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1、本科毕业设计论文题 目 基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计与仿真 专业名称 电子信息工程 学生姓名 指导教师 毕业时间 2012年6月 设计论文 毕业 任务书一、题目基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计与仿真二、指导思想和目的要求1. 指导思想：随着信息技术的迅猛发展，数字信号处理已成为一个极其重要的学科和技术领域，在通信、语音、图像、自动控制和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。数字滤波器是数字信号处理的一个重要的技术分支。利用它可以在形形色色的信号中提取所需要的信号，抑制不需要的干扰或噪声。数字滤波器根据其单位冲激响应函数的时域特性分为两种：无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长
2、冲激响应（FIR）滤波器。IIR滤波器保留了模拟滤波器较好的幅度特性，设计简单有效，但这些特性是以牺牲相位特性为代价而获得的，然而现在许多数据传输、图像处理系统都越来越多的要求系统具有线性相位特性。在这方面，FIR滤波器具有独特的优点，它可以保持严格的线性相位特性，因此越来越受到广泛的重视。2. 目的要求：（1）介绍当今国内外关于MATLAB设计数字滤波器的设计及研究方向，熟练使用MATLAB软件并熟练运用MATLAB编程语言；（2）介绍数字滤波器的类型并着重研究FIR数字滤波器的主要设计方法：窗函数法，频率采样法，等波纹最佳逼近法。根据不同方法的不同设计思路编出具体程序，并将其分别进行分析比
3、较，利用Simulink进行仿真并验证；（3）经过仿真，将各种方法设计出的滤波器对指定波形滤波前后进行比较并得出有关结论。三、进度和要求1. 3-5周查阅资料，确定方案，撰写开题报告。2. 6-7周学习使用MATLAB软件，翻译英文资料。3. 8-13周完成FIR数字滤波器的设计，并通过MATLAB进行仿真测试；4. 14-15周整理、完成毕业设计，并撰写论文；5. 15-16周准备及完成毕业设计答辩。四、主要参考书及参考资料1高西全、丁玉美，数字信号处理。西安：西安电子科技大学出版社2李哲英、骆丽、刘元盛，DSP基础理论与应用技术。北京：航空航天大学出版社 3贺超英，MATLAB应用与实验教
4、程。北京：电子工业出版社 4陈桂明，张明照，戚红雨，应用Matlab语言处理数字信号与数字图像。北京: 科学出版社5张葛祥，李娜，MATLAB仿真技术与应用。北京：清华大学出版社6楼顺天、李博菡，基于MATLAB的系统分析与设计信号处理。西安：西安电子科技大学出版社7董长虹等，MATLAB信号处理与应用。北京：国防工业出版社8 美 M.H.海因斯 著，张建华等译，数字信号处理。北京：科学出版社学生 _ 指导教师 _ 系主任 _目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2 FIR数字滤波器研究概况21.3 本文的主要研究内容3第2章 数字滤波器及MATLA
5、B语言概述42.1 数字滤波器的分类42.2 常用滤波器的性能指标52.3 MATLAB概述8第3章 FIR滤波器的设计方法研究103.1 FIR数字滤波器的数学模型和基本结构103.2 窗函数设计法113.3 频率采样法223.4 等波纹最佳逼近法283.5 本章小结29第4章 FIR滤波器的设计和仿真314.1 设计滤波系统314.2 仿真结果分析324.3 本章小结34结 论35致 谢36参考文献37毕业设计小结38摘 要随着科学技术的飞速发展，数字信号处理技术广泛的应用于各种领域中，而数字滤波技术在数字信号处理中占有极其重要的地位。由于传统的模拟滤波器很难满足工业生产的需求，因此，对数
6、字滤波器的研究具有重要的实际意义。相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，可以得到非常理想的频率响应特性，而且可以达到非常高的精度，这些优势决定了数字滤波器的应用将会越来越广泛。本文首先介绍了数字滤波器的发展概况和分类，分析了有限冲激响应（FIR）数字滤波器的数学模型及结构；然后，针对不同的设计思想，先后采用了窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法对不同类型的FIR数字滤波器进行编程设计，并进行了对比分析；最后，在Simulink环境下建立FIR数字滤波器的系统模型。利用FDA Tool工具，采用窗函数法设计低通滤波器验证建立的系统模型，同时使用多台示波器对滤波过程进行全程跟踪。通过对仿真结果的
7、分析和比较，总结出每种设计方法的特点。关键词：FIR数字滤波器，MATLAB，Simulink，FDA ToolABSTRACT With the rapid development of science and technology, digital signal processing technology is widely used in various fields, and the digital filter technology in digital signal processing plays an important role in.Because the traditio
8、nal analog filter is hard to meet the needs of industrial production, therefore, the digital filter is of important practical significance to study.Compared with analog filter, digital filter can be obtained without drift, the ideal frequency response characteristics, and can achieve very high preci
9、sion, which determines the advantages of the application of digital filter will be more and more widely.This paper introduces the digital filter development overview and classification, analysis of the finite impulse response (FIR) digital filter model and structure; then, according to the different
10、 design ideas, have used the window function method, frequency sampling method and the best bellows approximation method for different types of FIR digital filter design and programming, compared and analyzed; finally, in the Simulink environment to establish the FIR digital filter system model.Usin
11、g the FDA Tool tool, using the method of window function low pass filter verifies the system model, and the use of multiple oscilloscope to the filtering process tracking.Through the analysis of the simulation results and comparison, summed up the characteristics of each kind of design method.KEY WO
12、RDS：fir digital filter，matlab，simulink，fda tool第1章 绪论1.1 课题研究的背景及意义随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理技术已成为当今一门极其重要的学科和技术领域。数字信号处理 DSP(Digital Signal Proeessing)是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采样、变换、综合、估值和识别等加工处理，以达到提取信息和便于应用的目的。目前，它正在各种工程技术领域里快速发展，并且在许多的应用领域逐步代替传统的模拟信号处理系统，如通讯、自动控制、电力系统、故障检测、语音、自动化仪表、航空航天、铁路、机器人、雷达、声
13、纳、遥感等领域。数字滤波是提取有用信息非常重要、非常灵活的方法，是现代信号处理的重要内容。所谓数字滤波器，就是其输入和输出都是数字信号，通过一定的运算关系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。相对于模拟滤波器，数字滤波器具有以下显著优点。1. 精度高模拟电路中元件精度很难达到以上，而数字系统17位字长就可以达到，因此在一些精度要求很高的滤波系统中，就必须采用数字滤波器来实现。 2. 灵活性大数字滤波器的性能主要取决于乘法器的各系数，而这些系数是存放在系数存储器中的，只要改变存储器中存放的系数，就可以得到不同的系统，这些都比改变模拟滤波器系统的特性要容易和方便的多，因而具有很大
14、的灵活性。3. 可靠性高因为数字系统只有两个电平信号：“1”和“0”，受噪声及环境条件的影响小，而模拟滤波器各个参数定的温度系数，易受温度、振动、电磁感应等影响。并且数字滤波器多采用大规模集成电路，也可以用专用的DSP处理器来实现，这些大规模集成电路的故障率远比都有一众多分立元件构成的模拟系统的故障率低。4. 易于大规模集成因为数字部件具有高度的规范性，便于大规模集成，大规模生产，且数字滤波电路主要工作在截止或饱和状态，对电路参数要求不严格，因此产品的成品率高，价格也日趋降低。相对于模拟滤波器，数字滤波器在体积、重量和性能方面的优势已越来越明显。比如在用一些用模拟网络做的低频滤波器中，网络的电
15、感和电容的数值会大到惊人的程度，甚至不能很好地实现，这时候若采用数字滤波器则方便的多。5. 并行处理数字滤波器的另外一个最大优点就是可以实现并行处理，比如数字滤波器可采用DSP 处理器来实现并行处理。TI 系列的DSP芯片采用多条指令并行处理的结构，时钟频率为几十MHz的DSP芯片，可高达几百MIPS(即每秒执行百万条指令)。基于上述众多优点它正在各种工程技术领域里快速发展，并且在许多的应用领域逐步代替了传统的模拟滤波器，所以，对数字滤波器的研究具有很重要的实际意义。1.2 FIR数字滤波器研究概况目前，在所有的工程技术领域中都会涉及到信号处理问题，其信号表现形式有电、磁、机械以及热、光、声等，信号
