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1、实习题目 FIR和IIR滤波器设计 班 级： 信息08-1 姓 名： 学 号： 04号 指导教师： 实验日期： 2011.12.5-2011.12.9 目 录一、 实习目的2二、 实习要求2三、 滤波器的实现2(一)、有限冲激响应滤波器(FIR)的实现2(二)、无限冲激响应滤波器（IIR）的实现5五、 程序代码及运行结果8(一)、FIR滤波器程序代码81、FIR低通滤波器实现82、FIR高通滤波器实现103、FIR带通滤波器实现134、FIR带阻滤波器实现16(二)、IIR滤波器程序代码191、IIR低通滤波器实现192、IIR高通滤波器实现203、IIR带通滤波器实现224、IIR带阻滤波器
2、实现23六、 实习总结25七、 实习心得26七、参考文献27FIR和IIR滤波器设计一、 实习目的1、 掌握数字滤波器的设计过程；2、 了解FIR和IIR的原理和特性；3、 熟悉设计FIR和IIR数字滤波器的原理和方法。二、 实习要求1、 通过MATLSB设计确定FIR和IIR滤波器系数；2、 DSP初始化。3、 A/D采样；4、 FIR和IIR运算，观察滤波器前后的波形变化；5、 对带有噪声的不同输入信号进行FIR和IIR滤波，观察滤掉后噪声后的波形；6、 熟练使用CCS 对程序进行调试。三、 滤波器的实现 (一)、有限冲激响应滤波器(FIR)的实现 1、FIR滤波器的基本结构 数字滤波是将
3、输入的信号序列，按规定的算法进行处理，从而得到所期望的输出序列。 一个线性位移不变系统的输出序列y(n)和输入序列x(n)之间的关系，应满足常系数线性差分方程： 其中x(n)为输入序列，y(n)为输出序列，ai、bi为滤波器系数N为滤波器的阶数。 当上式所有的ai均为0，则得FIR滤波器的差分方程： 对式进行z变换，可得FIR滤波器的传递函数： FIR滤波器的结构图如图1所示。 图1 FIR滤波器的结构 2、有限冲激响应滤波器的MATLAB设计 FIR滤波器系数的产生可以通过MATLAB得到。MATLAB是Math Works公司用于数值计算和信号处理的数学计算工具包，可以方便直观地进行分析、
4、计算和系统仿真 。 FIR滤波器设计有两种实现方法：方法1:直接通过MATLAB的滤波器设计函数，其语法如下： b=fir1(n，Wn) b=fir1(n，Wn，ftype) b=fir1(n，Wn，Window) b=fir1(n，Wn，ftype，Window) 其中n为滤波器的阶数，Wn为滤波器的截止频率，ftype用来决定滤波器的类型， 当ftype=high时，可设计高通滤波器； 当ftype=stop时，可设计带阻滤波器。Window用来指定滤波器采用的窗函数类型，其默认值为汉明（Hamming）窗。 方法2:采用滤波器设计工具箱来设计滤波器的参数，可以方便地得到所需滤波器。该方法
5、按照如下步骤来实现： (1) 打开MATLAB滤波器设计工具箱中的滤波器设计与分析工具（FDATool）。 (2) 在滤波器设计页面中设置滤波器参数： 滤波器类型选择带通；设计方法选择FIR（有限冲激响应滤波器）、窗函数法设计；滤波器阶数选择最小阶数，窗类型采用Kaiser窗；频率选择归一化频率，阻带1设为0.15，通带1设为0.2，通带2设为0.5，阻带2设为0.55；幅度单位选分贝，阻带1设为20dB，通带设为1dB，阻带2设为20dB。(3) 单击设计滤波器按钮，在右上窗口可以看到所设计滤波器的幅频、相频等各种图形。 (4) 在File菜单，选择“Export”子菜单出现Export窗口
6、，选择输出到Text-file，单击“OK”按钮即可将参数输出到指定文件中。本次实习选用方法1来求FIR滤波器的系数。 3、FIR滤波器DSP实现 FIR滤波器的输出表达式： y(n)=b0x(n)+b1x(n-1)+ +bn-1x(n-N+1) 其中bi为滤波器系数，x(n)为滤波器在n时刻的输入，y(n)为n时刻的输出。 其基本算法: 采用乘法累加运算。即不断地输入样本x(n)，经过z-1延时后,再进行乘法-累加，最后输出滤波结果y(n)。 FIR滤波器的DSP实现有三种方法：方法一：独立编写汇编语言。方法二：独立编写C语言。方法三：调用DSPLIB库函数。其调用形式有：ushort of
7、lag = fir (DATA *x, DATA *h, DATA *r, DATA *dbuffer, ushort nx,ushort nh) 其中xnx 为输入向量，其个数为nx，hnh为滤波器的系数，其阶数为nh，rnx为输出向量，个数为nx，dbuffernh+2是延时缓冲区，其长度为nh = nh + 2。ushort oflag = fir2 (DATA *x, DATA *h, DATA *r, DATA *dbuffer, ushort nx,ushort nh) 4、FIR滤波器程序流程图 图2 FIR滤波器程序流程图 (二)、无限冲激响应滤波器（IIR）的实现 1、IIR
8、滤波器的基本结构 无限冲激响应滤波器的差分方程如下： 在零初始条件下，对上式进行z变换，得到系统的传递函数： 无限冲激响应滤波器的结构如图2所示。图3 IIR滤波器结构 2、无限冲激响应滤波器(IIR)的MATLAB设计 同有限冲激响应滤波器一样，无限冲激响应滤波器也可以在MATLAB中通过两种不同的方法进行设计。 方法1:利用滤波器设计函数直接生成滤波器。MATLAB中提供了多种IIR滤波器的设计方法，包括巴特沃斯滤波器，切比雪夫型、切比雪夫型滤波器，椭圆滤波器等,本次实习采用椭圆滤波器求滤波器的系数ak和bk。 方法2:采用滤波器设计与分析工具设计滤波器。其具体步骤为： (1) 打开FDA
9、Tool ；(2) 设置滤波器参数 ；(3) 单击设计滤波器按钮；(4) 单击File菜单，选择“Export”子菜单，选择输出到“Text-file”，单击“OK” 。在本次实习中选择方法一。 3、IIR滤波器DSP实现 1）、IIR滤波器的DSP实现方法 IIR滤波器的DSP实现有三种方法： 方法一：独立编写汇编语言。 方法二：独立编写C语言。 方法三：调用DSPLIB库函数。其调用形式有： ushort oflag = iircas5 (DATA *x, DATA *h, DATA *r, DATA *dbuffer, short nbiq,ushort nx),其中h的存放系数顺序为h
10、 = a11 a21 b21 b01 b11 . a1i a2i b2i b0i b1i。 ushort oflag = iircas51 (DATA *x, DATA *h, DATA *r, DATA *dbuffer, ushort nbiq,ushort nx)，其中h的存放系数顺序为h = b01 b11 b21 a11 a21 .b0i b1i b2i a1i a2i。 2）、高阶IIR滤波器的实现 一个高阶IIR滤波器可以由若干个二阶基本节相级联或并联构成。由于调整每个二阶基本节的系数，只涉及这个二阶基本节的一对极点和零点，不影响其他极、零点，因此用二阶基本节构成的IIR滤波器便
11、于系统的性能调整，受量化噪声影响小，因而得到了广泛的应用。其方法是将高阶IIR滤波器分解成若干个二阶基本节，然后进行级联来实现。若干个二阶基本节的结构如图3所示。 图4 i个二阶基本节 3、IIR滤波器程序流程图 图5 程序流程图五、 程序代码及运行结果 (一)、FIR滤波器程序代码CCS软件环境下主程序代码如下 #include math.h#include tms320.h#include dsplib.h#include test.hshort i;short eflag1= PASS;short eflag2= PASS;DATA rNX;DATA *dbptr = &db0;void
12、 main() int i; short xNX; for(i=0;iNX;i+)xi=0; for (i=0;iNX;i+) xi=(short)(1+sin(PI*3000*i/10000)*sin(PI*4000*i/10000)*32768/3) ; for (i=0; iNX; i+) ri = 0; / clear output buffer (optional) for (i=0; iNH+2; i+) dbi = 0; / clear delay buffer (a must) fir2(x, h, r, dbptr, NX, NH);/双MAC运算，速度快 while(1);
13、 1、FIR低通滤波器实现 （1）MATLAB程序代码 clear allclcwp=0.4;ws=0.6;B=ws-wp;%计算过渡带宽N=ceil(6.6*pi/B) %按哈明窗计算滤波器长度wc=(ws+wp)/2;b=fir1(N-1,wc);%80 point hamming window FIR filter, Wn=0.2fvtool(b,1)%Flter Visualization Tool可心以查看幅度响应、冲激响应等 h=buffer(round(b*32768),8); %参数*215,把小数点移最高位后面后取整，然后排成8个 %一行便于输出。 csvwrite(table.txt,h) %参数表输出到文件中 %然后只要把参数表从table.txt中拷到代码中，每行前面加上 .word 运行结果如下：N=104生成table.txt文档-11,-12,12,13,-15,-16,18,20-23,-26,29,33,-37,-4
