用DSP实现FIR数字滤波器

　　2.卷积和运算的实现

　　(1) h(n)序列N个点数值的存储

　　由于h(n)是根据滤波性能要求已经设计好的有限长单位冲激响应，故其N个点的数值是已知的，因此可以存放在ROM或RAM当中，且对应着N个不同的地址，便于寻址。

　　(2) 输入序列x(n)的移位寄存

　　输入序列x(n)是不断变化的，因此只能对其进行移位寄存，寄存器的个数为N，即N个寄存器中分别存放着x(n)、x(n-1)……x(n-N+1)，它们都随着n的变化而变化。

　　(3) 乘法器

　　用以完成两个数值的乘法，即h(m)x(n-m)，也就是将存储器中N地址所对应的N个固定数值h(m)分别与N个移位寄存器中的不断变化的N个变化数值x(n-m)相乘。

　　(4) 累加器

　　用以实现N个乘积的累加，即将当前x(n)所对应的N个乘积进行累加，所得到的和就是y(n)。当滤波器的下一个输入值即x(n +1)到来时，累加器清零，并重新将下一组x(n +1)所对应的N个乘积进行累加，所得到的和就是y(n +1)。

　　3.DSP的支持

　　DSP作为信号处理应用，与一般微处理器有很大的区别。

　　(1) 哈佛结构：采用多个并行存储器块结构，使得能够访问的存储器个数增加，从而减少在一个指令周期中所需存储器操作周期数。

　　(2) 乘加流水线为核心的数据通路：卷积和运算的基本操作就是乘法与加法，DSP则将相乘及累加统一考虑，构成以乘法器、加法器流水线为中心的运算部件。

　　(3) 特殊的指令：指令RPT由数据存储器指定重复次数，指令MACD可以一次完成相乘并带数据移位的累加，因此使得每一级FIR滤波器只需一个指令周期。

　　(4) 指令系统的多级流水线：采用多级流水线操作方式，可以把指令周期减小到最小值，同时也就增加了数字信号处理器的吞吐量。

　　五、 具体电路框图及程序流程图

　　图 1为FIR滤波器DSP实现的电路方框图，其核心部分为TI公司生产的DSP芯片TMS320C203 ，EP2ROM和RAM是其外围电路。DSP送给A/D抽样时钟，对输入的模拟信号抽样，即将模拟信号转换成数字信号，然后读取每一次的抽样值，并对抽样值进行卷积运算(FIR数字滤波)，最后将运算结果(滤波后的数字信号)送至D/A ，转换成模拟信号进行输出。

　　图 1　电路框图

　　图 2为程序流程图，说明如下：

　　图 2　程序流程图

　　(1) 对DSP进行初始化，定义DSP的一些向量和工作模式;

　　(2) 为数字滤波作准备，将预先设计好的有N个抽头的FIR数字滤波器的冲激响应序列h(n)中的N个数值放入存储单元B1～BN;

　　(3) 作好滤波准备工作后，开始进行抽样，并读入抽样值，放入存储单元A1中;

　　(4) 之后便对抽样值进行运算处理：

　　(a) 将累加器清零，并设置两个准备相乘的存储单元A与B的初始值K和L;

　　(b) 将第K个抽样值AK与冲激响应序列的第L个数值BL相乘(K+L=N+1)，并将乘积送入累加器进行累加;

　　(c) 将第K-1个抽样值AK-1放入AK，此时AK中原数值被覆盖;

　　(d) 重复(b)～(c)，直至共完成N次乘加运算。

　　(5) 输出处理结果;

　　(6) 重复(3)～(5)。

　　六、 结束语

　　FIR滤波器具有严格的线性相位，且是可物理实现的因果系统，因此被广泛地应用在现代通信技术当中，如解调器中的位同步与位定时提取、自适应均衡去码间串扰以及话音的自适应编码等。可见对FIR滤波器的研究是具有非常重要的现实意义的。