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1、CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY设计题目： FIR数字低通滤波器学生姓名：胡扬、李元林、黄一师、周通学院名称：长春工程学院专业名称：电子信息工程班级名称：电子1041学 号：35、29、34、8完成时间：2013T 2-门2013 年 12 月 11 H任务分配表班级学号姓名完成主要任务电子104135胡扬程序调试及软件仿真电子104129李元林Protel原理图及PCB图电子104134黄一师整理报告、协同软件仿真电子10418周通查找资料理论研究FIR数字低通滤波器胡扬、李元林、黄一师、周通（电子 1041:35、29、34、8）摘要：本文设计了一个一种基
2、于Mat lab和CCS软件的FIR数字低通滤波器，符合通带边界频 率8600Hz,阻带边界频率12000Hz,通带最人衰减3db,阻带最小衰减80db的技术指标。 文中深入分析了该滤波器系统设计的功能特点、实现原理以及技术关键，阐述了使用MATLAB 进行Fir低通滤波器设计及仿真的具体方法。最后把整个设计方案用CCS编写代码并用 Mat lab和CCS联合进行仿真。仿真结果与理论相符，因此，该设计方法实现了 FIR数字低 通滤波。关键词：Fir数字低通滤波器TMS320VC54XX0引言随着电子技术的飞速发展，人们正逐步进入数字化时代，数字滤波器越来越受到人们 的关注，并且在近代电信设备和
3、各类控制系统中的应用极为广泛，如语音处理、图像处理、 通信、电视、雷达、生物医学信号处理等。数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可 分为有无限长单位冲激响应（IIR）滤波器和有限长单位冲击响应（FIR）滤波器。IIR滤波 器虽然可以利用模拟滤波器设计的结果，方便简单，但它的相位是非线性的。图像处理以及 数据传输都要求信道具有线性相位，同时又可以具有任意的幅度特性，而FIR滤波器的单位 冲激响应是有限长的，因而滤波器一定是稳定的。随着Mat lab软件和信号处理工具箱的不 断完善，可以利用Mat lab信号处理工具箱快速有效地实现数字滤波器的设计、分析和仿真。1系统原理及设计方法1.1 FI
4、R滤波器的基本结构FIR滤波器E的单位抽样响应为有限长度，一般采用非递归形式实现。通常的FIR数字 滤波器有横截性和级联型两种。FIR滤波器实现的基本结构有：（l）FIR滤波器的横截型结构表示系统输入输出关系的差分方程可写作：N7y（n）=工- m）/n=0直接由差分方程得出的实现结构如图2-2所示:4n)h(0) h(iy孑J13111/h(N-2)、1311J11311h(N-1)7(n)图1-1、横截型（直接型.卷积型）若加“）呈现对称特性，即此FIR滤波器具有线性相位，则可以简化加横截型结构，F 面分情况讨论：图12、N为奇数时线形相位实现结构图13、N为偶数时线性相位实现结构(2)
5、FIR滤波器的级联型结构将分解成实系数二阶因子的乘积形式：N7TH =刃1(识 N =珂 +b、h+b2h(M)N=0Jl=l这时FIR滤波器可用二阶节的级联结构来实现，每个二阶节用横截型结构实现。如图所 示：图14、FIR滤波器的级联结构这种结构的每一节控制一对零点，因而在需要控制传输零点时可以采用这种结构。1.2 FIR数字滤波器的设计方法IIR滤波器的优点是可利用模拟滤波器设计的结呆，缺点是相位是非线性的，若需要 线性相位，则要用全通网络进行校正。FIR滤波器的优点是可方便地实现线性相位。FIR滤波器单位冲激响应A(n)的特点：其单位冲激响应 心)是有限长系统函数为：ATH=工/心)厂n
6、=0在有限Z平面有(AM)个零点，而它的(NJ)个极点均位于原点Z=O处。Fir滤波器线性相位的特点：如果FIR滤波器的单位抽样响应/?()为实数，而且满足以下任一条件：偶对称 h(n)=h(N-l-n)奇对称 h(n)=-h(N-l-n)其对称中心在=(N-l)/2处，则滤波器具有准确的线性相位。窗函数设计法：一般是先给定所要求的理想滤波器频率响应H3),由H0)导出hd(n),我们知道理想滤波器的冲击响应他(“)是无限长的非因果序列，而我们要设计的是hg)是有限长的FIR滤波器，所以要用有限长序列hdn)来逼近无限长序列hg),设：(1-3)常用的方法是用有限长度的窗函数讥刃來截取 役即:
7、这里窗函数就是矩形序列&a）,加窗以后对理想低通滤波器的频率响应将产生什么样 的影响呢?根据在时域是相乘关系，在频域则是卷积关系：H（严）=心（严）叫也刖（1-5）2兀w其中，%血）为矩形窗谱，H严）是FIR滤波器频率响应.通过频域卷积过程看的幅度函数川g）的起伏现象，可知，加窗处理后，对理想矩形的频率响应产生以下几点影响：（1）使理想频率特性不连续点处边沿加宽，形成一个过渡带，其宽度等于窗的频率响应的主 瓣宽度。（2）在截止频率的两边的地方即过渡带的两边，出现最人的肩峰值，肩峰的两侧形成起伏振 荡，其振荡幅度取决于旁瓣的相对幅度，而振荡的多少，则取决于旁瓣的多少。（3）改变N, 只能改变窗谱
8、的主瓣宽度，改变3的坐标比例以及改变的绝对值人小，但不能改变主瓣与 旁瓣的相对比例（此比例由窗函数的形状决定）。（4）对窗函数的要求a、窗谱主瓣尽可能窄，以获取较陡的过渡带；b、尽量减小窗谱的最人旁瓣的相对幅度；即能量集中于主瓣，使肩峰和波纹减小，增 大阻带的衰减。频率采样法：窗函数设计法是从时域出发，把理想的加（町用一定形状的窗函数截取成有限长的加“）, 来近似理想的力d（），这样得到的频率响应H（严；逼近于所要求的理想的频率响应频率抽样法则是从频域出发，把给定的理想频率响应护）加以等间隔抽样得到 血（Q，然后以此H脚作为实际FIR滤波器的频率特性的抽样值H伙），即H& ） = Hd（ejw
9、）（o=k（1-6）知道H伙）后，由DFT定义可唯一确定有限长序列h（n）,利用这N个频域抽样值H（k）同样利用频率内插公式可得FIR滤波器的系统函数H，及频率响应,即：频率抽样法内插公式：(1-7)HQ) =频率抽样法小结优点：可以在频域直接设计，并且适合于最优化设计。缺点：抽样频率只能等于2t/N的整数倍，或等于2tu/N的整数倍加上兀/N。因而不能确保截止频率 处的自由取值，要想实现自由地选择截止频率，必须增加抽样点数N, 但这又使计算量增大。为了提高逼近质量，减少通带边缘由于抽样点的陡然变化而引起的起伏振荡。有目的地在理想频率响应的不连续点的边缘，加上一些过渡的抽样点，增加过渡带，减少
10、起伏振荡。2系统硬件电路图15、系统原理框图2.1复位电路设计vccGZDTPS37O5-5OU3卜:MR WDO VCC RST GNDWDI 匕二 PFI PFO图2-1.复位电路2-2电源电路设计+5GND.|WR4-2G、D壷1広7ETFNC1 RESETNCNC1GNDNC1EN 1FB/SENSE1 TM1 CT TT11111IN1 V/U 1 1OUTMCORFWFTNCNC2GNDNC2EN2SENSE2IN2OUT2IN2OUTNCNCNCNCTPS73HD3182918 r 16T?+1.8V D2*1N418D358171N418D4IEledD5亠-MVCC 1N41
11、8GND图2-2、电源电路2.3 JTAG电路设计及时钟电路设计-GND丰川轴删刪删I删删刪Antu XM 宕Hl 二z xll 2-1 二X二 NJAuss s2s : mu* 5-5 s-.zs nMxnsnnxfJrnct:cuMaoax.2 OXIMQ_MM oKMrM 0?2 osz77二二二JI2322C zo z:SFilter Design-Filter Design &Analysis Tools(fdatool),启动滤波器分析器。启动成功后界面如图4-5图4-57、在选项中选择或输入滤波器参数，完成后单机DesignFilter按钮，实现滤波器设计。 结果如图4-6DFi
12、lter Design & Analysis Tool untitled.fda *file Edit Analysis Texgets View Window Helpl Cufront Flter Information Magnitude(dB)EC3BlStructure.Drect-rorm FlROrder:50Siable:丫Source;DesonedStore Filer .Filer Manager8S.2U?S51015Frequency (kHz)200000yHighp888VSandpass3anUtopDifferentiaiory一 Respcnse TypeFi
