《用巴特萊特窗函數(shù)法設(shè)計(jì)數(shù)字FIR帶通濾波器dsp課程設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《用巴特萊特窗函數(shù)法設(shè)計(jì)數(shù)字FIR帶通濾波器dsp課程設(shè)計(jì)（18頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、好也/充火落 課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)：數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電信 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師：?jiǎn)帖惣t 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 6.16設(shè).20 的子信息工程 專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 題目 用巴特萊特窗函數(shù)法設(shè)計(jì)數(shù)字 FIR帶通濾波器 課題性質(zhì) 其他 課題來(lái)源 自擬 指導(dǎo)教師 喬麗紅 同組姓名 主要內(nèi)容 用巴特萊特窗函數(shù)法設(shè)一個(gè)數(shù)字 FIR帶通濾波器，要求通帶邊界頻率為 400Hz, 500Hz,阻帶邊界頻率為 350Hz, 550Hz,通帶最大哀減 1dB,阻帶最 小衰減40dB,抽樣頻率為2000Hz,用MATL

2、AB畫(huà)出幅頻特性，畫(huà)出并分析濾 波器傳輸函數(shù)的零極點(diǎn)； 總勺 x(t) =Xi(t) +X2(t) =sin(2nfit) +sin(2nf2t)經(jīng)過(guò)該濾波器，其中 f1=450Hz, f2 =600Hz,濾波器的輸出y(t)是什么？用 Matlab驗(yàn)證你的結(jié)論 并給出 x1(t),X2(t),x(t),y(t)的圖形。 任務(wù)要求 1 .掌握用巴特萊特窗函數(shù)法設(shè)計(jì)數(shù)字 FIR帶通濾波器的原理和設(shè)計(jì)方法。 2 .掌握用Kaiser方程倩計(jì)FIR數(shù)字濾波器長(zhǎng)度的方法。 3 .求出所設(shè)計(jì)濾波器的 Z變換。 4 .用MATLAB畫(huà)出幅頻特性圖并驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的濾波器。 奔f文獻(xiàn) 1、程佩青

3、著，《數(shù)字信號(hào)處理教程》，清華大學(xué)出版社，2001 2、Sanjit K. Mitra著，孫洪，余翔宇譯，《數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) (MATLAB 版)》，電子工業(yè)出版社，2005年1月 3、郭仕劍等，《MATLAB 7.x數(shù)字信號(hào)處理》，人民郵電出版社，2006年 4、胡廣書(shū)，《數(shù)字信號(hào)處理理論算法與實(shí)現(xiàn)》，清華大學(xué)出版社，2003年 審查意見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字： 2014 年06月12日 說(shuō)明：本表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，由教研室主任審核后下達(dá)給選題學(xué)生，裝訂在設(shè)計(jì)(論文)首頁(yè) 一需求分析和設(shè)計(jì)內(nèi)容 數(shù)字信號(hào)處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)， 同時(shí)又使自

4、己 成為一系列新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)如今隨著電子設(shè)備工作頻率范圍的不斷擴(kuò) 大，電磁干擾也越來(lái)越嚴(yán)重，接收機(jī)接收到的信號(hào)也越來(lái)越復(fù)雜。 為了得到所需 要頻率的信號(hào)，就需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，從而得到所需頻率段的信號(hào)， 這就是濾波器的工作原理。對(duì)于傳統(tǒng)的濾波器而言，如果濾波器的輸入，輸出都 是離散時(shí)間信號(hào)，則該濾波器的沖激響應(yīng)也必然是離散的，這樣的濾波器定義為 數(shù)字濾波器。它通過(guò)對(duì)采樣數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)達(dá)到頻域?yàn)V波的目的 . 濾波器在功能上可分為四類(lèi)，即低通（LP）、高通（HB、帶通（B?、帶阻 （BS）濾波器等，每種又有模擬濾波器（AF）和數(shù)字濾波器（DF）兩種形式。對(duì) 數(shù)字濾波器，

5、從實(shí)現(xiàn)方法上，具有有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)的數(shù)字濾波器被稱(chēng)為 FIR濾波 器，具有無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)的數(shù)字濾波器被稱(chēng)為 IIR濾波器。 FIR數(shù)字濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)有：一、具有嚴(yán)格的線性相位特性；二、不存在 穩(wěn)定性問(wèn)題；三、可利用DFT來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些優(yōu)點(diǎn)使FIR數(shù)字濾波器得到了廣泛應(yīng) 用。窗函數(shù)法是一種設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的基本方法，但它不是最佳設(shè)計(jì)方法， 在滿足同樣設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況下，用這種方法設(shè)計(jì)出的濾波器的階數(shù)通常偏大。 在 窗函數(shù)法的基礎(chǔ)上，以所定義的逼近誤差最小為準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的算法， 由 于其中的逼近誤差可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行定義， 故此算法適應(yīng)性強(qiáng)，它既可 用于設(shè)計(jì)選頻型濾波器，又適用

6、于非選頻型濾波器的設(shè)計(jì)。 常用的窗函數(shù)有矩形 窗函數(shù)、巴特萊特窗函數(shù)、三角窗函數(shù)、漢寧（Hann）窗函數(shù)、海明（Hamming 窗函數(shù)、布萊克曼（Blackman）窗函數(shù)、凱塞（Kaiser ）窗函數(shù)等。本設(shè)計(jì)通過(guò) MATLA歆件對(duì)FIR型濾波器進(jìn)行理論上的實(shí)現(xiàn)，利用巴特萊特窗函數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字 FIR帶通濾波器。FIR系統(tǒng)不像IIR系統(tǒng)那樣易取得較好的通帶和阻帶衰減特性， 要取得較好的衰減特性，一般要求H （z）階次要高，也即M要大。FIR系統(tǒng)有自己 突出的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)總是穩(wěn)定的；易實(shí)現(xiàn)線性相位；允許設(shè)計(jì)多通帶（或多阻帶）濾 波器，后兩項(xiàng)都是IIR系統(tǒng)不易實(shí)現(xiàn)的。FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法有多種，如

7、窗 函數(shù)設(shè)計(jì)法、頻率采樣法和Chebyshev逼近法等。隨著Matlab軟件尤其是Matlab 的信號(hào)處理工作箱的不斷完善，不僅數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有了可能，而 且還可以使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化。本實(shí)驗(yàn)的數(shù)字濾波器的 MATLA毆現(xiàn)是指調(diào)用 MATLA蛤號(hào)處理工具箱函數(shù)filter 對(duì)給定的輸入信號(hào)x(n)進(jìn)行濾波，得到濾波 后的輸出信號(hào)y(n)。 用巴特萊特窗函數(shù)法設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字 FIR帶通濾波器，要求通帶邊界頻率為 400Hz, 500Hz,阻帶邊界頻率為350Hz, 550Hz,通帶最大衰減1dB,阻帶最小衰 減40dB,抽樣頻率為2000Hz,用MATLABB出幅頻特性，畫(huà)出并分析

8、濾波器傳輸 函數(shù)的零極點(diǎn)； 信 號(hào)x⑴=x1(t) +xz(t) =s i 2碟1) +s i 2琥2口經(jīng) 過(guò)該濾 波器，其中 f1 =450Hz, f2 =600Hz,濾波器的輸出y⑴是什么？用Matlab驗(yàn)證你的結(jié)論并 給出 Xi (t),x2(t),x(t), y(t)的圖形。 二設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)思路 1.設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的基本方法： N」 N」 FIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)無(wú)分母，為 H(Z)= biz-L=Z h(n)z』，系統(tǒng)頻 i=0 iK N 1 率響應(yīng)可寫(xiě)成：H(ejw)=Z h(n)e5n,令H (ejw) =H(w)ej*w), H(w)為幅度函數(shù)， n=0

9、 ?(w)稱(chēng)為相位函數(shù)。這與模和輻角的表示方法不同, H(w)為可為正可為負(fù)的實(shí) 數(shù)，這是為了表達(dá)上的方便。如某系統(tǒng)頻率響應(yīng) H(ejw)=sin4we口3w,如果采用 模和幅角的表示方法，sin4w的變號(hào)相當(dāng)于在相位上加上n (因-1= ejjr),從而 造成相位曲線的不連貫和表達(dá)不方便，用 H(w)ej/w)則連貫而方便。窗函數(shù)法又 稱(chēng)傅里葉級(jí)數(shù)法，其設(shè)計(jì)是在時(shí)域進(jìn)行的。 函數(shù)一般是無(wú)限長(zhǎng)且非因果的， 設(shè) 計(jì)時(shí)需用一個(gè)合適的窗函數(shù)把它截成有限長(zhǎng)的因果序列， 使對(duì)應(yīng)的頻率響應(yīng)(的 傅里葉變換)盡可能好地逼近理想頻率響應(yīng)。窗函數(shù)法的主要缺點(diǎn)是：一、不容 易設(shè)計(jì)預(yù)先給定截止頻率的濾波

10、器； 二、滿足同樣設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況下所設(shè)計(jì)出的 濾波器的階數(shù)通常偏大。 一些固定窗函數(shù)的特性表 名稱(chēng) 主瓣寬度 過(guò)度帶寬 最小阻帶衰減 矩形 4 n/(2M+1) 0.92 n /M 20.9dB 巴特禾 特 4 n/(2M+1) 2.1 n/M 25dB 漢寧 8 n/(2M+1) 3.11 n/M 43.9dB 海明 8 兀/(2M+1) 3.32 冗 /M 54.5dB 布萊克 12 n/(2M+1) 5.56 n /M 75.3dB 2. FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的基本步驟如下: (1)確定技術(shù)指標(biāo) 在設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器之前，必須首

11、先根據(jù)工程實(shí)際的需要確定濾波器的技術(shù)指 標(biāo)。在很多實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字濾波器常被用來(lái)實(shí)現(xiàn)選頻操作。因此，指標(biāo)的形式一 般在頻域中給出幅度和相位響應(yīng)。幅度指標(biāo)主要以2種方式給出。第一種是絕對(duì) 指標(biāo)。他提供對(duì)幅度響應(yīng)函數(shù)的要求，一般應(yīng)用于FIR濾波器的設(shè)計(jì)。第二種指 標(biāo)是相對(duì)指標(biāo)。他以分貝值的形式給出要求。本文中濾波器的設(shè)計(jì)就以線性相位 FIR濾波器的設(shè)計(jì)為例。 (2)逼近 確定了技術(shù)指標(biāo)后，就可以建立一個(gè)目標(biāo)的數(shù)字濾波器模型(通常采用理想 的數(shù)字濾波器模型)。之后，利用數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法(窗函數(shù)法、頻率采樣 法等)，設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)際濾波器模型來(lái)逼近給定的目標(biāo)。 (3)性能分析和計(jì)算機(jī)仿真 上

12、兩步的結(jié)果是得到以差分或系統(tǒng)函數(shù)或沖激響應(yīng)描述的濾波器。 根據(jù)這個(gè) 描述就可以分析其頻率特性和相位特性，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足指標(biāo)要求；或 者利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的濾波器，再分析濾波結(jié)果來(lái)判斷。 三程序流程圖 四程序源代碼 clear all; clc Fs=2000;fpl=400;fpu=500;fsl=350;fsu=550; wp

13、l=2*pi*fpl/Fs;wpu=2*pi*fpu/Fs;% 通帶截止頻率 ％ wsl=2*pi*fsl/Fs;wsu=2*pi*fsu/Fs;% 阻帶截止頻率 % B=wpl-wsl; % 計(jì)算過(guò)渡帶寬度 % %N=2*ceil(3.32*pi/Bt)+1;% 計(jì)算所需 h (n)長(zhǎng)度 N0, ceil 取大于等于 % wc=[(wpl+wsl)/2/pi,(wpu+wsu)/2/pi];% 計(jì)算理想帶通濾波器截止頻率 % ap=1;as=40; dp=1-10A(-ap/20); ds=10A(-as/20); fenzi=-20*log10(sqrt(dp*ds))-1

14、3; fenmu=14.6*B/2/pi; N=ceil(fenzi/fenmu); n=0:N; hn=fir1(N,wc,bartlett(N+1));% 調(diào)用 firl 計(jì)算帶通 FIR數(shù)字濾波器的 h (n) % [H,w]=freqz(hn,1,1024);% 計(jì)算頻率響應(yīng)函數(shù) h (n) % figure。)； magH=20*log10(abs(H)/max(abs(H)));% 計(jì)算幅度 % subplot(3,1,1);stem(n,hn,.); xlabel(n); ylabel(h(n)); title( 巴特萊特窗FIR數(shù)字帶通濾波器的單位脈沖響應(yīng)’);

15、 subplot(3,1,2);plot(w/pi*Fs/2,magH);% 繪制幅度特性 % title( 巴特萊特窗FIR數(shù)字帶通濾波器的幅度特性’); xlabel(頻率/Hz); ylabel(20lg|Hg(eAjA\omega)|/max(|Hg(eAjA\omega)|)); grid on; subplot(3,1,3);plot(w/pi*Fs/2,unwrap(angle(H)));% 頻率響應(yīng)相位 % title( 巴特萊特窗FIR數(shù)字帶通濾波器的相位特性’); xlabel(頻率/Hz); ylabel(相位/rad); grid on; figur

16、e(2); zplane(hn,1);;% 繪制零極點(diǎn)圖% title( 巴特萊特窗FIR數(shù)字帶通濾波器系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)圖 ’); legend(零點(diǎn)’,‘極點(diǎn))； grid on; n=0:1023; 出=1/10000;t=n*dt; f1=450;f2=600; x=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t); x1=sin(2*pi*f1*t); x2=sin(2*pi*f2*t); y=filter(hn,1,x); figure(3); subplot(3,1,1);plot(x); title(輸入信號(hào) x(t)); xlabel(t

17、/s); ylabel(x(t)); grid on; axis([0,50*pi,-2,2]); subplot(3,1,2);plot(x1);grid on; title(輸入信號(hào) x1(t)); xlabel(t/s); ylabel(x1(t)); axis([0,50*pi,-2,2]); subplot(3,1,3);plot(x2);grid on; title(輸入信號(hào) x2(t)); xlabel(t/s); ylabel(x2(t)); axis([0,50*pi,-2,2]); figure(4) plot(y);grid on; title(輸

18、出信號(hào) y(t)); xlabel(t/s); ylabel(y(t)); axis([0,50*pi,min(y),max(y)]); “頻譜圖 fs=2000;N=1024; n=0:N-1;t=n/fs; f1=450;f2=600; x=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t) y=filter(hn,1,x); Y1=fft(x,N); Y2=fft(y,N) mag1=abs(Y1);mag2=abs(Y2); f=n*fs/N; figure(5) subplot(2,1,1); plot(f(1:N/2),mag1(1:N/2)

19、); 振幅); title( 輸入信號(hào)的頻譜圖); xlabel(頻率/HZ);ylabel( grid on; subplot(2,1,2); plot(f(1:N/2),mag2(1:N/2)); title( 輸出信號(hào)的頻譜圖’)； xlabel( 頻率/HZ);ylabel( 振幅); grid on; 五仿真結(jié)果圖 File Edit Vi Insert Tools; Desktop Window Help □蘇國(guó)鳥(niǎo)E爭(zhēng)受仃國(guó)口口 巴特萊特雷FIR數(shù)字帶通濾波器的單位脈沖響應(yīng) 02 言0 q -0.2 0 5 10 15 20 25 30 35

20、 40 46 50 (-rw)6HvBE--r『)6 工-9 M 0 100 200 300 400 500 600 700 SOO 900 1000 頻率，Hz 另心理 巴特萊特窗FIR數(shù)字通濾波器的幅度特性 0 -20 40 巴特萊特窗FIR數(shù)字帶通濾波器的單位脈沖響應(yīng)，幅度特性及相位特性 巴特萊特窗FIR數(shù)字帶通濾波器系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)圖  輸入信號(hào)x1 (t), x2 (t)及和信號(hào)x (t)  輸出信號(hào)y (t)  輸入信號(hào)的頻譜圖及輸出信號(hào)的頻譜圖 六參考資料 [1] 胡廣書(shū).數(shù)字信號(hào)處理一理論、算法與實(shí)現(xiàn)[M].北

21、京：清華大學(xué)出版社， 1997. [2] R. Lyons. Understanding Digital Signal Processing [M]. 2nd ed. Prentice Hall PTR., 2004. [3] A.V.奧本海姆，R.W.謝弗and J.R.巴克.離散時(shí)間信號(hào)處理[M].第二版. 西安交通大學(xué)出版社，2001. [4] S. K. Mitra. Digital Signal Processing: A Computer-Based Approach[M]. 3rd ed. McGraw-Hill, 2005. [5]程佩青，《數(shù)字信號(hào)處理教程》，清華大

22、學(xué)出版社，2001 [6]郭仕劍，《MATLAB 7.x數(shù)字信號(hào)處理》，人民郵電出版社，2006 [7]陳懷琛，數(shù)字信號(hào)處理教程一一MATLA除義與實(shí)現(xiàn)，電子工業(yè)出版社，2004 七設(shè)計(jì)心得 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，不僅加深了對(duì)理論知識(shí)的了解 ，鞏固了課堂上所學(xué)的理 論知識(shí)，而且還增加了自己的動(dòng)手能力，并且理解與掌握數(shù)字信號(hào)處理中的基本 概念、基本原理、基本分析方法。與其他高級(jí)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)相比， MATLAB^ 境下可以更方便、快捷，節(jié)省大量的編程時(shí)間，提高編程效率，且參數(shù)的修改也 十分方便，還可以進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。相信隨著版本的不斷提高， MATLAEfc 數(shù)字濾波器技術(shù)中必將發(fā)

23、揮更大的作用。 通過(guò)圖形我們可以清楚的看出濾波器的特性和功能。 另外通過(guò)濾波器的零極 點(diǎn)，我們還可以知道濾波器的傳輸特性。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好地反映出了用巴特萊 特窗函數(shù)法設(shè)計(jì)數(shù)字FIR帶通濾波器的特性，也基本上達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的要求和 初衷。深刻的感知到MATLAB勺強(qiáng)大。這樣的好工具應(yīng)該好好利用起來(lái)，多掌握 一些相關(guān)的知識(shí)，在以后的學(xué)習(xí)工作中興許用得到。很感謝能有這么一次鍛煉的 機(jī)會(huì)，讓我看到自己這么多的不足，發(fā)現(xiàn)很多有價(jià)值的東西，培養(yǎng)了我如何去學(xué) 習(xí)和掌握新知識(shí)的能力，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作都有很大的幫助。 信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表 課程名稱(chēng)：數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題

24、目：用巴特萊特窗函數(shù)法設(shè)計(jì)數(shù)字 FIR帶通濾波器 專(zhuān)業(yè)：電子信息工程 班級(jí)：電信1101 姓名：王勇 學(xué)號(hào)：201116910113 序號(hào) 評(píng)審項(xiàng)目 分?jǐn)?shù) 滿分標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明 1 內(nèi) 容 20 思路清晰；語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn)方法科 學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)有應(yīng)用價(jià)值。任務(wù)飽滿， 做了大量的工作。 2 創(chuàng) 新 10 內(nèi)容新穎，題目能反映新技術(shù)，對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或 有獨(dú)特見(jiàn)解 3 完整性、實(shí)用性 10 整體構(gòu)思合理，理論依據(jù)充分，設(shè)計(jì)完整，實(shí)用性強(qiáng) 4 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠 10 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，公式推導(dǎo)正確 5 規(guī)范性 10 設(shè)計(jì)格式、繪圖、圖紙、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用等符合有關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)和規(guī)定 6 紀(jì)律性 20 能很好的遵守各項(xiàng)紀(jì)律，設(shè)計(jì)過(guò)程認(rèn)真； 7 答 辯 20 準(zhǔn)備工作充分，回答問(wèn)題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問(wèn) 題回答簡(jiǎn)明準(zhǔn)確。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)作完報(bào)告。 總 分 綜 合 息 見(jiàn) 指導(dǎo)教師 年 月 日