摘要：本文論述了基于TMS320F28234的自適應濾波器系統(tǒng)的設計方案。方案中的自適應濾波器能夠在沒有任何關于信號和噪聲的先驗知識的條件下，達到濾波的目的。

　　根據(jù)自適應濾波的原理，主要論述和分析了易于實現(xiàn)的均方差算法，通過比較IIR結構和FIR結構濾波器的優(yōu)缺點，采用橫向FIR結構的自適應濾波器來實現(xiàn)。為了滿足自適應濾波的實時性要求，采用TMS320F28234芯片的系統(tǒng)設計，并設計了其硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，用TMS320F28234實現(xiàn)自適應濾波器。仿真結果表明，本方案的自適應濾波器濾波效果優(yōu)越，具有較強的實用性。

　　0 引言

　　濾波是信號處理領域的一種基本而又極其重要的技術。利用濾波技術可以從復雜的信號中提取所需要的信號，同時抑制噪聲或干擾信號，以便更有效地利用原始信號。濾波器在電子電路系統(tǒng)中應用很多，技術也較為復雜，有時濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的性能，所以濾波器的理論研究和產(chǎn)品開發(fā)非常的重要。

　　自適應濾波器是相對固定濾波器而言的，當固定的設計規(guī)范是未知的，或者采用時不變?yōu)V波器不能滿足設計的要求設計規(guī)范時，就需要采用自適應濾波器。嚴格地講，自適應濾波器是一種非線性濾波器，因此不滿足齊次性和疊加性條件，如果在某個給定的時刻固定的濾波器參數(shù)，則其輸出信號是輸入信號的線性函數(shù)。自適應濾波器是在沒有任何關于信號和噪聲的先驗知識的條件下，自適應濾波器利用前一時刻已獲得的濾波器參數(shù)來自動調(diào)節(jié)現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)，以適應信號和噪聲未知或隨機變化的統(tǒng)計特性，從而實現(xiàn)濾波，所以其適用范圍更廣。

　　1 DSP 的自適應濾波器的總體方案設計

　　本系統(tǒng)采用利用數(shù)字信號處理器來完成自適應濾波器的設計，系統(tǒng)如圖1所示。

　　系統(tǒng)工作原理：自適應濾波器的整體設計思路中模擬信號輸入，輸入信號首先進行抗混疊濾波，然后將模擬信號變換成數(shù)字信號。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，為保證有用信息不丟失，抽樣頻率至少是輸入帶限信號頻率的2倍。經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，DSP芯片預先設計好的自適應濾波算法程序，對輸入的數(shù)字信號處理。這種自適應濾波器的設計是具有跟蹤信號和噪聲變化的能力，也不需要知道關于輸入信號的先驗知識。

　　經(jīng)過DSP芯片處理后的信號通過DAC再轉(zhuǎn)換成連續(xù)的模擬波形，之后進行平滑濾波就可得到需要的模擬信號。

　　1.1 自適應濾波器原理

　　自適應濾波器是一種能夠自動調(diào)整本身參數(shù)的特殊維納濾波器，在設計時不需要預先知道關于輸入信號和噪聲的統(tǒng)計特性，它能夠在工作過程中逐步“了解”或估計出所需的統(tǒng)計特性，并以此為依據(jù)自動調(diào)整自身的參數(shù)，以達到濾波效果。一旦輸入信號的統(tǒng)計特性發(fā)生變化，它又能夠跟蹤這種變化，自動調(diào)整參數(shù)，使濾波器性能重新達到。

　　自適應濾波器中參數(shù)可調(diào)數(shù)字濾波器結構可以是FIR數(shù)字濾波器或IIR數(shù)字濾波器，也可以是格型數(shù)字濾波器，輸入信號x（n） 通過參數(shù)可調(diào)數(shù)字濾波器后產(chǎn)生輸出信號（或響應）y（n），將其與參考信號（或稱期望響應）d（n）進行比較，形成誤差信號e（n），并以此通過某種自適應算法對濾波器參數(shù)進行調(diào)整，終使e（n） 的均方值。

　　圖2所示即為自適應濾波器的一般結構。

　　1.2 自適應濾波器結構

　　自適應IIR濾波器與自適應FIR濾波器相比較，自適應IIR 濾波器存在突出的缺點，主要的缺點包括：自適應IIR濾波器存在不穩(wěn)定的可能性傾向；而且收斂速度慢等。因此，一般采用FIR濾波器作為自適應濾波器的結構。自適應濾波器直接的實現(xiàn)就是直接形式的FIR結構，但在本論文中采用FIR橫向結構設計自適應濾波器。這種結構僅包含有由延遲級數(shù)所決定的有限個存儲單元，可歸結為有限沖激響應（FIR）或橫向濾波器（Kallman）。輸入信號被若干延遲單元延時，其延遲時間可以是連續(xù)的。這些延遲單元的輸出與存儲的一組權系數(shù)依次相乘，將其乘積相加得到輸出信號。這意味著輸出是輸入信號與所存儲的權系數(shù)或沖激響應的卷積。這種濾波結構僅包含有零點（因為沒有遞歸反饋單元），因此，若要獲得截止的頻率特性，則需要有大量的延遲單元。但是，這種濾波器始終是穩(wěn)定的，并能提供線性相位特性。圖3所示為FIR橫向濾波器結構。

　　1.3 DSP的硬件系統(tǒng)設計

　　DSP的硬件系統(tǒng)設計包括DSP芯片、電源轉(zhuǎn)換電路、時鐘電路、復位電路、JTAG 仿真接口等，如圖4所示。

　　2 基于DSP 的自適應濾波器的軟件設計

　　采用TMS320F28234實現(xiàn)自適應濾波器，自適應算法采用基本的LMS算法，濾波器的結構采用橫向FIR結構。

　　自適應濾波器的TMS320F28234的設計中，程序設計語言運用匯編語言，自適應濾波器程序設計流程如圖5所示。

　　3 仿真驗證

　　為了說明自適應濾波器的優(yōu)越性，這里通過仿真結果來表明。通過引入一個已有的數(shù)據(jù)文件方式得到一個受到噪聲干擾的正弦波信號，該波形作為自適應濾波的輸入信號。自適應濾波程序在CCS 環(huán)境下編譯、鏈接、修改語法錯誤，編譯鏈接通過后，加載并連接程序，連接生成公共目標代碼文件，在線到DSP中運行。將編譯產(chǎn)生的可執(zhí)行文件到DSP芯片中后，經(jīng)過運行得到時域圖，輸入信號的時域圖如圖6所示。

　　由圖6可以看到，低頻信號中疊加了有噪聲信號，導致低頻信號出現(xiàn)了較大的畸變。低頻的信號中疊加了比較多的高頻噪聲，只有進行高頻濾波才能夠得到比較好的原始低頻信號。在觀察輸出波形時，能夠看到輸出波形中僅剩余了低頻信號，濾除了高頻成分。通過圖6和圖7的對比，輸入信號的高頻噪聲基本上得到了濾除。但是由于參數(shù)設置不夠等原因造成的高頻噪聲沒有得到完全消除，但是也很明顯的顯現(xiàn)了低通濾波的目的。

　　4 結語

　　本文論述了基于TMS320F28234的自適應濾波器系統(tǒng)的設計方案。方案中的自適應濾波器能夠在沒有任何關于信號和噪聲的先驗知識的條件下，達到濾波的目的。根據(jù)自適應濾波的原理，主要論述和分析了易于實現(xiàn)的均方差算法，通過比較IIR結構和FIR結構濾波器的優(yōu)缺點，采用橫向FIR結構的自適應濾波器來實現(xiàn)。為了滿足自適應濾波的實時性要求，采用TMS320F28234芯片的系統(tǒng)設計，并設計了其硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，用TMS320F28234實現(xiàn)自適應濾波器。在自適應濾波器的仿真結果中，自適應濾波器實現(xiàn)了對含有噪信號的頻率跟蹤，并表明自適應濾波器能很好地消除疊加在信號上的噪聲。進而驗證了本方案的自適應濾波器濾波效果優(yōu)越，具有較強的實用性。（作者：貢鎮(zhèn)）