A ，轉換成模擬信號進行輸出。

　　圖 1　電路框圖

　　圖 2為程序流程圖，說明如下：

　　圖 2　程序流程圖

　　(1) 對DSP進行初始化，定義DSP的一些向量和工作模式;

　　(2) 為數字濾波作準備，將預先設計好的有N個抽頭的FIR數字濾波器的沖激響應序列h(n)中的N個數值放入存儲單元B1～BN;

　　(3) 作好濾波準備工作后，開始進行抽樣，并讀入抽樣值，放入存儲單元A1中;

　　(4) 之后便對抽樣值進行運算處理：

　　(a) 將累加器清零，并設置兩個準備相乘的存儲單元A與B的初始值K和L;

　　(b) 將第K個抽樣值AK與沖激響應序列的第L個數值BL相乘(K+L=N+1)，并將乘積送入累加器進行累加;

　　(c) 將第K-1個抽樣值AK-1放入AK，此時AK中原數值被覆蓋;

　　(d) 重復(b)～(c)，直至共完成N次乘加運算。

　　(5) 輸出處理結果;

　　(6) 重復(3)～(5)。

　　六、 結束語

　　FIR濾波器具有嚴格的線性相位，且是可物理實現的因果系統，因此被廣泛地應用在現代通信技術當中，如解調器中的位同步與位定時提取、自適應均衡去碼間串擾以及話音的自適應編碼等。可見對FIR濾波器的研究是具有非常重要的現實意義的。