PDF《R数字滤波器 的DSP实现》

器仪表与检 测技术lnstrurnentationandMe a s u r e me n t <

自动化技术与应用

0 0

4 年第

2 3 卷第

7 期FIR数 字滤波器 的DSP实现 王玉坤 .

张作群 ,黄广轶 ,梁浩(黑龙江省计量院,黑龙江 哈尔滨

1 5

0 0

3 6 ) 摘要: 针对 电力质量分析仪 中的信号数字滤波处理部分, 基于 T M S

3 2

0 V C

5 4

0 2芯片的数字信号处理功能 , 采用窗函数法 , 借助 M A T ― L A B程序设计语 言,设计了 F I R数字滤波器 , 应用 D S P 汇编语 言编程实现了该滤波器.实践证明 , 该滤波器准确度高、 稳定 性好 , 易于移植使用, 具有较强的实用性与灵活性 . 关键词 : D S P ;

T M S

3 2

0 V C

4 5

0 2 ;

M A T L A B ;

数字滤波器 ;

F I R 中图分类号:T P

7 1

3 .

4 文献标识码 :B 文章编号 :1

0 0

3 ―

7 2

4 1 (

2 0

0 4 )

0 7 ―

0 0

6 1 ―

0 3 The De s i gn An d I m pl em e n t a t i on o f Di gi t al F I R F i l t er W ANG Yu―k 岫,2 I A NG Zu o―q u n,HUANG Gu a n g―y i ,LI A NG Ha o ( He i l o n g j i a n g P r o v i n e i a l I n s t i t u t e O f Me t r o l o g y , H a r b i n

1 5

0 0

3 6 , C l a i m) Ab s t r a c t : A T MS

3 2

0 VC

5 4

0 2一b a s e d d i g i t ~ F I R f i l t e r i s d e s i g n e d b y u s i n g t h e me t h o d o f w i n d o w f u n c t i o n a n d t he a s s e mb l y l a n g u a g e. I t i s u s e d i n t he q u Mi ~ a n a l y s e r o f p o w e r s u p p l y. '

Ke y wo r d s : DS P;

Ma t l a b;

Di g i t a l f i l t e r ;

F I R;

Wi n d o w f un c t i o n

1 引言 在信号处理中 , 滤波 占有 十分重要 的地位.数字滤波是数 字信号处理的基 本方法.数字滤 波与模拟滤波 相比有很多优 点…, 它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移 、 温度漂移 和噪 声等问题外, 还能满足滤波器对幅度 和相位 的严格要求 .低通 有限冲激响应滤波器 ( 低通 F I R滤波器 ) 有其独特 的优点 , 因为 F I R系统只有零点…, 因此 , 系统总是稳定 的, 而且容 易实现线 性相位和允许实现多通道滤波器.在电力质量分析仪 中, 模拟 低通滤波器和数字滤波器相结合 的方法提高了抗混叠效果 , 减 少了单纯模拟低通滤 波器的非平直通带特性带来的测量误差.

2 F I R滤波器的基本结构及设计方 法设h(n)(n=0,1,2,…, N一1 ) 为滤波器 的冲激 响应 , 输入 信号为 ( n ) , 则滤波器就是要实现差分方程 : 收稿 日期 :

2 0

0 4 ―0

2 ―0

2 对(1)式进行 z变换, 整理后可得 F I R滤波器 的传递 函数 为 Ⅳ一1 日()=∑ ( 七)一(2)t=0 由(

2 ) 式可以看 出, F I R滤波器 的一般结构如图

1 所示 F I R滤波器 的设 计方法有 窗函数设 计法 和频 率采样设 计法.窗函数设计法的基本思想是要选取某一适合的理想频率特 性选择性滤波器 , 然后将 它的脉 冲响应截断以得到一个线性相 位和因果 的FIR滤波器.因此 , 这种方法的重点 在于选择某种 恰当的窗函数和一种合适 的理想滤波器.设所希望得到的滤波 器的理想响应为 ( ) = ( n ) e - (

3 ) n = 一∞ 那么 F I R滤波 器的设计 就是 在于 寻找一个 传递 函数 : 日( ) 一l= ( n ) e - 去 逼近 ( e ) , 设 维普资讯 http://www.cqvip.com '

自动化技术与应用>

年第2

3 卷第7 期仪器仪表与检 测技术nstrume n t a t i o n a n d Me a s u r e m e n t ( n ) j 一()比(4)由于 ( e ) 的矩形频率特性 , 故hd(n)一定是无限长的序列 , 而且是非因果的.要设计的 F I R滤波器其 ( n ) 必然是有限长 的, 所以要用有限长 h ( n ) 的来逼近无 限长的 h d ( n ) , 最有效的 方法是截断 h d ( n ) , 或者说用一个有限长的窗 口函数序列 W ( n ) 来截取 h d ( n ) , 即(n)=(n)hd(n)(5)因而 , 窗 口函数序列 的形状及长度选择很关键n 】 .在设计过程 中, 可由所设计滤波器的过渡带宽和阻带最小衰减 的要求选定 窗 函数 ( n ) 的形状 .

3 用MA T L A B设计低通 F I R滤 波器 在 电力质量分析仪 中, 只要求分析

2 0次 以下的谐波 ,

3 0 次 以上的谐波由抗混叠滤波器滤除,

2 0 ~3

0 次 的谐波则 由数字滤 波滤除.该仪器 的低通数字滤波器的技术指标如下 : 通带 截止 频率为

1 0

0 0 H z , 阻带截止频率为

1 5

0 0 H z , 通带波纹为

0 .

0 1 , 阻带 波纹为

0 .

0 0

1 , 采样频率为

5 O O O H z . , 阻带衰减小于

5 0 d b , 设计中 可选择哈明窗. F I R滤波器的设计可用高级语言 , 如C语言实现 , 也 可采用 M A T L A B的数字 信号处理 软件包提供 的专用 函数来直接 求取 F I R滤波器系数.在MATLAB中, 提供 了几个设计滤波器的 函数.其一是采用窗函数方法 的函数 F I R

1 , 其缺省的窗函数 为哈 明窗 , 调用格式为 : b =f i r l ( n , w n ) 或b=f i r

1 ( n , W n , w i n d o w ) , 其中n为滤波器阶数 , w n 是0~1 的数 ,

1 对应采样频率 , w i n d o w为窗 函数类型【

2 J .编制程序( 略) 并运行 , 滤波器长度为

3 4 , 表1为计 算所得滤波系数 , 图2所示为频率响应 曲线, 可以看 出阻带衰减 小于

5 3 d B , 基本满足要求 .图3所示为 s ( s =S

1 +s

2 , 其中 , S

1 = s i n (

8 *

2 7 c t ) , s

2 = s i n (

2 5 *

2 7 c t ) ) 的波形, 图4所示为滤除 后的 波形. 表1滤波系数 滤波系数 结果 滤波系数 结果 h ( O ) =h (

3 3 )

0 .

0 0

1 5 h (

1 ) =h (

3 2 )

0 .

0 0

1 1 h (

2 ) =h (

3 1 ) 一0.0015h(3)=h (

3 0 ) 一0.OO34h(4)=h (

2 9 )

0 .

0 0

0 0 h (

5 ) =h (

2 8 )

0 . O

3 7

2 h (

6 ) =h (

2 7 )

0 . O O

6 2 h (

7 ) =h (

2 6 ) 一0.0085h(8)=h (

2 5 ) 一0.0184h(9)=h (

2 4 )

0 .

0 0

0 0 h (

1 O ) =h (

2 3 )

0 .

0 3

2 1 h (

1 1 ) =h (

2 2 )

0 .

0 2

6 1 h (

1 2 ) =h (

2 1 ) 一o.0349h(13)=h (

2 0 ) 一0.0778h(14)=h (

1 9 )

0 .

0 0

0 0 h (

1 5 ) =h (

1 8 )

0 .

1 9

7 7 h (

1 6 ) =h (

1 7 )

0 .

3 7

2 7 ― 、

1 图2频率响应曲线 图4滤波后曲线

4 F I R滤 波器的 D S P实现 T M S

3 2

0 V C

5 4

0 2 是 电力质量分 析仪的核 心.T M S

3 2

0 V C

5 4

0 2 有很强 的数据处理功能 , 带数据移动 的加指令 M A C D在循环执 行时程序地址寄存器中的程序存储器地址执行加

1 操作.一旦 循环流水线 启动 , 该 指令 就变 为单周期 指令 J , M A C D指令和 T M S

3 2

0 V C

5 4

0 2 片内较大的 R A M (

1 6 K ) 空间使滤波器 的每个滤波 样值 的计算可在一个周期内完成 J .此外 , 由于 T M S

3 2

0 V C

5 4

0 2 是16位定点处理器 , 在进行汇编程序设计时 , F I R滤波器的系数 需要采用 Q I

5 格式 , 即将上述求得 的数据转化为 Q

1 5 定点格式, 即将滤波器系数乘

2 .在编程 时, 为建立循环寻址 , 先初始化 块循环缓冲区寄存器 B K , 长度为 N (

2 5

6 ) , 除此之外 , 块循环缓 冲器寄存器也需初始化 J . 图 5为低通 F I R滤波器 D S P实现 的电路方框图, 其核心部 分是美 国德州仪器公司生产的 D S P芯片 T M S

3 2

0 V ~ , F L A S H 存储器 S S Y

3 9 V F

4 0

0 、 静态存储器 I I ) '

1 7

1 V O

1 6 、 E P M

7 1

2 8 是其外围 ( 下转第

7 8 页) 母霉| _ jI l | I 暑 维普资讯 http://www.cqvip.com '

自动化技术与应用}2oo4年第2

3 卷第7 期经验交流TechnicaIC0mmu n i c a t i o n

3 .

3 单室平衡容器水位测量系统安装的几点注意事

4 结论 项(1)保证 B 、 C 、 D ( ~ I I 图4所示) 三点内的水温相等. 只有 B 、 C 点温度相等 , 才能使 由 B点温度确定 的凝结水密 度,能够准确反映 B C 段 的静压 ;

只有 C 、 D点温度相等 , 才能使 C ― D平面以下的正 、 反压侧表管内水温相等 , 避免造成 附加的测 量误差 . 若要使 B 、 C 、 D三点 内水温相等 , 必须保证 A B段有足够的 冷却长度 , 使 B点内的水温近似等于环境温度.经过现场试验 , A B段长度一般为

1 2

0 0 r a m , 同理 C a ) 段长度也为

1 2

0 0 m m . (

2 ) 汽包内水侧取样管不能在汽包下降管附近, 因为汽包下 降管处容易产生涡流 , 涡流对差压的形成有不 良影响 , 且这种影 响随锅炉负荷的增加而加大. 实践证 明, 单室平衡容器经温度 、 压力补偿后能够克服双室 平衡容器的不足 , 全程准确地测量汽包水位. 目前,这一技术 已 成功应用于牡丹江第二发 电厂 、 大庆石油热 电厂等多个火力发 电厂 .

5 参考文献 : [

1 ] 何适生 . 热工参数测量仪表[ M] . 北京: 水利电力出版社,

1 9

9 0 [ 2........