数字信号处理课程设计-等波纹数字FIR低通滤波器

1、数字信号处理课程设计 学 院： 电 气 工 程 学 院 题 目： 等波纹 FIR 低通滤波器 起止时间： 2015 年 10 月 10 日至 2015 年 12 月 20日 2015 年 10 月 10 日数字信号处理课程设计任务书学 院： 电气工程学院 题 目： 等波纹 FIR 低通滤波器 起止时间： 2015 年 10 月 10 日至 2015 年 12 月 20日 2015 年 10 月 10 日一. 课程设计内容 课程设计内容如下：1. 功能要求2. 方案论证3. 数字滤波器的基本介绍3.1 数字滤波器的实现方法3.2 数字滤波器的可实现性3.3 等波纹逼近法的原理4. 滤波器的初始设计4.1 设计要求4.2 手工计算4.3 在 Matlab 的程序仿真5. 用 FDA 工具实现要求的滤波功能5.1 滤波器不同结构对性能指标的影响5.2 参数字长对性能指标的影响6. 收获与体会7. 参考文献8、附录：源程序清单.二. 课程设计要求 1. 课程设计报告写作请参考“课程设计报告写作的内容、要求与应注意的一些问题”。所有的文档和表格必须采用 Word 形式，格式按照“课程设计报告写作

2、的内容、要求与应注意的一些问题”要求。2. 设计报告中的 Matlab 仿真程序，FDA 工具箱仿真图必须采用自己的图。不能够抄袭别人的，必须自己完成，抄袭者和被抄袭者都不及格。3. 设计资料中的有关的公式可以直接采用。设计资料中有关的曲线图可以直接采用，成文时根据需要选用（可放大 300 倍后裁剪到 Word 文档中） ，以图文清晰为标准。4. 英文资料中的图可以直接采用（可放大 300 倍后裁剪到 Word 文档中） ，图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下或者文章中。5. 英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。6. 课程设计报告需要写自己的收获和体会。不能够抄袭别人的收获和体会，雷同者不及格。7. 每个人需要交文字稿和电子稿，采用 2003Word（或者更高版本）文档形式。三. 课程设计进度（时间）安排课程设计进度（时间）安排如下：1. 2015 年 10 月 10 日2015 年 10 月 15 日 理解课程设计题目的设计要求，查阅相关资料；2. 2015 年 10 月 16 日2015 年 11 月 15 日 完成 matlab 程序仿真及系

3、统调试；3. 2015 年 11 月 16 日2015 年 11 月 22 日 完成课程设计初稿；4. 2015 年 11 月 23 日2015 年 12 月 09 日 完成完整的课程设计报告；5. 2015 年 12 月 10 日2015 年 12 月 20 日 上交课程设计作品、报告及答辩。四. 参考文献1巩萍,赵杰. MATLAB 在数字信号处理中的应用J. 长沙大学学报,2009,05:78-79.2朱敏. MATLAB 数字信号处理工具箱的开发和应用数字滤波器 FIR 的设计J. 信息与电脑( 理论版),2010,02:154-155.3施琴红,赵明镜. 基于 MATLAB/FDATOOL 工具箱的 IIR 数字滤波器的设计及仿真 J. 科技广场,2010,07:56-58.4宁长春,陈天禄,索郎桑姆,胡海冰,厉海金. 数字信号处理中常用的 matlab 工具箱函数简介J. 西藏科技,2007,12:75-78.5赵颖,刘祖深,李胜寅. 基于 MATLAB 的 FIR 数字滤波器的方法设计J. 国外电子测量技术,2012,10:35-37.6李彩霞. 数字滤波器的设计技术D.

4、哈尔滨工程大学,2007.7丁磊,潘贞存,丛伟. 基于 MATLAB 信号处理工具箱的数字滤波器设计与仿真J. 继电器,2003,09:49-51.8王蔚. MATLAB 环境下的数字滤波器设计及其应用D.苏州大学,2002.9赵瑞堃. 基于 MATLAB 的 FIR 和 IIR 数字滤波器的设计D.吉林大学,2012.指导老师： 2015 年 10 月 10 日 南华大学电气工程学院处理课程设计i摘要：数字滤波器的设计方法有窗函数法，频率采样法以及等波纹逼近法等，其中等波纹逼近法为最优化设计，在同样的技术指标下,用这种方法设计得到的滤波器要比窗函数法和频率采样法得到的滤波器的长度均要小,而且设计过程简单易行。在本课程设计中，借助 MATLAB，设计出等波纹低通滤波器，仿真产生一个连续信号，包含低频，高频分量，对其进行频谱分析。并分析与巴特沃斯低通滤波器的优势及特点。关键字：低通滤波器 等波纹 MATLAB 巴特沃斯南华大学电气工程学院处理课程设计iiAbstract: The design of a digital filter with window function method

5、, frequency sampling method and ripple approach method, which equiripple approximation method for the optimal design, in the same technical indicators, obtained by this method filters designed to than the length of the filter window function method and frequency sampling method have to get smaller, and the design process simple. In this course design, with MATLAB, design equiripple low-pass filter, simulation generates a continuous signal, a low frequency, high frequency components, its spectrum

6、 analysis. And analysis and Butterworth low-pass filter advantages and characteristics.Keywords: Low-pass filter ripple MATLAB Butterworth南华大学电气工程学院处理课程设计iii目 录1.绪论 .12.数字滤波器的基本概念介绍 .12.1 滤波的涵义 .12.2 数字滤波器的概述 .12.3 数字滤波器的实现方法 .22.4 .数字滤波器的可实现性 .22.5 数字滤波器的分类 .22.6 FIR 滤波器简介及其优点 .22.6.1 FIR 滤波器 .22.6.2 FIR 滤波器具有以下主要优点： .23.等波纹最佳逼近法的原理说明 .33.1 等波纹最佳逼近法概述 .33.2.等波纹最佳逼近法基本思想 .33.3 等波纹滤波器的技术指标及其描述参数介绍 .43.3.1 滤波器的描述参数 .43.3.2 matlab 中的 firpm 和 firpmord 函数介绍 .44.手工计算完成等波纹 FIR 低通滤波器初始设计 .44.1 设计要求 .44.

7、2 手工计算 .5南华大学电气工程学院处理课程设计iv4.3 在 Matlab 中利用 FIRPM 函数计算 .64.4 基于 Matlab 的幅频响应曲线 .65.使用 FDA 工具箱设计 FIR 低通滤波器 .75.1 简要介绍 FDA 工具箱 .75.2 用 FDA 工具箱实现要求的滤波功能： .85.3 手工计算和利用 FIRPM 函数计算结果比较 .96. 滤波器的结构不同对性能指标的影响 .106.1 FIR 滤波器的基本结构 .106.1.1 利用直接型结构构建数字滤波器 .116.1.2 利用级联型结构构建数字滤波器 .136.1.3 两种滤波器结构对性能指标影响的比较与总结 .156.2 参数字长对性能指标的影响 .156.2.1 参数字长取 2 位对性能指标的影响 .166.2.2 参数字长取 8 位对性能指标的影响 .176.2.3 参数字长取 12 位对性能指标的影响 .186.2.4 参数字长取 14 位对性能指标的影响 .197 结论 .208. 参考文献 .21南华大学电气工程学院处理课程设计第 1 页 共 21 页1.绪论数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置，在通信、图像、语音、雷达等许多领域都有着十分广泛的应用。在数字信号处理中，数字滤波占有极其重要的地位。目前对数字滤波器的设计有多种方法。其中Matlab 软件已成为设计数字滤波器的强有力工具。传统的数字滤波器设计过程复杂、计算工作量大、滤波特性调整困难，但利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效地实现由软件组成的常规数字滤波器的设计、分析和仿真，极大地减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。 2.数字滤波器的基本概念介绍2.1 滤波的涵义a) 将输入信号的某些频率成分或某个频带进行压缩、放大;b) 对信号进行检测;c) 对参数估计 ;2.2 数字滤波器的概述所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。如图 2.2.1 给

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