本文簡單介紹了IIR數(shù)字濾波器的原理及設計方法，通過分析TMS320C5402的串口工作方式和TLC320AC01的特點，構建了C5402和AC01的連接方法，使系統(tǒng)既可以處理數(shù)字信號也可以處理模擬信號。在CCS環(huán)境和DES5402PP開發(fā)板的基礎上，給出了系統(tǒng)具體的設計方案，實現(xiàn)了IIR濾波器的功能。

　　1 IIR濾波器的MATLAB設計

　　IIR濾波器有以下幾個特點：

　?、?IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以寫成封閉函數(shù)的形式。

　　⑵ IIR數(shù)字濾波器采用遞歸型結構，即結構上帶有反饋環(huán)路。IIR濾波器運算結構通常由延時、乘以系數(shù)和相加等基本運算組成，可以組合成直接型、正準型、級聯(lián)型、并聯(lián)型四種結構形式，都具有反饋回路。由于運算中的舍入處理，使誤差不斷累積，有時會產生微弱的寄生振蕩。

　?、?IIR數(shù)字濾波器在設計上可以借助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓濾波器等，有現(xiàn)成的設計數(shù)據(jù)或圖表可查，其設計工作量比較小，對計算工具的要求不高。在設計一個IIR數(shù)字濾波器時，我們根據(jù)指標先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉換成數(shù)字濾波器的公式。

　?、?IIR數(shù)字濾波器的相位特性不好控制，對相位要求較高時，需加相位校準網(wǎng)絡。

　　盡管IIR濾波器的算法比FIR濾波器要復雜，且不是因果穩(wěn)定的，但IIR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計成果，工作量相對較??；在相同的設計指標下，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。

　　設低通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。設定截止頻率為200Hz，可以預料，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：產生本系統(tǒng)的測試信號；調用MATLAB中的濾波器函數(shù)，求出濾波器的系數(shù)；調用filter函數(shù)進行濾波，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)通過程序寫成.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)標準的串行設備兼容，可以直接連接。

　　緩沖串口在BSP在標準串口的基礎上增加一個自動緩沖單元ABU，是一種增強型標準串口。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。

　　3 AC01的特點

　　TLC320AC01也是TI公司生產的一款集成有A/D和D/A的芯片，通過串口與DSP或其他設備通信。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”產生合成的輸入信號，“從AC01”將該信號轉換成濾波的數(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。

　　在AC01正常工作前，必須對它進行正確的初始化。采樣頻率Fs=MCLK/2AB，其中，MCLK為DSP的工作頻率，A，B分別為A，B寄存器的內容。由于實驗設置采樣頻率為600Hz，因此設A，B寄存器的內容分別為5和4。即：

　　4 C5402和AC01的連接方式

　　4.1 C5402和AC01的硬件連接

　　在主/從模式下，DSP可以不通過其他器件而直接與兩個AC01相連。其硬件連接如圖1所示：

圖1 主/從TLC320AC01和TMS320C5402的連接

　　4.2 C5402和AC01的軟件連接

　　先在C5402的數(shù)據(jù)存儲空間寫入256個數(shù)據(jù)，然后通過緩沖串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到“主AC01”，利用“主AC01”的D/A通道產生一個模擬信號作為IIR濾波器的輸入信號。在串口通訊中，因為數(shù)據(jù)時鐘和幀同步信號都由AC01產生，所以C5402將使用外部時鐘和幀同步信號。在使用串口前，需要對它進行初始化，包括串口收發(fā)中斷設置和串口寄存器的初始化，主要代碼如下：

　　同時，要修改中斷向量表以便正確響應串口的接收和發(fā)送中斷請求，其中發(fā)送中斷產生測試信號和完成對AC01的初始化。實際上對信號濾波的實現(xiàn)，就是指從A/D讀到一個數(shù)據(jù)后調用濾波程序，然后輸出數(shù)據(jù)到D/A。

    5 實驗過程與結果分析

　　實驗程序主要包括以下幾個步驟：

　?、?對DSP的寄存器、緩沖串口以及定時器初始化，確保能提供AC01正確的時鐘信號。

　?、?同過DSP的緩沖串口對AC01進行初始化，正確設置AC01的采樣率控制寄存器（表2中的R1），設置其采樣頻率。

　　⑶ 設置DSP的中斷，從緩沖串口讀取數(shù)據(jù)。這一步可以通過CCS環(huán)境查看讀取的數(shù)據(jù)是否正確。如果正確，將采樣數(shù)據(jù)送到濾波程序中，進行濾波處理，得到結果后，直接送到AC01的D/A單元輸出。否則，返回步驟（1）。

　　濾波前后的波形如圖2和圖3所示?？梢钥吹剑绕馂V波前的（a）圖，（b）圖的時域和頻域波形得到明顯改善，300Hz的信號基本被濾除。

（a）濾波前的信號波形&nBSP;                               （b）濾波后的信號波形

圖2 濾波前后信號的時域波形

（a）濾波前的信號頻率                              （b）濾波后的信號頻率

圖3 濾波前后信號的頻域波形

　　在圖2(b)中，可以看到，只剩下一種頻率的正弦信號。從頻域來看，在圖3（b）中，高頻部分已經(jīng)基本削弱，同時低頻也有少量損失，只要將濾波器的階數(shù)高一些或者截止頻率稍微定低一些，便能更大程度的保留低頻信號、消除高頻信號。

　　6 結語

　　在信號與信息的過濾、檢測和預測等處理中，都要使用濾波器，數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中使用廣泛的一種方法。IIR數(shù)字濾波器的設計過程中，可以借助模擬濾波器的設計成果或直接采用典型的濾波器類型，減少工作量。而在信號的輸入輸出過程中，往往需要A/D和D/A轉換，TLC320AC01模擬接口電路便可方便的實現(xiàn)這一轉換。此外，DSP芯片本身具有并行的硬件乘法器、流水線結構以及快速片內RAM等資源，容易實現(xiàn)濾波運算，且程序可移植性好，不同性能的濾波器只需要修改濾波器的參數(shù)即可。

　　參考文獻

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　　[5] TLC320AC01 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/TLC320AC01_8838.html.

　　[6] ROM datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/ROM_1188413.html.

　　[7] ABU datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/ABU_2278676.html.