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1、 1课程设计报告课程设计报告(2010- 2011 年度第一学期)名 称: 数字信号处理 题 目：高通 FIR 数字滤波器设计院 系： 动力系 班 级： 测控 08K1 学 号： 学生姓名： 指导教师： 金秀章 设计周数： 一周 成 绩： 日期：2011 年 1 月 7 日2数字信号处理数字信号处理课程设计课程设计任任 务务 书书一、一、 目的与要求目的与要求本次课程设计是使学生们加深对数字信号处理课程内容的理解而开设的。滤波器作为数字信号处理的一个重要分支，是测控专业学生必须掌握的内容。通过 FIR 数字滤波器的设计，使学生掌握滤波器和一般数字信号处理系统的设计步骤及软/硬件实现手段，为以后
2、的工作和科学研究打下坚实的基础。二、二、 主要内容主要内容1） 掌握设计数字滤波器的基本步骤；2） 重点掌握利用窗口函数法设计 FIR 数字滤波器的设计方法，-、不同窗函数对滤波器滤波性能的影响以及滤波器单位冲激响应长度对滤波器延时特性的影响；3） 能够利用傅立叶变换在理论上分析滤波器的频率响应；4） 掌握计算机 C 语言的编程技巧；三、三、 进度计划进度计划序号序号设计设计( (实验实验) )内容内容完成时间完成时间备注备注1熟悉利用窗口函数法设计 FIR 滤波器的方法和步骤，针对具体题目进行设计2 天2编制程序2 天3调试， 答辩1 天四、四、 设计（实验）成果要求设计（实验）成果要求设计
3、报告五、五、 考核方式考核方式答辩学生姓名：杨欣指导教师：金秀章2011 年 01 月 7 日3数字信号处理课程设计数字信号处理课程设计一、一、 目的与要求目的与要求本次课程设计是使学生加深对数字信号处理课程内容的理解而开设的滤波器作为数字信号处理的一个重要分支，是测控专业学生必须掌握的内容。通过 FIR 数字滤波器的设计，使学生掌握滤波器和一般数字信号处理系统的设计步骤及软/硬件实现手段，为以后的工作和科学研究打下坚实的基础。二、正文二、正文1 1设计题目：用窗口函数设计一个高通 FIR 数字滤波器，要求设计的频率响应为：02. 0| )(|jeH3 . 0|02. 01| )(|02. 0
4、1|jeH|4 . 02设计步骤（1）根据设计要求，确定 FIR 滤波器的频率响应，包括过渡带宽、通带和阻带阻尼限制：由设计题目可得知滤波器的通带通带宽度 0.6，过渡带|4 . 0宽度 0.1，阻带宽度 0.3，阻带最小衰减为4 . 0|3 . 03 . 0|0。dB34)02. 01/(02. 0lg20（2）根据前一步的过渡带宽、通带和阻带阻尼限制，确定选择的窗口函数类型和的nh列长度：由于阻带最小衰减要求为-34dB，根据窗函数基本参数可查的汉宁窗的阻带最小衰减 为-44dB,符合要求且在所有符合要求中最简,因此选择汉宁窗.同样可以查的汉宁窗的过渡 带宽为 8/N.所以 0.1=8/N
5、,N=8/(0.1)=80,取 N=81. 同样可以查得汉宁窗.)(*)12cos(1 5 . 0)(nRNnnN（3）根据第一步确定理想的频率响应，通过求的逆傅里叶变换得到)(j deH)(j deH，对进行右移、截短和窗口函数处理，求得因果 FIR 数字滤波器的单位冲激响nhdnhd应 :nh由已知得条件可以得出理想得频率响应 ； 。1| )(|jeH|35. 0w0| )(|jeH35. 0|0 w4)/()20/7sin(*)(21)(nndweeHnhjwnjw d右移、截短 .)40/(20/)40(7sin)(nnnhd800 n因此因果 FIR 数字滤波器的单位冲激响应* nh
6、)(nhd)(n800 n（4）求得傅里叶变换，检验是否符合要求；nh)(*)12cos(1 *5 . 0*)40/(20/)40(7sin)(*)(nRNnnnnnhnhN. 800*)()(njwnjwenheH各部分 MATLAB 的仿真曲线如下:a). )40/(20/)40(7sin)(nnnhdb).汉宁窗:5c).实际 .)(*)12cos(1 *5 . 0*)40/(20/)40(7sinnRNnnnnhNd)对数幅频相频响应:6由此可以得知设计的滤波器阻带最小衰减为-44db,验证了汉宁窗的阻带最小衰减为- 44db,同时说明该设计的滤波器在阻带最小衰减的性能指标满足设计要求
7、的-34db. e).频率特性:由频率特性可以清晰的看出过渡宽为 0.1,而且当时,最大3 . 00,当时,最大,符合设计02. 001006. 0)(j deH3 . 04 . 001006. 1)(j deH要求的.2 . 017（5）设计硬件电路或软件程序实现所设计的 FIR 数字滤波器。(6）验证滤波效果:输入一混合信号频率分别为 0.6pi 和 0.2pi;x=sin(0.6*pi*n)+sin(0.2*pi*n) 可以看出低频部分被虑去,高频部分完好的保存,同时可以得到群延迟了(N-1)/2=40.三、分析总结：三、分析总结： 通过本次高通 FIR 数字滤波器的设计，加深了对数字滤
8、波器的了解，同时对其的设计方法及各种性能指标都有一定的了解。由阻带最小衰减确窗函数的类型，由过渡带宽确定窗函数的点数 N，由理想频率响应通过傅立叶逆变换得到和 hd(n)截断右移，由窗函数特性确定的 w(n),加窗后得到实际 h(n)=hd(n)*w(n) 。最后验证各项指标（包括阻带最小衰减，过渡带宽，通带阻带以及截至频率） 。四、附件四、附件:MATLAB 程序代码:1.理想 hd(n)n=0:1:80y=-sin(0.35*pi*(n-40)./(pi*(n-40)stem(n,y);hold on;stem(40,-0.35);xlabel(理想hd(n);82. 汉宁窗:N=81;y
9、=hanning(N);n=0:1:80;stem(n,y);xlabel(汉宁窗);3. 实际h(n): n=0:1:80y=-sin(0.35*pi*(n-40)./(pi*(n-40).*(0.5*(1-cos(2*pi*n/80);stem(n,y);xlabel(实际h(n) hold on;stem(40,-0.35);4.对数幅频相频响应 wp=0.3*pi;ws=0.4*pi;wdelta=ws-wp;N=ceil(8*pi/wdelta);Wn=(wp+ws)/2;b=fir1(N,Wn/pi,high,hanning(N+1);H,W=freqz(b,1,512);freq
10、z(b,1,512);5.频率特性:wp=0.3*pi;ws=0.4*pi;wdelta=ws-wp;N=ceil(8*pi/wdelta);Wn=(wp+ws)/2;b=fir1(N,Wn/pi,high,hanning(N+1);H,W=freqz(b,1,512);plot(W,abs(H);xlabel(w);axis(0 pi -0.1 1.1)set(gca,XTick,0:0.1*pi:pi,YTick,-0.1:0.1:1) ;set(gca,XTickLabel,0,0.1pi,0.2pi,0.3pi,0.4pi,0.5pi,0.6pi,0.7pi,0.8pi,0.9pi,p
11、i);grid on;y=-0.1:0.05:1;x0=0.3*pi+0*y;x1=0.35*pi+0*y;x2=0.4*pi+0*y;hold on;plot(x0,y,x1,y,-.,x2,y);96.验证 wp=0.3*pi;ws=0.4*pi;wdelta=ws-wp;N=ceil(8*pi/wdelta);Wn=(wp+ws)/2;b=fir1(N,Wn/pi,high,hanning(N+1);H,W=freqz(b,1,512);plot(W,abs(H);xlabel(w);axis(0 pi -0.1 1.1)set(gca,XTick,0:0.1*pi:pi,YTick,-
12、0.1:0.1:1) ;set(gca,XTickLabel,0,0.1pi,0.2pi,0.3pi,0.4pi,0.5pi,0.6pi,0.7pi,0.8pi,0.9pi,pi);grid on;y=-0.1:0.05:1;x0=0.3*pi+0*y;x1=0.35*pi+0*y;x2=0.4*pi+0*y;hold on;plot(x0,y,x1,y,-.,x2,y);i=0:100;x1=sin(0.2*pi*i);subplot(2,2,1);plot(x1);i=0:100;x2=sin(0.6*pi*i);subplot(2,2,2);plot(x2);x=x1+x2;subplot(2,2,3);plot(x);y=conv(x,b)subplot(2,2 ,4); plot(y);
