多频窄带数字信号处理仿真系统设计
多频窄带数字信号处理仿真系统的设计
+∞
������������ ������ = ������ ������ ������������ ������ =
������ =−∞
������ (������������)������ (������ − ������������) (式 1.3)
当编程实现相关的信号采样（通常模拟单个或多个正弦波的叠加） ，根据相关的推导有： 2������������ x n = cos Ωt|������ =������������ = cos ΩnT = cos ( n) (式 1.4) ������������ 除此之外，在实际的应用中，通常研究的是因果系统，所以采样通常是从 0 时刻开始的，而且 长度也应该为有限长（这也更加符合实际情况） 。 抽样定理是连续时间信号和离散时间信号之间的桥梁，在时域该系统实现了输入信号与抽样序 列的相乘，完成了时间轴的离散，在频域实现了原信号频谱的周期延拓。在奈奎斯特抽样定理的条 件下(抽样频率不小于被抽样带限信号最高频率的两倍)， 一个连续时间信号完全可以用该信号在等时 间间隔点上的样本来表示，在频率轴上实现了原信号频谱无混叠的周期化。因此，也就引入了几个 量：采样频率 Fs、序列最高频率 fc。根据奈奎斯特采样定理，则应有Fs ≥ 2fc。当然在实际的应用 中不可能完全没有高于 Fs/2 频率的信号，这时候高于 Fs/2 的频率成分并不是消失了，而是对称地映 像到了 Fs/2 以下的频带中， 并且和 Fs/2 以下的原有频率成分叠加起来， 这个现象叫做 “混叠” (aliasing)， 这是任何一个连续信号被离散化的必然结果。 所以在实际的应用中为了避免过高的频率的成分存在， 一般会进行前置预滤波。 当信号经过离散化采样后，时域变离散的同时，频域也由非周期变为周期性的（以 Fs 为周期进 行拓展） ，同时会有 1/T 的增益。 由傅立叶变换理论知道，若信号持续时间有限长，则其频谱无限宽；若信号的频谱有限宽，则 其持续时间无限长。所以严格地讲，持续时间有限的带限信号是不存在的。上述两者情况是不满足 DFT 变换条件的。根据采样定理，为了减小采样后产生的频谱混叠失真，可用预滤波法滤除幅度较 小的高频成分。为避免采样点数太多导致无法存贮和计算，只好截断有限点进行 DFT。 用 DFT 对连续信号进行谱分析必然是近似的，其近似的结果与信号带宽、采样速率和截断长度 有关。从工程的角度看，滤除幅度较小的高频成分和截去幅度很小的部分时间信号是允许的。
多处理器信号处理平台系统软件设计与实现_图文(精)
第 32卷第 5期 2011年 5月微计算机应用M I C ROCOM P UTER APPL I C AT I O NSV ol 32N o 5 M ar 2011多处理器信号处理平台系统软件设计与实现蔡炜 1, 2 冀映辉 1, 2 孔超 1, 2 蔡惠智 2(1中科院声学研究所北京 100190 2中科海讯电子科技有限公司北京 100107摘要 :研究了多处理器并行处理机的系统架构 , 针对三种不同构架的 CPU, 基于模块化和可重构的原则提出了不同的系统软件架构和实现方案 , 最后在已有硬件和前期平台软件的基础上 , 运用文中所提出的系统软件架构方案实现了一个雷达系统的演示 , 验证了系统软件架构方案的可行性和实用性。
关键词 :多处理器并行处理机 R ap i d i oThe D esign and I mple m entati on of the Syste m Soft warefor M ulti-Processor Si gnal Processi ng P l atfor mC A IW e i 1, 2, JI Y inghu i 1, 2, KONG Chao 1, 2, CA IH u izh i 2(1Institute of A coustics , Ch i nese A cademy o f Sciences , Be iji ng , 100190, China ,2Be iji ng Zhong K e H ai X un E lectron ics T echno l ogy Co Be iji ng , 100107, Chi naAbstrac t :A ccordi ng to the reaserch o f the a rchitecture o f the M ulti-processo r and parall e l pro cessi ng system, d iffe rent architec t ures and i m ple m entati on program s have been proposed based on the pr i c i nples of modu lar and reconfi gurab l e f o r t he there d ifferent a rchitec -t u red CPU s F i na lly , based on the ex i st ha rd w are and so ft w are , a de m onstra tion of R adar syste m has been i m p l em ented acco rd i ng to the prog ram of t he sy stem soft w are we proposed , wh i ch v erify t hat the prog ram i s feasi b le and practica lK eywords :M ulti-processo r ; pa ra lle l processi ng syste m; R ap i d i o随着声纳和雷达以及电子对抗处理算法对信号处理机的性能要求越来越高 , 简单的依靠单个信号处理机性能的提升已经出现瓶颈。
多抽样率窄带滤波器的设计及实现
Ｆ
示。抽取器将抽样频率从只降低到古。为了
防止输出低频信号谱混叠，在输入信号后面加
入一个带限滤波器，使频率不超过希Ｆ 。这样
信号“口）的带宽将被限制。抽样频率降低是 通过将滤波后信号顽彩每隔Ｍ个抽样并丢弃 其中的＾仁１个来实现的。抽取过程的输入一 输出关系为：
２多抽样率数字信号处理方法 以往把离散时间信号（序列）ｘ（ｎ）经过Ｄ／
Ａ变换器变成模拟信号ｘ（ｔ），再经Ａ／Ｄ变换器 对ｘ（ｔ）以另一种抽样率抽样。但是，经过Ｄ／ Ａ和Ａ／Ｄ变换器都会产生量化误差，影响精 度。我们采用直接在数字域对抽样信号ｘ（ｎ） 作抽样频率的变换，以得到新的抽样信号。 多抽样率处理中两个主要的操作是抽取和内 插，它们允许信号抽样频率增加或降低而不带 来显著的负面效应（如量化或混叠误差）。 ２．１抽样率降低：按整数因子抽取
在某些场合，常常需要对抽样率按一个非 整数因子改变。这种非整数因子可以用一个 有理数或者两个整数三和Ｍ之比来表示，这里 上和肘是使三／Ｍ尽量接近所希望因子的整 数。抽样频率的变换通过先将数据按因子三因 子内插，再按因子Ｍ抽取来达到，如图３所 示。将内插过程放在抽取之前是很有必要的， 这可以防止抽取过程把那些的频率分量丢弃。
6.学位论文 李义红 宽带阵列信号采样与多抽样率处理技术研究 2006
本文研究了宽带阵列信号采样方法。讨论了传统低速率采样方法的缺陷和不足，提出用高速采样方法对宽带阵列信号进行采样，结合多抽样率处理 技术深入分析了高采系统的降采问题。
本文从理论分析和计算机仿真两种角度对各种宽带信号采样方法进行了分析研究。计算机仿真包括Matlab仿真和DSP软件仿真，仿真结果较好地验证 了理论分析结论。
dsp数字信号处理课程设计报告基于DSP的数字滤波器设计与仿真.doc
dsp数字信号处理课程设计报告基于DSP的数字滤波器设计与仿真DSP技术与应用课程设计报告选题名称基于DSP的数字滤波器设计与仿真系（院）计算机工程学院专业计算机科学与技术（嵌入式方向）班级计算机1073班姓名学号指导教师学年学期2009 2010 学年第 2 学期2010年6 月18 日摘要DSP作为一门新兴学科，越来越引起人们的关注，目前已广泛应用在各个领域。
20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
本文主要介绍基于DSP数字滤波器设计，使用CCS5000Simulator 实现FTSK数据输入, 使用FIR滤波器对FTSK调制信号进行处理，输出需要波形与频谱。
文中采用线性缓冲区和带移位双操作寻址方法实现FIR 滤波器。
以窗函数法设计线性相位FIR数字滤波器为例，介绍用MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和在定点DSP上的实现，实现时，先在CCS5000仿真开发，然后加载。
利用DSP来快速设计FIR数字滤波器的方法，寻找系数的快速传递，MATLAB中调试仿真DSP程序。
关键词数字滤波器，Matlab，Simulator 目录1 课程设计综述1 1.1课程设计概述1 1.2 课程设计目的和要求1 2系统功能介绍及总体设计方案1 2.1系统功能介绍1 2.2总体设计方案流程图2 3主要内容和步骤2 3.1滤波器原理2 3.2 DSP 实现FIR滤波的关键技术2 3.3操作步骤4 4详细设计4 5实验过程6 总结12 参考文献13 1 课程设计综述 1.1课程设计概述本文主要介绍基于DSP数字滤波器设计，使用CCS5000Simulator 实现FTSK数据输入, 使用FIR滤波器对FTSK调制信号进行处理，输出需要波形与频谱。
文中采用线性缓冲区和带移位双操作寻址方法实现FIR 滤波器。
1.2 课程设计目的和要求通过课程设计，加深对DSP 芯片TMS320C54x的结构、工作原理的理解，获得DSP应用技术的实际训练，掌握设计较复杂DSP系统的基本方法。
高速数字信号处理器仿真设计
高速数字信号处理器仿真设计随着数字信号处理技术的不断发展和应用范围的扩大，数字信号处理器（DSP）的应用也越来越广泛。
高速数字信号处理器的设计和仿真，则是提高数字信号处理器性能和应用的重要手段。
而数字信号处理的仿真设计步骤中，高速数字信号处理器仿真设计起到了至关重要的作用。
一、高速数字信号处理器的设计原理高速数字信号处理器的设计原理是以数字信号处理和硬件电路设计为核心，利用数字电路设计技术以及信号处理理论进行设计的高性能数字处理器。
其核心是数字信号处理器，其具有高性能的信号处理能力，能够快速、准确地完成数字信号的处理和分析。
在高速数字信号处理器的设计过程中，需要考虑到处理器的速度、精度、功耗等关键参数的优化，同时也需要考虑到系统的可靠性和稳定性。
而在数字信号处理器设计的过程中，应根据系统需求进行选型和方案的优化和设计。
二、高速数字信号处理器仿真设计的重要性在数字信号处理中，仿真设计是非常重要的一环。
在实际应用中，需要验证设计方案的正确性、可行性和实现效果，同时也需要提高设计效率。
在数字信号处理器的设计过程中，采用仿真设计可以对设计方案进行验证和优化。
仿真设计能够模拟不同的工作模式和场景，在细节性、复杂度、仿真速度等方面都能够提高设计的效率和准确性。
同时，高速数字信号处理器的仿真也可以提高设计人员的技能，加速新技术的应用和推广。
三、高速数字信号处理器仿真设计的工具和方法在高速数字信号处理器的仿真设计中，常用的工具和方法包括仿真软件、模型设计、仿真方案、仿真测试等。
常用的仿真软件包括MATLAB、Simulink、C/C++等，这些软件可以模拟信号的传输、处理、分析过程，优化算法等，并可以进行仿真、验证和优化。
模型设计是仿真设计的重要环节，包括算法、信号处理、模块、硬件等。
在设计过程中，可以采用不同的仿真模型，包括硬件模型、软件模型等。
仿真方案的设计是根据系统需求和设计方案来制定的，包括仿真流程、仿真数据、仿真参数等。
基于DSP的数字信号处理系统设计和实现
基于DSP的数字信号处理系统设计和实现基于DSP的数字信号处理系统设计和实现随着科技的发展和数字信号处理（DSP）技术的日益成熟，数字信号处理系统在众多领域都得到了广泛应用，例如通信、音频和视频处理、医疗影像等。
本文将探讨基于DSP的数字信号处理系统的设计和实现。
数字信号处理系统通常由硬件和软件两个主要部分组成。
硬件部分主要包括数字信号处理芯片（DSP芯片）、模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），以及与外部设备的连接接口。
而软件部分则是指通过编程语言（例如C语言或MATLAB）来编写算法和逻辑实现。
在设计数字信号处理系统时，首先需要明确系统的需求和目标。
比如，在通信领域中，可能需要实现信号的调制、解调、滤波和解码等功能。
而在音频处理领域，则可能需要实现声音的录制、降噪、混响和音频效果的增强等。
根据需求，我们可以选择适合的DSP芯片和外部设备。
选择合适的DSP芯片是系统设计的关键。
DSP芯片具有高性能的运算能力和强大的算法处理能力，能够高效地进行数字信号处理。
常见的DSP芯片有TI 公司的TMS320系列、ADI公司的Blackfin系列和FPGA芯片等。
不同的芯片有不同的特性和功能，因此在设计时需要根据需求选择适合的芯片。
另外，模数转换器和数模转换器也是设计中需要考虑的重要因素。
模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，而数模转换器可以将数字信号转换为模拟信号。
选择合适的转换器能够确保信号的质量和精度。
在硬件部分设计完成后，接下来是软件的设计和编码。
根据需求，我们可以选择合适的编程语言和开发环境。
例如，使用C语言和Code Composer Studio开发环境可以实现DSP芯片的编程，而使用MATLAB则可以方便地进行信号处理算法的开发和测试。
在软件开发中，需要利用编程语言来实现信号处理算法和逻辑。
例如，用C语言编写FIR滤波器，用MATLAB编写频谱分析算法。
同时还需要注意代码的优化和效率，以确保系统的性能和实时性。
多频窄带数字信号处理.
f1=480Hz
f2=220Hz
f3=60Hz
f1-f2=260Hz
f2-f3=160Hz
差频的最大公约数为20Hz
则频域采样间隔最小值 F=20Hz,此时三个频率的信号可以区分开
采样点数N≥fs/F=1000Hz/20Hz=50
同时N=Fs×Tp=1000×0.2=200>50
f1=480Hz f1-f2=400Hz
哈明窗及其频谱特性
布莱克曼窗
布莱克曼窗函数的时域形式可以表示为:
它的频域特性为:
其中， 为矩形窗函数的幅度频率特性函数。 布莱克曼窗函数的最大旁瓣值比主瓣值低57dB，但是主瓣宽 度是矩形窗函数的主瓣宽度的3倍，为12π/N。
布莱克曼窗及其频谱特性
四、利用FIR滤波器滤波
滤波器的分类
低通滤波器
1 hd (n) 2
H d (e jw )e jwn d
h(n)=hd(n) ×w(n)
加窗得到设计结果
常用窗函数的介绍
1、矩形窗 2、汉宁窗 3、哈明窗 4、布莱克曼窗
矩形窗
矩形窗(Rectangular Window)函数的时域形式可以表示为:
它的频率响应是:
矩形窗及其频谱特性
高分辨率谱
增加采样点数N,通过增加Tp值，F=1/Tp,F变小，分辨率提高。
1、 Tp=0.1，N=100
2、 Tp=0.3，N=300
3、 Tp=M,在原序列后面加0，采样频率不变。
1、M=7，128点
2、M=8，256点
3、M=9，512点
DFT的高频率谱与高密度谱之间的区别
二、信号的时域和频域分析
X(n)波形
基于DSP的多频带混合信号测试系统的设计
基于DSP的多频带混合信号测试系统的设计随着数字化浪潮的深化，具有混合信号功能的芯片越来越多地浮现在人们的生活中。
通讯领域的MODEM(如ADSL)，CODEC和飞快进展的手机芯片，视频处理器领域的MPEG，DVD 芯片，都是具有混合信号功能的芯片，其特点是处理速度高、笼罩的频率范围宽，芯片的升级换代周期日益缩短。
这就要求测试系统具有更高的性能和更宽的频带范围，而且需要灵便的架构来应对不断升级的芯片测试需求，以便有效降低新器件的测试成本。
此外，混合信号芯片种类繁多，各种具有混合信号的芯片已经广泛运用到生产和生活的各个领域，而不同的应用领域，其工作的频率和所要求的精度也各不相同，这就要求在对混合信号举行测试时，抓住其个性来提出测试计划。
全部混合信号芯片的一个最基本的个性就是其内部均具有AD／DA，一些混合信号芯片还包括PLL模块。
本文所论述的混合信号测试仅涉及到和通路。
普通，对于ADC通路，测试系统需要通过波形发生器产生适当的激励信号，同时，通过自身的数字通道采集ADC的输出信号并举行运算以获得测试结果；对于DAC通路，测试系统需要通过数字通道产生适当的激励信号，同时，通过自身的波形采样器采集DAC的输出信号并举行运算获得测试结果。
但无论对于 ADC还是DAC测试，都要求系统的模拟模块，即波形发生器和波形采样器，与系统的数字通道同步，才干确保测试的精确性。
此外，系统还需提供丰盛的内置函数，快速完成对采集信号的运算，才干实现对ADC／DAC的静态和动态特性的测试。
因此，在对混合信号芯片的测试过程中，普通需要数字通道、波形发生器、波形分析器、直流电源、时隙分析器、系统时钟等模块，其中波形发生器和波形分析器是打算系统速度和精度的关键环节，本文分离在这两个方面做较详尽的论述。
2 传统测试办法濒临的挑战传统的基于纯软件的测试办法已经难于应对新型混合信号器件的测试需求，对于混合信号器件，通常要通过测试其互调失真(IMD)、多音频功率比率 (MTPR)等参数，以获得器件的非线性特性，测试这些参数，需要采集大量的数据，并举行大量的运算，传统的测试仪器通常采纳基于软件的办法在主机中实现，其缺点在于，一方面限制了运算速度的提高；另一方面，主机和测试台之间存在大量的数据交互，简单造成矛盾，因而测试效率不高。
多频窄带数字信号处理仿真系统设计讲解
数字信号处理三级项目小组报告多频窄带数字信号处理仿真系统设计指导教师：班级组号：组长：成员：课题组成员分工及贡献：教务处2015 年12 月多频窄带数字信号处理仿真系统设计摘要:数字信号处理系统中的信号都是以离散时间形态存在的，所以对离散时间信号的研究是数字信号的基本所在。
所以我们从信号的采集这个基本点出发，使用C语言利用数字信号处理知识设计并实现一个具有信号采集、信号时域及频域分析、FIR滤波器设计、数字信号滤波等功能的多频窄带数字信号处理软件仿真系统。
可以说，本次报告是对整个数字信号处理这门课程的一个整合。
关键字：谱分析，FIR滤波器，c语言1.信号采集及波形实际生活中遇到的信号一般都是模拟信号，如图：图1.1实际生活中的信号对它进行等间隔采样便可以得到时域离散信号。
时域离散信号(discrete-time signal)即只在一系列分离的时间点n(n是整数，n=0，±1，±2，……）上才有取值的一种信号。
时域离散信号可以用一个离散时间的数字序列来表示。
假设信号用x a(t)表示，它的波形如（a）；按照时间T等间隔的对x a(t)取它的幅度，得到一串有序的数据{x a(0)，x a(T)，x a(2T)，...},波形如（b）；当n取{0,1,2，...}时，x a(nT)={x a(0)，x a(T)，x a(2T)，...},现在将这一串数字序列用x(n)表示，如（c）。
例如：其中f1=200Hz，f2=250Hz，f3=300Hz，fs=1000Hz通过时域采样利用MATLAB 仿真为：图1.2 连续信号的采集123()cos(t)cos(t)cos(t)a x t =Ω+Ω+Ω312222()cos()cos()cos()s s sf f f x n n n n f f f πππ=++2.信号的频域分析2.1用DFT 对信号进行谱分析所谓的谱分析，就是计算信号的傅里叶变换。
多功能数字信号处理试验平台的设计
窄脉冲发生电路设计及仿真
窄脉冲发生电路设计及仿真张琦+王兴权+钟握军摘要脉冲技术在电力系统中的高压绝缘监测、激光技术、微波技术和电磁兼容性等试验方面都有很广泛的实际应用。
本文采用单稳态电路和或非门（74LS02）组成的积分电路设计了窄脉冲发生电路，并利用multisim软件进行了仿真分析。
结果表明，基于或非门组成的积分电路，将RC积分性质和或非门的逻辑功能巧妙结合在一起实现了ns级窄脉冲输出，得到的脉宽可达10ns左右而电压幅值保持为5V。
【关键词】窄脉冲 RC积分或非门1 引言随着科学技术的发展，脉冲技术在电力系统中的高压绝缘监测、激光技术、微波技术和电磁兼容性等试验方面都有很广泛的实际应用，如用于超宽带通信技术、除尘技术、固体绝缘空间电荷分布的测试装置和电火花加工表面粗超度检测等。
近年来，随着电子技术的飞速发展，在无线通信用户急增，频谱资源越来越稀缺，通信容量越来越大以及传输速率越来越来高的形势下，人们对超宽带技术的认识也更加清楚，由此逐步转入民用阶段，用于实现高性能、低成本的无线通信系统。
1962年，惠普公司开发出取样示波器，纳秒级脉冲的产生方法才得以发展，当时普遍采用雪崩晶体管或隧道二极管产生脉宽为纳秒级的脉冲信号，提供可供分析用的冲激激励信号，这使得人们能够正确地观察和测量微波网络的冲激响应。
能产生几百毫伏窄脉冲的高速器件有隧道二极管和ECL集成电路，能产生几十伏到几百伏的高速器件有雪崩晶体三极管、阶越恢复二极管和俘越二极管。
但是这些方法设计的窄脉冲发生器脉宽固定，不能调节脉宽，给应用带来不便。
为满足不同应用场合对脉宽的需要，本文设计了结构简单且脉宽可调的窄脉冲发生电路，并利用multisim软件进行了仿真分析。
2 脉冲发生电路设计及仿真2.1 采用555多谐振荡器产生1kHz信号由于555多谐振荡器产生的方波可调性较好，而失真度较小。
因此，先采用555多谐振荡器产生所需频率对应的方波，这里选择1kHz 作为需要的频率。
多频窄带数字信号处理仿真系统设计
多频窄带数字信号处理仿真系统设计多频窄带数字信号处理仿真系统设计摘要本文主要是实现在TC2.0的环境下利用C语言实现多频窄带数字信号处理仿真系统。
系统功能包括信号采集、信号时域及频域分析、FIR滤波器设计、数字信号滤波，在本文中主要设计四种滤波系统：低通滤波系统、高通滤波系统、带通滤波系统、带阻滤波系统。
在FIR滤波器设计时使用的是窗函数设计的方法，涉及四种窗函数，分别是矩形窗、哈明窗、汉宁窗、布莱克曼窗。
最后本文对设计的系统程序进一步改进，使之可以完成信号模拟到数字的转换功能、根据数字滤波器指标自动完成滤波器设计的功能、四种滤波功能以及个步骤的时域频域图形绘制。
关键词：多频窄带数字信号处理仿真系统、FIR滤波器、C语言、TC2.0前言:本次数字信号处理小项目主要是利用数字信号的理论结合编程实现一个多频窄带数字信号处理仿真系统设计。
MATLAB强大的数字图像处理能力为我们提供了很好的处理环境，但是由于其处理都是集成的，给我们的使用带来一定的不便性，对于我们理解信号处理过程和定制我们需要的信号处理软件没有参考价值。
故我们选择利用tc2.0环境下的C语言进行系统设计与编写，预期实现信号的采集、信号时域及频域分析、FIR滤波器设计、数字信号滤波等功能的多频窄带数字信号处理软件仿真系统。
项目组分工：杨俊：程序的编写和最终的调试；杨洋：整理资料和负责编写报告；羊大宝：收集资料和部分程序的编写；韩乐梅：整理资料和编写报告；朱煜奎：收集资料和部分程序的编写；正文1系统整体设计思想本报告主要是用C语言在tc2.0环境下实现信号采集、信号时域及频域分析、FIR滤波器设计、数字信号滤波等功能的多频窄带数字信号处理软件仿真系统。
由此可知，该报告设计需包括以下系统:A模拟信号采集模块：完成对模拟信号的采样、量化，使信号变成数字信号。
B 显示模块：完成对信号的时域和频域显示，以便于对信号的频谱和时域分布进行分析。
C 滤波器模块：根据模拟信号生成的数字信号的频域特点确定要完成的滤波指标，进而按照一定的原则选择合适的滤波器进行最后要完成的滤波过程。
新型数字信号处理器的设计与实现
新型数字信号处理器的设计与实现随着数字技术的不断发展，数字信号处理技术逐渐成为了现代通信、控制和信号处理等领域的重要基础。
而数字信号处理器（DSP）作为数字信号处理技术的核心，其性能和功能对整个系统的性能和可靠性有着至关重要的影响。
本文将主要介绍新型数字信号处理器的设计与实现的相关内容。
一、数字信号处理器的基本原理数字信号处理器（DSP）是一种专用于数字信号处理的芯片或系统。
其相较于通用的微处理器，具有更强大的计算能力和更快的数据传输速度。
一个DSP通常由数据通路、算数逻辑单元、控制单元和存储器等主要部分组成。
其中，数据通路用于数据传输和计算；算数逻辑单元则用于实现各种算术和逻辑运算；控制单元用于控制 DSP 的各种操作；存储器则用于存储程序、数据和中间结果等。
在数字信号处理器中，最重要的是数据通路的设计与实现。
一个优秀的数据通路应当具有相对较短的数据处理时间，保证数据准确性、实时性和高效性等方面。
同时，在算法开发和硬件或软件实现中，也应该合理地考虑各种可能的数据情况，以充分利用DSP 的计算能力，提高数据处理速度和计算精度。
二、新型数字信号处理器的设计与实现现代数字信号处理器的发展，不仅仅要求其速度和准确度更高，而且同时也要求其更加节能、小型化和可编程化，以适应不断变化的应用需求。
在这种背景下，新型数字信号处理器的设计和实现显得尤为重要。
（一）高效的数据通路设计高效的数据通路设计是数字信号处理器的关键之一。
在新型数字信号处理器的设计过程中，应该尽可能地充分利用现有的先进技术，包括了现代的半导体工艺、系统架构和算法设计。
同时，还应根据实际需求，对数据通路的功能和结构进行优化，从而实现更高效的数据传输和计算。
（二）可扩展的程序调度和执行单元一个可扩展的程序调度和执行单元，可以极大地提高数字信号处理器的可编程能力和应用范围。
新型数字信号处理器应该具有可扩展的执行单元，以支持不同类型的算法实现，其性能和功耗也应该根据实际需求进行动态配置。
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多频窄带数字信号处理仿真系统设计摘要:数字信号处理系统中的信号都是以离散时间形态存在的，所以对离散时间信号的研究是数字信号的基本所在。
所以我们从信号的采集这个基本点出发，使用C语言利用数字信号处理知识设计并实现一个具有信号采集、信号时域及频域分析、FIR滤波器设计、数字信号滤波等功能的多频窄带数字信号处理软件仿真系统。
可以说，本次报告是对整个数字信号处理这门课程的一个整合。
关键字：谱分析，FIR滤波器，c语言1.信号采集及波形实际生活中遇到的信号一般都是模拟信号，如图：图1.1实际生活中的信号对它进行等间隔采样便可以得到时域离散信号。
时域离散信号(discrete-time signal)即只在一系列分离的时间点n(n是整数，n=0，±1，±2，……）上才有取值的一种信号。
时域离散信号可以用一个离散时间的数字序列来表示。
假设信号用x a(t)表示，它的波形如（a）；按照时间T等间隔的对x a(t)取它的幅度，得到一串有序的数据{x a(0)，x a(T)，x a(2T)，...},波形如（b）；当n取{0,1,2，...}时，x a(nT)={x a(0)，x a(T)，x a(2T)，...},现在将这一串数字序列用x(n)表示，如（c）。
例如：其中f1=200Hz，f2=250Hz，f3=300Hz，fs=1000Hz通过时域采样利用MATLAB仿真为：图1.2 连续信号的采集123()cos(t)cos(t)cos(t)ax t=Ω+Ω+Ω312222()cos()cos()cos()s s sff fx n n n nf f fπππ=++2.信号的频域分析2.1用DFT 对信号进行谱分析所谓的谱分析，就是计算信号的傅里叶变换。
计算机所能处理的信号必须是离散的，DFT 是一种时域和频域均离散化的变换，适合数值运算。
对于持续时间很长的信号，采样点数太多，以致无法存储和计算，只好截取有限点进行DFT 变换，所以用DFT 对连续信号进行谱分析必然是存在误差的。
模拟信号 离散信号 离散信号 Xa （t ） fs X （n ) DFT X （k ）下面我们通过实例来分析一下连续信号的DFT 变换 例：312222()cos()cos()cos()s s sf f f x n n n n f f f πππ=++ 其中f1=200HZ, f2=250HZ, f3=300HZ, fs=1000 HZ通过仿真，我们可以得到x(n)在n=0,1,2…9的10点离散傅里叶变换，此时得到了x(n)的频域信息，绘得频谱图如下：图2.1.1 x(n)10点DFT 变换由图2.1.1可见，图中各点都含有一定幅值，在第3和第4点出现了最高幅值，但是并不能分辨出原始信号的三种正弦波的频率200Hz ，250Hz 和300Hz 。
它们发生混叠丢失，已经不能完全地被我们观察到。
当我们将（1）式中的x(n) 以补零的方式补到100点时，则在0≤n ＜10时有值，而在11≤n ＜100时值为0，此时的DFT 变换绘得的频谱图如下：图2.1.2 x(n)10点补零到100点后DFT 变换由图2.1.2，我们可以看到，当补零到100点后，频谱图中每个点所代表的频率更小了，密度变高了，但是我们仍然分辨不出原始信号的三个正弦波的频率，找不到明显的频率分布特性。
2.2高分辨率谱和高密度谱的区别频率分辨率的概念：频率分辩率是指频域取样中两相邻点间的频率间隔。
更确切的说是如果某一信号含有两个频率成分f1和f2，Of=|f2-f1|，频率分辨率的概念是如果频率分辨率大于Of ，对信号进行谱分析后将不能视别出其含有两个频率成分，这两个频率将混叠在一起。
NF NT T F sp ===11 当我们将信号补零到更长后，DFT 变换点数自然增加了，但是，就分辨率而言却并没有任何的提高。
每两个点之间所代表的频率更小了，我们虽然看到了更多的点，也就是频谱密度变大了，却没有提高分辨率，我们称这样的谱为高密度谱图2.2.1 高分辨率谱和高密度谱比较由图可见，当我们把变换点数增加到了100点后，我们明显看到了三个幅值最高点，此时它们正是对应了原始信号中的三个正弦波信号的频谱，它们在时域中的混叠被我们在频域中分离并观测了出来。
其实，加零后，并没有改变原有记录的数据，原有数据的频谱一开始就存在，我们只是有的看不见，加零后只是让我们看见原本就采集到的频率，却不能提高分辨率。
同时，我们也将零补在了序列前面进行了再次实验，得到的频谱并没有任何变化，这也进一步说明了，补零只能够提高频谱的密度却不能提高分辨率。
提高分辨率的方法只有一个，那就是增加DFT变换的点数。
3.设计FIR 滤波器3.1 FIR 滤波器的基本特性有限脉冲响应滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到严格的线性相位特性， FIR 滤波器的设计方法和IIR 滤波器的设计方法有很大区别，FIR 滤波器设计任务是选择有限长度的h(n),是频率响应函数满足技术指标要求。
FIR 滤波器的频率响应表达式为：)()()(ωθωωj g j e H e H =滤波器在通带具有恒定的幅频特性和线性相位特性。
理论上可以证明：当FIR 滤波器的系数满足下列中心对称条件：)1()(--±=n N n h 时，滤波器设计在逼近平直幅频特性的同时，还能获得严格的线性相位特性。
线性相位FIR 滤波器的相位滞后和群延迟在整个频带上是相等且不变的。
对于一个 N 阶的线性相位FIR 滤波器，群延迟为常数，即滤波后的信号简单地延迟常数个时间步长。
这一特性使通带频率信号通过滤波器后仍保持原有波形形状而无相位失真。
幅度特性将时域约束条件h （n)=+-h(N-n-1)可推导出线性相位条件对FIR 数字滤波器的幅度特性的约束条件：∑-=-+=10g )](cos[)(2)()(M n n w n h h w H ττ下面分四种情况来讨论幅度特性的特点。
情况1：h(n)=h(N-n-1),N 为奇数。
)(ωg H 关于w=0 π π2三点偶对称，因此这种情况可以实现低通、高通、带通、带阻滤波器情况2：h(n)=h(N-n-1),N 为偶数。
)(ωg H 关于w=π奇对称，关于w=0、2π偶对称，因此这种情况可以实现低通、带通滤波器。
情况3：h(n)=-h(N-n-1),N 为奇数。
)(ωg H 关于w=π奇对称，关于w=0、π、2π三点奇对称，因此这种情况可以实现带通滤波器情况4：h(n)=-h(N-n-1),N 为偶数。
)(ωg H 关于w=0、2π两点奇对称，关于w=π偶对称，因此这种情况可以实现低高通、带通滤波器。
零点特性由得若z = zi 是H(z)的零点，其倒数也1-i z必然是其零点，因为h(n）是实序列，H(z)的零点必然共轭成对，因此Z*i和*)(1iZ-也是其零点。
确定其中一个，另外三个零点也就确定了。
图3.1 零点特性3.2 窗函数法设计滤波器我们已知线性相位理想低通滤波器其单位脉冲响应hd(n)为：[]()αωαωπω--•=n n n h c c c d )(sin )( 由上式可以看到，理想低通滤波器的单位脉冲响应是无限长的，且是非因果序列。
为了构造一个长度为N 的第一类线性相位FIR 滤波器，只有将hd(n)截取一段，并保证截取的一段关于序列关于2)1(-=N n 偶对称，利用窗函数法设计滤波器就是选择合适的窗函数去截取hd （n),并进行加权处理，使其具有线性相位。
在设计滤波器的过程中我们使用了这样四种窗函数：矩形窗、汉宁窗、哈明窗和布莱克曼窗。
其时域波形如图3.2.1所示。
(a )矩形窗 (b) 汉宁窗(c) 哈明窗 (d) 布莱克曼窗图3.2.1 窗函数的时域波形从图中我们可以看出，矩形窗仅仅是按照1:1的关系截取了hd(n)的一部分，而其他三种窗函数都对其旁瓣进行了不同程度的衰减，从而使能量更多地集中在主瓣，这样就能够使得阻带部分的衰减更大，获得更好的技术指标用这四种窗函数设计滤波器之后，我们得到了每种窗函数所对应的系统函数h(n)，通过对其进行快速傅里叶变换我们得到了它的频域波形，通过它来反映滤波器的频域特性，从而比较其滤波特性：（a）矩形窗滤波（b）汉宁窗滤波（c）哈明窗滤波（d）布莱克曼窗滤波1.矩形窗衰减最快，衰减程度最弱2.汉宁窗衰减最慢，衰减程度较强3.哈明窗：衰减较快，衰减程度较弱4.布莱克曼窗：衰减较慢，衰减程度最强从图中可以看出，当选择不同的窗函数时，滤波的效果也是不同的。
综合来看，布莱克曼窗的衰减度最大，达到75dB左右以上，对阻带频谱的抑制效果最强，但过渡带较长，哈明窗具有较好的过渡带特性，衰减维持在60dB基本不变。
汉宁窗的两种特性在以上两种窗之间。
在实际应用中我们应该根据实际情况来选择不同的窗函数设计滤波器。
窗函数法设计FIR滤波器步骤总结如下：给出希望设计的滤波器的频率响应函数()ωj e H ；根据允许的过渡带宽度和阻带衰减，初步选定窗函数和N 值。
计算以下积分，求出hd （n) :ωπωππωd e eH n h n j j dd )(21)(⎰-=将hd(n)与窗函数相乘得FIR 数字滤波器的冲激响应h(n):)()()(n n h n h d ω⋅=5.计算FIR 数字滤波器的频率响应，并验证是否满足要求；4.FIR滤波器仿真及滤波4.1设计流程及程序我们得到系统函数之后，滤波过程就是信号通过滤波器的过程，时域信号通过滤波器作用即信号函数和系统函数之间的卷积，具体计算则是频域中的相乘。
于是我们通过循环卷积程序，即可对输入信号进行滤波程序框图如下所示：图4.1 滤波器设计流程图在选定窗函数类型和长度N并根据单位脉冲响应h(n)求出()ωj e H后，()ωj e H是否满足要求要进行运算。
一般在h(n)尾部补零使长度满足于2的整数次幂，以便使用FFT计算()ωj e H，如果要观察细节，补零点数增多即可。
如果()ωj e H不满足要求，则要重新选择窗函数类型和长度N，再次验算直到满足要求。
程序主函数如下：void main(){int i,m,k,n,L;float AR[MAX],AI[MAX];void fft();/*傅里叶变换*/void plot();/*画图函数*/void ifft();/*傅里叶反变换*/void circonv();/*卷积函数*/void GRAPH();/*绘图函数*/void HDN(),JXC(),HNC(),HMC(),BLKMC();printf("input m=");scanf("%d",&m);/*输入变换级数M*/n=(int)pow(2,m);/*确定变换点数N=2^M*/printf("n=%d\n",n);for(i=0;i<n;i++)/*输入信号方波*/{AR[i]=1;AI[i]=0;}HDN(n);printf("Please input xh:(1-Rectangle;2-Hanning;3-Hanming;4-Blackman):");scanf("%d",&k);switch(k)/*选择窗函数*/{case 1:JXC(n);break;case 2:HNC(n);break;case 3:HMC(n);break;case 4:BLKMC(n);break;}for(i=0;i<n;i++)/*构造滤波器*/ {Hr[i]=Hd[i]*wn[i];Hi[i]=0.0;}4.2 仿真及分析为了观察波形方便，我们在仿真过程中设定参数如下：采样频率fs=1000Hz三个单频信号频率：10Hz、200Hz、300Hz分别用具有代表性的矩形窗和布莱克曼窗设计的滤波器对输入信号进行滤波。