DSP课程设计--IIR数字滤波器的设计

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1、目 录 摘 要 错误错误!未定义书签。未定义书签。 前言 1 1 方案设计与论证 2 1.1 设计方案概论. 2 1.2 设计方案详论. 2 1.3 设计工具 CCS 及 SEED-DTK2812 实验系统简介. 3 2 系统设计 . 4 2.1 IIR 数字滤波器的设计方法及原理 4 2.2 程序设计流程图 . 6 2.3 系统设计步骤. 6 4 总结 10 参考文献11 致谢 12 附录 13 1 前言 本文介绍了滤波器的滤波原理以及模拟滤波器、数字滤波器的设计方法。重点介绍 了 IIR 数字滤波器的设计方法。即脉冲响应不变法和双线性变换法。在此基础上，用 DSP 虚拟实现任意阶 IIR

2、滤波器。此设计扩展性好，便于调节滤波器的性能，可以根据 不同的要求在 DSP 上加以实现。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字 形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们 需要的信号形式。 数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。 数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。反过来，数字信号处理 的应用又促进了数字信号处理理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用之间 的桥梁。 数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数 学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数

3、字信号处理的基本工具，与 网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些 学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数 字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新 兴学科的理论基础。 数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应(IIR) 数字滤波器和有限长冲激响应(FIR)数字滤波器。IIR 数字滤波器的特征是，具有无限持 续时间冲激响应，需要用递归模型 DSP 芯片是一种特别适合数字信号处理运算的微处理器，主要用来实时、快速地 实现各种数字信号处理算法。数字信号处理由于具

4、有精度高、灵活性强等优点，已广泛 应用于图像处理、数字通信、雷达等领域。数字滤波技术在数字信号处理中占有极其重 要的地位，数字滤波器根据其单位脉冲响应可分为 IIR （无限长冲激响应滤波器）和 FIR （有限长冲激响应滤波器）两类。IIR 滤波器可以用较少的阶数获得很高的选择特性， 但在有限精度的运算中，可能出现不稳定现象，而且相位特性不好控制。数字滤波器本 质上是一个完成特定运算的数字计算过程，也可以理解为是一台计算机。 最多 64 个增加到现在的 200 个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加。 此外，DSP 芯片的发展，是 DSP 系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。

5、 2 1 方案设计与论证 1.1 设计方案概论 IIR 滤波器的选择:在 APF 中，滤波器的设计应满足：截止频率低，过渡带快，通带 内增益接近 1、阻带内增益接近 0，在满足精度要求的前提下阶数尽量低，以使滤波器 的运算速度快。滤波器有模拟滤波器和数字滤波器两种。这里选用数字滤波器，因为它 相对于模拟滤波器更容易进行滤波代数运算，而且数字滤波器的优点是没有模拟滤波器 那样的随时间、 温度、 电压漂移， 还有数字滤波器还能实现近似理想的响应和线性相位， 所以能更好地达到谐波检测的实时性和准确性的要求,数字滤波器有无限冲激响应 （IIR） 系统和有限冲激响应（FIR）系统两种。IIR 系统的优点

6、是实现的阶数低，对于实现相同 要求的数字滤波器，FIR 滤波器的阶数要比 IIR 滤波器的阶数高 510 倍，IIR 滤波器的 设计相对简单，可以由对应的模拟滤波器转换而来。FIR 系统的优点是采用递归结构， 可以得到严格的线性相位，运算的误差也较小，FIR 的设计比 IIR 要灵活。结合 IIR 滤 波器和 FIR 滤波器的优缺点，由于在 APF 谐波检测中的低通数字滤波器是用于通过直 流，滤掉交流，对相位的要求不高，而且希望运算尽量小，因此选用 IIR 滤波器。 1.2 设计方案详论 滤波器可广义的理解为一个信号选择系统，它让某些信号成分通过又阻止或衰减另 一些成分。在更多的情况下，滤波器可理解为选频系统，如低通、高通、带通、带阻。 滤波器可分为三种：模拟滤波器、采样滤波器和数字滤波器。模拟滤波器可以是由 RLC 构成的无源滤波器，也可以是加上运放的有源滤波器，是连续时间系统；采样滤波 器由电阻、电容、电荷转移器件、运放等组成，属于离散时间系统，幅度连续；数字滤 波器由加法器、乘法器、存储延迟单元、时钟脉冲发生器和逻辑单元等数字电路构成， 精度高，稳定性好，不存在阻抗匹配问