发布时间 : 星期二 文章自适应滤波器的设计与实现更新完毕开始阅读7671b562caaedd3383c4d3fd
滤波前后波形比较图21.510.50带干扰的信号滤波输出幅值-0.5-1-1.5-2-2.5020406080100120采样点数140160180200
图4-2 滤波前信号和滤波后信号时域图
对比图4-2中滤波前和滤波后的信号可以看出，信号中的噪声完全滤除，信号完全恢复，通过Matlab仿真结果分析，自适应滤波器具有很好的性能。
4.3 DSP的理论基础
数字信号处理(DSP)是指人们利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信号进
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。其框图如图4-3所示。
前置滤波 X(t) A/D转换 X(n) DSP数字处理器 Y(t) 后置滤波 D/A转换 Y(n) 图4-3 数字信号处理系统的简化框图
DSP内部一般都包含多个处理单元,如算术逻辑运算单元,辅助寄存器运算单元,累加器等。另外DSP芯片也有很多种，这里着重介绍TMS320C5000系列。
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目前TMS320C5000系列芯片包括了TMS320C54XX和TMS320C55XX两大类。这两类芯
片的软件互相兼容。但是本文选择TMS320C55XX系列DSP芯片。
1.结构特点比较
（1） TMS320C54XX和TMS320C55XX均为16bit定点DSP （2） C55XX有双MAC单元；C54XX只有单MAC单元。
（3） C55XX 的指令长度可变，且没有排队的限制；C54X的指令长度固定。 （4） C55XX有12组总线；C54XX只有8组总线。
（5） C55XX提供了EMIF外部存储器扩展接口，可以直接使用SDRAM，而C54XX则不能直接使用。
2.内部结构对比
（1） C54XX关注于低功耗，而C55XX则将低功耗提高到一个新水平：300MHZ的C55XX和120MHZ的C54XX相比，性能提高了5倍，而功耗则降到1/6。
（2） C55XX总线的宽度为32bit,而C54XX总线宽度为16 bit。C55XX有三组数据读总线和两组数据写总线，而C54XX有两组数据读总线和一组数据写总线。
（3） C55XX包含一个40bit的ALU。用户可以用ALU作32bit的运算。C54XX包含一个分开40bit的ALU。它的ALU可以做成两个16bit的配置。
（4） C55XX可以执行可变长度的指令，这和C54XX有显著的不同。C54XX的指令长度为固定的16 bit，而C55XX的指令长度则为8～48 bit。
3. 寻址模式对比
C54XX支持单数据存储器操作数寻址和32 bit操作数寻址，还使用并行指令支持双数据存储器操作数寻址。它也提供立即数寻址，循环寻址和位倒序寻址。在C54XX的基础上，C55XX还支持绝对值寻址，寄存器间接寻址，直接寻址。C55XX的ADFU包括专门的寄存器，支持使用间接寻址指令的循环寻址。可以同时使用5个独立的循环缓冲器和3个独立的缓冲器长度。这些循环缓冲器没有地址排队的限制。
4.4 自适应滤波算法的DSP实现
为了提高LMS 算法的处理速度及减小系统的硬件规模, 在实现滤波器算法时, 采用了TMS320C54xx 作为核心芯片。由于该处理器采用改进型结构,具有高度并行性,同时拥有高度集成的指令系统,简化编程过程,模块化结构程序设计增强了程序的可移植性。
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利用TMS320C54xx实现LMS 自适应算法时,存储器中数据的存放形式对DSP 的有效运用有着特殊的意义,合理的存放形式,可以使算法实现起来更加快速和高效,为了实现算法中输入样值x(n) 和滤波器系数W(n) 的对应项相乘,他们在存储器中的存放形式如图4-4 所示。
W(n-1)低地址 W(n-2)??x(n-N+1)x(n-N+2)??W(1)高地址W(0)x(n-1)x(n) 图4-4 TMS320C54xx自适应滤波器存储器组织形式
根据算法和DSP汇编语言程序（见附录）, 在CCS 环境下编译,连接生成公共目标代码文件,在线下载到DSP 中运行。为了能观察到相应的波形, 在CCS 环境下选择View\\ Grap h\\ Time\\ Freqency 进入图形观察窗口,在“Graph Property Dialog”窗口中选定相应类型的值。
将编译产生的可执行文件下载到DSP芯片中，经过运行得到图4-5为输入信号的时域图，由图可以看到，正弦信号中叠加了噪声，导致正弦信号出现了较大的畸变。通过对输入信号进行FFT变换，可以得到其频谱图如图4-6，由图4-6可以看出，低频的信号中叠加了比较多的高频噪声，要得到比较好的原始低频正弦信号，必须要进行滤波。
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图4-5 输入波形
图4-6 输入波形FFT
如图4-7所示，可以看出输入波形中的高频噪声基本上得到了滤除，为了更方便，更直接的看出滤波效果，对滤波后的波形进行了FFT变换，得出信号的频谱图如图4-8所示。图4-8的输出信号的频谱图中仅剩余了低频信号，滤除了高频成分。通过对比图4-6和图4-8，更清楚地看到高频区的噪声基本上被消除了。但是由于参数设置不够精确等原因造成高频噪声得不到完全消除，但也很明显的显现了低通滤波的目的。
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