DSP課程設(shè)計(jì)-FIR濾波器設(shè)計(jì)

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1、DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：FIR濾波器設(shè)計(jì)學(xué)院：電氣信息學(xué)院專業(yè)：通信工程姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：曹玉英13DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)FIR高通濾波器，通帶邊界頻率為2khz，通帶紋波小于1dB，采樣頻率為8khz，實(shí)現(xiàn)當(dāng)多個(gè)頻率的輸入信號(hào)輸入時(shí)只保留大于2khz的信號(hào)功能，其中FIR濾波器的設(shè)計(jì)可以用MATLAB窗函數(shù)法進(jìn)行。二、算法研究1.FIR的原理和參數(shù)生成公式FIR數(shù)字濾波器是非遞歸性的線性時(shí)不變因果系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)的差分方程可以表示為：yn=i=0N-1aixn-i(2.1)令輸入信號(hào)x(n)=δ(n),代

2、入(2.1)式，有yn=i=0N-1aiδn-i=a0δ(n)+a1δ(n-1)+···+an-1δ[n-(N-1)](2.2)這時(shí)的y(n)即為沖激響應(yīng)h(n)。由(2.2)式很容易得到h(0)=a0，h(1)=a1,···,h(N-1)=an-1；又由(2.2)式可知，當(dāng)n<0以及n>N-1時(shí)，h(n)=0,即這個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)是有限長(zhǎng)度的，這樣的濾波器就叫做有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器。(2.3)將ai=h(i)(i=0,1,···，N-1)代入(2.2)式，得到y(tǒng)n=i=0N-1hixn-i(2.4)將(2.3)式的兩邊進(jìn)行z變換后，可

3、以得到FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)：HZ=Y(Z)XZ=i=0N-1hiz-i=n=0N-1h(n)z-n又由(2.4)式，有Hz=h0zN-1+h1zN-2···+hN-2z+h(N-1)ZN-1因此，F(xiàn)IR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)的極點(diǎn)都位于z=0處，為N-1階極點(diǎn)；而N-1個(gè)零點(diǎn)由沖激響應(yīng)h(n)決定，一般來(lái)說(shuō)，可以位于有限z平面的任何位置。由于FIR數(shù)字濾波器的極點(diǎn)都集中在單位圓內(nèi)的原點(diǎn)z=0處，與系數(shù)h(n)無(wú)關(guān)，因此FIR濾波器總是穩(wěn)定的，這是FIR數(shù)字系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)。2.利用MATLAB計(jì)算濾波系數(shù)用來(lái)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)頻率響應(yīng)的基于窗函數(shù)的FI

4、R濾波器，可實(shí)現(xiàn)加窗線性相位FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。語(yǔ)法：b=fir1(n,Wn)b=fir1(n,Wn,‘ftype’)b=fir1(n,Wn,Window)13DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告b=fir1(n,Wn,‘ftype’,window)n:濾波器的階數(shù)；Wn：濾波器的截止頻率；ftype：用來(lái)決定濾波器的類型，當(dāng)ftype=high時(shí)，可設(shè)計(jì)高通濾波器；當(dāng)ftype=stop時(shí)，可設(shè)計(jì)帶阻濾波器；Window：用來(lái)指定濾波器采用的窗函數(shù)類型，其默認(rèn)值為漢明窗。3.編寫(xiě)產(chǎn)生濾波器輸入信號(hào)的程序輸入信號(hào)應(yīng)該至少包含兩種頻率成分的正弦信號(hào)，一種信號(hào)頻

5、率小于2000hz，一種信號(hào)頻率大于2000hz。可以再M(fèi)ATLAB中產(chǎn)生，也可編寫(xiě)DSP程序產(chǎn)生。三、開(kāi)發(fā)平臺(tái)1.MATLABMATLAB是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是matrix&laboratory兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實(shí)驗(yàn)室）。是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)

6、態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。2.CCSCCS(CodeComposerStudio)是TI公司推出的針對(duì)TMS320系列DSP的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在CCS下，開(kāi)發(fā)者可對(duì)軟件進(jìn)行編輯，編譯，調(diào)試，代碼性能測(cè)試和項(xiàng)目管理等所有工作，并能將程序下載到目標(biāo)DSP上運(yùn)行調(diào)試。在一個(gè)開(kāi)放式的插件結(jié)構(gòu)下，CCS內(nèi)部集成了以下軟件

7、工具：1）C5000代碼產(chǎn)生工具（包括C5000的編譯器，匯編優(yōu)化器，匯編器和連接器）；2）軟件模擬器（Simulator）；3）實(shí)時(shí)基礎(chǔ)軟件DSP/BIOSTM；4）主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換軟件RTDXTM；5）實(shí)時(shí)分析和數(shù)據(jù)可視化軟件；CCS不僅具有一系列的調(diào)試、分析能力，還提供了實(shí)時(shí)分析和數(shù)據(jù)可視化功能，大大降低了DSP系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度，使開(kāi)發(fā)者可以將精力集中在應(yīng)用開(kāi)發(fā)上。四、參數(shù)計(jì)算1.利用MATLAB計(jì)算濾波系數(shù)利用MATLAB中的FDATOOL設(shè)計(jì)濾波器參數(shù)設(shè)置如圖4-1，頻域波形如圖4-2。其中FDATool（FilterDe

8、signandAnalysisTool）是MATLAB信號(hào)處理工具箱的一種綜合、簡(jiǎn)便的圖形用戶工具。通過(guò)該工具提供的先進(jìn)可視化濾波器集成設(shè)計(jì)環(huán)境，用戶