【TMS320F28335数字信号处理入门】：滤波器设计与实现的完整教程


参考资源链接：[TMS320F28335中文数据手册：DSP开发速查](https://wenku.csdn.net/doc/6401ac00cce7214c316ea451?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. TMS320F28335数字信号处理器简介

TMS320F28335数字信号处理器（DSP）是由德州仪器（Texas Instruments，简称TI）公司设计的一款高性能处理器，广泛应用于实时控制和数字信号处理。TMS320F28335采用先进的静态CMOS技术，具有高速、高精度的特性，以及丰富的外设接口和强大的处理能力，适合执行复杂的算法和控制任务。

TMS320F28335处理器内集成了150 MHz的高性能32位CPU核心，同时提供了超过180千字的片上存储器，包括高达128千字的程序存储器和54千字的数据存储器。其丰富的外设接口包括CAN、SPI、SCI以及两个事件管理器（包含PWM发生器、捕获单元和正交编码器接口），能够适应各种复杂应用的需要。

由于其强大的运算能力、丰富的资源和灵活的外设接口，TMS320F28335已成为工业控制、电力电子、电机驱动、汽车电子等领域中的明星产品。本章将详细探讨TMS320F28335的特点和应用，以及在数字信号处理中的作用。

# 2. 数字信号处理基础理论

## 2.1 数字信号处理的基本概念

数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是一门涉及信号的采集、分析、处理、以及信号产生等应用广泛领域的学科。它与传统的模拟信号处理有着根本的不同，主要体现在处理方式和精确度上。

### 2.1.1 信号与系统的基本理论

信号是信息的物理表达形式，在不同的应用场景中，它可以是时间序列的数据、一系列的电压变化等。信号可以是连续的，也可以是离散的。传统模拟信号处理主要以连续信号作为处理对象，而数字信号处理则以离散时间信号为主。

系统则是一个操作过程，它对输入信号进行某种操作以产生输出信号。在数字信号处理中，系统的功能通常由数学模型表示，这些模型包括差分方程、Z域表达式等。

### 2.1.2 离散时间信号与系统

离散时间信号通常指在一系列离散时刻上的值的集合。这类信号可以通过采样连续信号或直接由数字方式产生。例如，一个音频文件中的声音信号就是离散时间信号，它由一系列样本组成，每个样本在特定时刻代表了音频信号的幅度。

离散时间系统对离散信号的处理可以分为线性系统和非线性系统。线性系统的一个关键属性是叠加原理，即系统对两个信号之和的响应等于系统对每个信号分别响应之和。这对于构建和理解数字滤波器至关重要。

## 2.2 滤波器的基本原理

滤波器是数字信号处理中最常用的组件之一，它能够允许特定频率范围的信号通过，同时阻止其他频率信号。

### 2.2.1 滤波器的分类与设计目标

根据频率响应的不同，滤波器主要分为低通、高通、带通和带阻滤波器。低通滤波器允许低频信号通过，阻止高频信号；高通滤波器则相反；带通滤波器允许某一特定频率范围内的信号通过；带阻滤波器阻止某一特定频率范围内的信号。

滤波器的设计目标通常是为了去除噪声、分离信号中的有用部分、或者进行信号的频率选择。在实际应用中，比如在音频处理、无线通信、图像处理等领域，滤波器扮演着至关重要的角色。

### 2.2.2 滤波器的数学模型与表示方法

滤波器可以用差分方程来表示其数学模型。一个常见的差分方程形式如下：
\[y[n] = \sum_{k=0}^{M} b_k x[n-k] - \sum_{k=1}^{N} a_k y[n-k]\]
其中，\(x[n]\)是输入信号，\(y[n]\)是输出信号，\(a_k\)和\(b_k\)是滤波器系数。

滤波器还经常使用Z变换来表示其频率响应。Z变换将差分方程转换成复频域中的多项式形式，便于分析滤波器的频率特性。

## 2.3 数字信号处理中的频率分析

频率分析在数字信号处理中占有重要地位，它帮助我们了解信号的频率内容，并为信号处理提供理论基础。

### 2.3.1 傅里叶变换与频域分析

傅里叶变换是将信号从时域转换到频域的重要工具。通过傅里叶变换，复杂信号可以分解为一系列的正弦波，每个正弦波对应一个特定的频率。

离散时间信号使用的是离散傅里叶变换（DFT）或者更高效的快速傅里叶变换（FFT）。FFT能够将信号的频率成分快速准确地计算出来，是数字信号处理中不可或缺的一部分。

### 2.3.2 Z变换与系统函数分析

Z变换是另一个在信号处理中十分重要的工具，它将离散时间信号转换为复变量Z的函数。Z变换对于分析离散时间系统的稳定性和频率响应特别有用。

系统函数\(H(z)\)由输入和输出信号的Z变换的比值给出，表示为：
\[H(z) = \frac{Y(z)}{X(z)}\]
其中，\(Y(z)\)和\(X(z)\)分别是输出和输入信号的Z变换。系统函数提供了描述系统对不同频率信号影响的重要信息，从而可以设计和实现满足特定性能指标的滤波器。

在接下来的章节中，我们将探索TMS320F28335 DSP开发环境的搭建，这将为我们在实际应用中实现数字信号处理提供强大的硬件与软件支持。

# 3. TMS320F28335 DSP开发环境搭建

## 3.1 硬件开发平台的搭建

### 3.1.1 TMS320F28335开发板概述

TMS320F28335是由德州仪器（Texas Instruments，简称TI）推出的高性能数字信号处理器（DSP），拥有先进的32位CPU内核和丰富的外设接口，广泛应用于电机控制、电源转换和数字控制等实时控制系统中。在构建一个功能完善的TMS320F28335开发环境之前，必须对开发板进行详细认识。TMS320F28335开发板包含核心控制模块、电源管理模块、外围接口模块、调试接口模块等。其中，核心控制模块基于F28335 DSP芯片，拥有高达150MHz的处理速度，68KB的数据/程序RAM和256KB的程序存储器。外围接口模块包括通用输入输出（GPIO）、串行通信接口（SCI）、串行外设接口（SPI）、模拟数字转换器（ADC）等，为开发者提供了丰富的硬件资源。

### 3.1.2 开发板连接与初步测试

为了确保开发板能够顺利运行，需要进行一系列的连接和初步测试。首先，应按照开发板的使用手册进行硬件连接，包括连接电源、USB接口以及任何必要的外设。其次，进行基本的硬件功能测试。这通常包括一个简单的LED闪烁程序，以验证微控制器的GPIO功能正常工作。在开发环境安装完成后，可以使用提供的IDE工具，如Code Composer Studio，编写一个简单的测试程序并烧录到开发板上执行。

/* 示例代码：简单的LED闪烁程序 */
#include "DSP28x_Project.h"  // DSP2833x头文件，包含了所有的寄存器定义
#define LED��色引脚定义

void main(void) {
   InitSysCtrl();   // 初始化系统控制，包括时钟、PLL等
   DINT;            // 禁用CPU中断
   InitPieCtrl();   // 初始化PIE控制寄存器到默认状态
   IER = 0x0000;
   IFR = 0x0000;
   InitPieVectTable();  // 清