本文闡述了數字濾波器的特點和設計方法，對FIR和IIR濾波器進行了比較，對數字濾波器的應用范圍、應用前景和發展歷程作了詳細的說明。介紹了利用MATLAB設計FIR濾波器的各種方法（包含窗函數設計法、頻率樣本設計法、等波動法和最小二乘法）以及如何用MATLAB中的濾波器設計工具fdat001 設計各種類型的濾波器。

　　選用TMS320LF2407A作為處理芯片進行硬件電路設計，根據最小系統的設計要點和注意事項設計了外圍電路，包括時鐘信號產生電路、DSP芯片供電電源電路、A／D數據采集、D／A數據恢復、前置放大電路及sPI串行通信接口電路、sPI接口寄存器配置等基本內容，結合外圍電路原理完成系統原理圖硬件電路設計。

　　軟件設計中通過MATLAB／SIMuLINK環境中圖形化的方式建立數字信號處理的模型進行DsP的設計和仿真驗證，將設計的圖形文件．mdl直接轉換成c 語言程序在CcS中運行。軟件通過添加A巾、D／A接口程序，調試、編譯后就

　　可以下載到DsP目標板中。利用MATL～B軟件開發產品加速了開發周期，比直接在ccs中編程方便快捷了很多，對于任何復雜功能的DsP系統，只需要進行少量的添加和修改就能完成功能正確的C語言程序設計。

　　以一個F氓數字帶阻濾波器的實現為例對TMS320LF2407A硬件接口電路及DSP程序進行調試，使之達到設計指標。設計的電路通過軟件進行了驗證并進行了環境實驗，多次實驗證明了電路工作穩定，滿足設計要求。同時驗證了FIR數字濾波器的線性相位，從該濾波器的相頻響應曲線可以看出，濾波器輸入和輸出波形只有時間上的延遲，沒有波形畸變。該Fm濾波器的相位響應可為嚴格的線性，因此它不存在延遲失真，只有固定的時間延遲，適用于圖像信號處理、數據傳輸等以波形攜帶信息的系統。

　　數字信號處理器（DSP）已經發展了20多年，最初僅在信號處理領域內應用，近年來隨著半導體技術的發展，其高速運算能力使很多復雜的控制算法和功能得以實現，同時將實時處理能力和控制器的外設功能集于一身，在控制領域內電得到很好的應用。數字控制系統克服了模擬控制系統電路功能單一、控制精度不高的缺點，它抗干擾能力強，可靠性高，可實現復雜控制，增強了控制的靈活性。所謂信號處理是指對信號進行濾波、變換、分析、加工、提取特征參數等的過程1”。在電子儀器和測量中，最典型的是用頻譜分析儀對信號進行頻譜分析，從而了解和取得信號的頻率（或頻譜）特性。在現代計算機和相關的技術發展起來以前，這一過程只能用傳統頻譜分析儀實現。眾所周知，這種傳統的頻譜分析儀，無論在設計制造還是所采用的元器件方面，都要求較高的水平。尤其是頻率范圍寬、指標高的，設計制造的難度就更高，而其價格也非常昂貴。自從計算機及隨之而興起的數字信號處理技術發展和目趨成熟起來以后，信號頻譜分析的途徑，正在逐步由DSP所取代㈦。隨著信息時代和數字世界的到來，數字信號處理已成為一門極其重要的學科和技術領域，它在通信、語音、圖像、自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫療和家用電器等眾多領域得到了廣泛的應用。在數字信號處理應用中，數字濾波器十分重要并以獲得廣泛應用。

　　作為信號處理，和頻譜分析最直接相關的是傅立葉變換即FFT。人們已經熟知，離散傅立葉變換（即DFT）和數字濾波是數字信號處理器的基本內容。目前，DFT已有許多實用有效的快速DFT算法即FFT算法和軟件，其性能主要決定于采樣（實際上還包括模／數轉換）率和處理器的運算速度吲。將任意信號（主要是反映客觀物理世界的各種變化量，而且多半是連續變化的模擬量）轉換為能夠由處理器處理的數字數據這一過程稱為”數字化”，它包括采樣和量化兩個步驟，量化即通常所說的模／數轉換。采樣的速率和被處理的信號有關。為了保證數字化后的信號數據不喪失原信號的特性，采樣頻率應大于或至少等于信號截止頻率的2倍。這就是著名的奈奎斯特（Nyquist）采樣定理，或稱奈奎斯特采樣率。奈奎斯特采樣定理是很容易證明的。至于處理器的運算速度，眾所周知，現在的微機已達數百甚至上干兆赫的水平。為了提高或實現主要是FFT等運算的高速化，美國德州儀器公司（TI）很早開始就一直致力于專用的數字信號處理器芯片的研制和生產。著名TMs320系列芯片已為科技界所熟知。據最近報道，新的TM320c64 x的運行速度己商達600MHz， 其內核的8個功能單元能在每個周期同時執行4組16位MAC運算或88位MAC運算。單個C 64x DSP芯片能同時完成一個信道的MPE（H視頻編碼，一個信道的MPEG4視頻解碼和一個MPEG2視頻解碼，并仍有50％的余量留給多通道語音和數據編碼，自然，還有其他一些廠商也研制生產了不少品種專用或通用的數字信號處理器芯片口。

　　數字濾波作為數字信號處理的重要組成部分有著十分廣泛的應用前景，可作為應用系統對信號的前置處理。同時用DSP芯片實現數字濾波除了具有穩定性好、精確度高、不受外界影響等優點外，還具有靈活性好的特點，可對DSP芯片編程來實現數字濾波的參數修改，進而十分方便地修改濾波器的特性。因此基于DSP的數字濾波被廣泛應用于語音、圖像、軟件無線電等領域，具有廣闊的發展空間。

　　在數字信號處理中，數字濾波占有極其重要的地位。數字濾波是語音和圖象處理、模式識別、譜分析等應用中的～個基本處理算法。在許多信號處理應用中使用數字濾波器代替模擬濾波器是有利的。數字濾波器容易實現不同的幅度和相位頻率特性指標，克服與模擬濾波器器件性能相關的電壓漂移、溫度漂移和噪聲問題。用DsP芯片實現數字濾波除了具有穩定性好、精確度高、不受環境影響外，還具有靈活性好的特點【6】。用可編程DSP芯片實現數字濾波可通過修改濾波器的參數十分方便的改變濾波器的特性。幾乎每一科學和工程領域

　　例如聲學、物理學、通信、數據通信、控制系統和雷達都涉及信號。在許多應用中都希望根據期望的指標把一個信號的頻譜加以修改、整形或運算。這些過程都可能包含衰減一個頻率范圍阻止或隔離一些頻率成分。數字濾波器擴展了應用范圍，例如數字圖象處理、模式識別、譜分析等。

　　數字濾波在數字信號處理中占有重要的地位，數字濾波器又分為無限沖激響應濾波器（IIR）和有限沖激響應濾波器gIR）。FIR濾波器具有不含反饋環路、結構簡單以及可以實現的嚴格線性相位等優點，因而在對相位要求比較嚴格的條件下， 易采用Fm數字濾波器。同時， 由于在許多場合下， 需要對信號進行實時處理， 因而對于單片機的性能要求也越來越高。普通的單片機例如MCS 5l難以滿足這一要求。由于DSP控制器具有許多獨特的結構，例如采用多組總線結構實現并行處理，獨立的累加器和乘法器以及豐富的尋址方式， 采用DsP控制器就可以提高數字信號處理運算的能力，可以對數字信號做到實時處理用可編程DSP芯片實現數字濾波可通過修改濾波器的參數十分方便的改變濾波器的特性。幾乎每一科學和工程領域例如聲學、物理學、通信、數據通信、

　　控制系統和雷達都涉及信號。在許多應用中都希望根據期望的指標把一個信號的頻譜加以修改、整形或運算。這些過程都可能包含衰減一個頻率范圍阻止或隔離。些頻率成分。數字濾波器擴展了應用范圍，例如數字圖象處理、模式識別、譜分析等。一個帶寬受限的連續時間信號能夠通過采樣的方法變換成離散時間信號，經過處理后離散時間信號能夠轉換回連續時間信號。有限長單位沖激響應（Fm）數字濾波器，與傳統的通過硬件電路實現的模擬濾波器相比有以下幾大優點：

　　（1）簡化了硬件電路的設計，提高了硬件電路的集成度和可靠性。

　　（2）對干擾信號的抑制能力有了明顯提高，這對系統的控制精度和穩定性的提高起到了促進作用。

　　（3）數字濾波器的參數調節比起模擬濾波器來更加方便、靈活。數字信號處理（Di鰣al Signal Processing）是利用專用處理器或計算機，以數字的形式對信號進行采樣、變換、濾波、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們要求的信號形式。數字信號處理器（D罾tal Signal Processor，簡稱DSP）是一種處理數字信號的專用微處理器，主要應用于實時快速地實現各種信號的數字處理算法。它在結構上針對數字信號處理的特點進行了改進和優化，并且增加了特殊的指令專門用于數字處理，因而處理速度更快，效率更高。

　　1．2課題研究的現狀

　　凡是有能力進行信號處理的裝置都可以稱為濾波器。在近代電信設備和各類控制系統中，濾波器應用極為廣泛；在所有的電子部件中，使用最多，技術最為復雜的要算濾波器了。濾波器的優劣直接決定產品的優劣，所以，對濾波器的研究和生產歷來為各國所重視。

　　1917年美國和德國科學家分別發明r Lc濾波器，次年導致了美國第一個多路復用系統的出現。20世紀50年代無源濾波器日趨成熟。自60年代起由于計算機技術、集成工藝和材料工業的發展，濾波器發展上了一個新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩定可靠和價廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩定可靠成為70年代以后的主攻方向。導致Rc有源濾波器、數字濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發展， 到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成己被研制出來并得到應用。80年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴大應用范圍。90年代至現在主要致力于把各類濾波器應用于各類產品的開發和研制。當然，對濾波器本身的研究仍在不斷進行。

　　我國廣泛使用濾波器是50年代后期的事，當時主要用于話路濾波和報路濾波。經過半個世紀的發展，我國濾波器在研制、生產和應用等方面已納入國際發展步伐，但由于缺少專門研制機構，集成工藝和材料工業跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應用與國際發展有一段距離。我國現有濾波器的種類和所覆蓋的頻率己基本上滿足現有各種電信設備。從整體而言，我國有源濾波器發展比無源濾波器緩慢，尚未大量生產和應用。從下面的生產應用比例可以看出我國各類濾波器的應用情況：Lc濾波器占50％；晶體濾波器占20％；機械濾波器占15％；陶瓷和聲表面濾波器各占1％；其余各類濾波器共占13％。從這些應用比例來看，我國電子產品耍想實現大規模集成，濾波器集成化仍然是個重要課題。

　　在過去的一個世紀中，電濾波器的發展經歷了從無源到有源和從模擬到數字兩個過程。高精度無源濾波器從設計到制造都是難度非常高的技術。有源濾波器雖然很大地改進了濾波器的性能，電降低了一些制造工藝的難度，但從其性能的大幅度改進，與其它信號處理技術的結合，實現的手段之便捷，還是要數數字濾波器后來居上。隨著電子工業的發展，對濾波器的性能要求越來越高，功能電越來越多，并且要求它們向集成方向發展。我國濾波器研制和生產與上述要求相差甚遠，為縮短這個差距，電子工程和科技人員負有重大的歷史責任。