一、概述

        本文是基於TMS320C5510晶片設計的FIR濾波器。介紹利用matlab和CCS5.5設計FIR濾波器的過程和模擬結果。輸入訊號包含100Hz和200Hz兩個成分，通過matlab生成一個FIR低通濾波器的各階係數，利用CCS完成訊號處理並且展示模擬結果。最後介紹“Tools”工具欄中“Graph”變灰解決方法。

二、基本步驟

1、濾波器係數生成

（1）呼叫FDATool工具。Matlab提供強大的濾波器設計工具FDATool（filter design& analysis Tool），可以完成濾波器的設計、分析評估等功能。

       在matlab應用程式視窗點選“filter design & analysis Tool”，如圖1。

圖1 filterdesign & analysis Tool工具

（2）濾波器生成。開啟FDATool工具後，預設為等紋波濾波器，也可以選用其他濾波器，在這裡預設即可。根據所給訊號的頻率可以設計引數為：

        通帶頻率Fpass=120HZ，截止頻率Fstop=160HZ，通帶紋波wpass=1dB，阻帶衰減為80dB。設計系數如下圖2所示。其中“Fs”為取樣頻率，可根據需要設定，當然也可以改動測試效果，選擇效果最好的值。

圖2 濾波器生成引數設定 

（3）C語言標頭檔案生成。用C語言在CCS環境下實現FIR濾波器時，其濾波器係數需要新增至工程中，主要方法有兩種，一種是直接將matlab生成的係數寫複製在CCS程式碼中，另一種就是將生成的係數以c語言標頭檔案的形式新增至工程，主函式呼叫該檔案即可。
        此處以第二種標頭檔案的形式新增至FIR專案中。標頭檔案生成方式如下：點選選單欄的Targets選項中的“Code Composer Studio”，如下圖3：

圖3 標頭檔案生成入口

點選後出現如下介面，如圖4。

圖4  標頭檔案生成介面

引數說明：

        numerator為係數陣列名，預設即可，numerator  length為係數陣列長度，為靜態常量，名字預設即可。

我在CCS環境中是以long型整數形式進行FIR濾波，在計算卷積過程中為防止溢位，此處的Export as 處可選擇16位的有符號整形資料。

        生成後頭檔案中就包含了濾波器引數，以陣列的形式儲存。詳細程式碼見本文後。標頭檔案儲存路徑可以根據自己需要選擇，方便自己找到即可。

2、FIR濾波器C語言實現。

        由於之前使用的是CCS5.5環境，並且使用的TMS320C5510進模擬測試，因此此時實驗繼續使用CCS5.5和TMS320C5510進行模擬測試。程式使用C語言編寫，資料型別為整數。

（1）建立工程新增檔案。建立工程，工程結構如下圖5所示。將在matlab中生成的c語言標頭檔案新增至CCS工程資料夾下面。在matlab生成的CCS標頭檔案中，需要呼叫matlab的標頭檔案。將標頭檔案拷貝到工程路徑下即可。

圖5 工程目錄

注意：只拷貝生成的標頭檔案後，執行可能會出錯，提示缺失某個檔案“tmwtypes.h”。該檔案在matlab安裝路徑下。可以直接在安裝路徑下搜尋該檔案，直接拷貝到工程路徑下即可。

（2）輸入訊號生成。程式碼如下：

        for(i=0;i<Length;i++)

input[i]=1024*sin(w1*i)+1024*sin(w2*i);       //待濾波訊號，乘以1024轉換為Q10格式（sin範圍為-1~1，將其轉換為整數格式）

       因為計算時，其他資料型別都為整數，因此需要將-1~+1的小數格式轉換為整數，不然在-1~+1的小數資料絕對值不超過1，那麼在記憶體中都將被視作0，會導致波形嚴重失真。所以在此處需要將小數資料轉換為整數型，又因為最後輸出資料型別設定為long型，為了保證在計算過程中不溢位，Q值不能設定過大。

       因濾波器係數我選擇的是16位資料，所以Q值可以設定為15。但是，嘗試過Q值為15，因資料過大，會嚴重影響計算機計算速度，在Q值為10時，計算速度可以容忍，也滿足精度要求。所以此處我選擇Q值為10。

（3）線性卷積計算

    公式以及過程如下：

for(n=0;n<Length+BL;n++)               //卷積計算

{

yn=0;

for(m=0;(m<BL)&&(m<n);m++)

yn+=B[m]*input[n-m];

output[n]=yn;

}

       已知h(n)的長度為BL，x(n)的長度為Length，利用外層迴圈控制n，內層迴圈控制m，將卷積計算的公式可表示為上述程式碼。

3、CCS模擬測試

（1）點選除錯按鈕，出現如下介面：

（2）設定斷點。在while(1)處設定斷點。如下圖：

（3）執行程式。點選除錯欄中的“step return”直接執行到此處，並且一直執行程式。如下圖

（4）波形生成。可以利用CCS軟體自帶的graph工具測試輸入輸出波形，並且可以對訊號進行譜分析。操作過程如下圖所示：

（5）顯示引數設定。

    a.時域顯示引數設定，如下圖，設定完成後點選OK即可顯示曲線。

引數說明：

Acquisition Buffer Size：表示通過模擬器從DSP的記憶體中讀取的資料的大小。由於程式裡用於儲存訊號的陣列大小是1024，這裡我們設定成1024，也可以設定成比他更小的值，這樣就只能看到訊號的部分影象。

Dsp Data Type：資料型別設定，因為在程式中使用的是long型資料，在這裡需要設定成32位整形資料。

Index Increment：索引增量，表示每個資料點序號的相差值，這裡是逐點顯示的，因此預設設定為1，如果想要每隔一個點顯示一個那麼就應該設定成2。

Q_Value：Q值，一般這不常用，預設。

Sampling Rate Hz：以Hz為單位的取樣率，在這裡我們的取樣率是4096，因此設定成4096。

Start Address：開始地址，表示要顯示的陣列的首地址，假設我們現在想要看的是陣列input因此，設定這裡設定成input。

Auto Scale：自動調整顯示比例使其適應整個顯示視窗，預設即可。

Axis Display ：顯示座標軸，預設即可。

Data Plot Style：資料繪製型別，有Line和Bar兩種，這裡選擇Line。

Display Data Size：顯示資料大小，表示要將多少個點的資料進行顯示，注意這個值一定要小於等於Acquisition Buffer Size，這裡設定成1024。

Grid Style：網格型別，有 NoGrid, Minor Grid, Major Grid三種選項，預設即可。

Magnitude Display Scale：幅值顯示型別，有Linear（線性的）Logarithmic（對數的），預設即可。

Time Display Unit：顯示時間的單位有sample,s, ms, us幾種可選，其中sample表示顯示的點的序號，預設即可。

    b.頻譜顯示引數設定，如下圖。

引數說明：部分引數和時域顯示時的引數相同，有部分不同如下：

Signal Type ：訊號型別，有Real，Complex這兩種，此處訊號資料均為實資料，因此我們選擇Real，如果資料型別是Complex，選擇Complex。

Frequency Display Unit ：頻率顯示單位，有Hz,KHz,MHz三種，這裡選擇Hz。

FFT Order ：FFT的階數，由它來決定FFT Frame Size，例如 FFT Order 設定為5 那麼FFT Frame Size 就為32 = 2^5。這裡我們設定成12，那麼FFT Frame Size就是4096。

FFT Frame Size ：FFT做變換的點數，FFT Order決定，此處選擇4096點FFT。

FFT Window Function ：FFT窗函式，選擇做FFT變換時採用什麼窗函式，有Rectangular（矩形窗），Bartlett，Blackman，Hamming，Hanning，選擇什麼窗函式根據實際的需求來決定到底採用哪一個窗函式，預設即可。

（6）波形顯示

    a.濾波前訊號時域曲線。訊號波形如下圖，由圖可以看出，濾波前為兩個訊號的疊加。

    b.濾波前訊號頻譜圖。濾波前頻譜如下圖，在100Hz和200Hz處有頻譜分量，符合所給訊號頻譜曲線。

    c.濾波後訊號時域曲線。按照上面時域顯示引數方法設定引數，就會生成濾波後的訊號時域曲線，如下圖所示。由圖可以看出，濾波後訊號近似為一正弦波訊號。

       由頻譜圖可以看出，濾波後訊號只有一個100Hz頻率分量，說明設計的濾波器已經將較高頻率的訊號濾除，達到訊號處理的目的。

4、C語言源程式。

#include "stdio.h"
#include "fdacoefs.h"
#include <math.h>
#include <stdlib.h>

#define Length 1024
#define pi 3.1415926

int fs=4096;	//取樣頻率
int f1=100;		//訊號頻率
int f2=200;		//噪聲頻率

#define w1 2*pi*f1/fs	//訊號角頻率
#define w2 2*pi*f2/fs	//噪聲角頻率

long yn;				//儲存濾波後結果，32位長整型
long input[Length];		//
long output[Length];
int i;


void main() {
	int m,n;

	for(i=0;i<Length;i++)
			input[i]=1024*sin(w1*i)+1024*sin(w2*i);		//待濾波訊號，乘以1024轉換為Q10格式（sin範圍為-1~1，將其轉換為整數格式）

	for(n=0;n<Length+BL;n++)				//卷積計算
	{
		yn=0;
		for(m=0;(m<BL)&&(m<n);m++)
			yn+=B[m]*input[n-m];
		output[n]=yn;
	}
	while(1);
	
}

/*
 * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool
 * Generated by MATLAB(R) 8.3 and the Signal Processing Toolbox 6.21.
 * Generated on: 06-May-2018 13:55:04
 */

/*
 * Discrete-Time FIR Filter (real)
 * -------------------------------
 * Filter Structure  : Direct-Form FIR
 * Filter Length     : 260
 * Stable            : Yes
 * Linear Phase      : Yes (Type 2)
 */

/* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
#include "tmwtypes.h"
/* 
 * Expected path to tmwtypes.h 
 * G:\matlab2014a\extern\include\tmwtypes.h 
 */
/*
 * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  
 *   The resulting response may not match generated theoretical response.
 *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate
 *   int16 filter coefficients.
 */
const int BL = 260;
const int16_T B[260] = {
       -2,      0,      0,      1,      1,      3,      4,      6,      9,
       12,     16,     20,     25,     30,     36,     43,     49,     56,
       63,     69,     76,     81,     86,     89,     91,     92,     91,
       89,     84,     78,     70,     61,     49,     37,     23,      9,
       -5,    -19,    -33,    -45,    -56,    -65,    -72,    -76,    -78,
      -76,    -71,    -64,    -53,    -40,    -25,     -9,      9,     27,
       44,     61,     76,     88,     97,    103,    104,    102,     95,
       84,     69,     50,     29,      5,    -21,    -46,    -72,    -95,
     -116,   -133,   -145,   -152,   -153,   -148,   -136,   -118,    -94,
      -64,    -31,      7,     46,     85,    124,    159,    190,    215,
      232,    241,    240,    229,    207,    175,    134,     83,     26,
      -38,   -104,   -171,   -237,   -298,   -351,   -395,   -425,   -440,
     -437,   -415,   -373,   -310,   -225,   -120,      4,    147,    304,
      474,    654,    838,   1024,   1207,   1383,   1547,   1697,   1827,
     1936,   2020,   2077,   2106,   2106,   2077,   2020,   1936,   1827,
     1697,   1547,   1383,   1207,   1024,    838,    654,    474,    304,
      147,      4,   -120,   -225,   -310,   -373,   -415,   -437,   -440,
     -425,   -395,   -351,   -298,   -237,   -171,   -104,    -38,     26,
       83,    134,    175,    207,    229,    240,    241,    232,    215,
      190,    159,    124,     85,     46,      7,    -31,    -64,    -94,
     -118,   -136,   -148,   -153,   -152,   -145,   -133,   -116,    -95,
      -72,    -46,    -21,      5,     29,     50,     69,     84,     95,
      102,    104,    103,     97,     88,     76,     61,     44,     27,
        9,     -9,    -25,    -40,    -53,    -64,    -71,    -76,    -78,
      -76,    -72,    -65,    -56,    -45,    -33,    -19,     -5,      9,
       23,     37,     49,     61,     70,     78,     84,     89,     91,
       92,     91,     89,     86,     81,     76,     69,     63,     56,
       49,     43,     36,     30,     25,     20,     16,     12,      9,
        6,      4,      3,      1,      1,      0,      0,     -2
};

三、“Tools”工具欄中“Graph”變灰解決方法。

        在模擬的過程中，當關掉模擬波形視窗後，想再次進行模擬測試時，會出現tools工具欄中的“Graph”變灰而不能使用的情況。網上給了一些方法，比如重新建立工作區，此方法很奏效，因為重新建立了工作區，所有的都是新的，當然可以再次模擬，但是也只能模擬一次。為了在同一個工作區中繼續可以模擬，可採用如下方法。

        到目前工程所在的工作區檔案路徑下，找到如下圖檔案，刪除該檔案即可，若還是灰色的，將CCS關掉重啟即可。

    學習DSP愉快！