基于MATLAB的FIR数字滤波器设计_毕业设计论文.docx

电子技术课程设计

题目基于MATLAB的FIR数字滤波器设计
院(系) 电气信息工程学院
郑州轻工业学院
课程设计(论文)任务书
题目简易窗帘自动开闭电路
专业电子信息10-1 学号 541001030138姓名谢强
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
主要内容
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技术要求
要求电路能够通过感应装置,检测到光线的强弱。
要求电路根据光线的强弱,自动将窗帘打开和关闭。
要求电路能够在窗帘接触到边沿时,自动切断电源。
主要参考资料
,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
,电子电路设计与实践,山东科学技术出版社,2001年10月
,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,1999年10月
,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月
,电子技术基础,高教出版社,2003
完成期限: 2012年06月22日
指导教师签章:
专业负责人签章:
2012 年 06月 11日
目录
摘要 I
1 数字滤波器 1
数字滤波器简介 1
FIR数字滤波器 1
IIR数字滤波器 3
2 数字滤波器设计工具MATLAB 4
MATLAB简介 4
MATLAB的优势 5
3 FIR数字滤波器设计 6
窗函数法设计FIR滤波器 6
设计方法 7
各种窗函数 7
频率取样法设计线性相位FIR滤波器 8
线性相位FIR滤波器的优化设计 11
4 利用MATLAB设计FIR数字滤波器 12
两个重要函数 12
设计不同参数的FIR滤波器 13
数字高通滤波器的实现 13
数字带通滤波器的实现 18
数字带阻滤波器的实现 24
不同窗函数设计滤波器的比较 29
FIR数字滤波器和IIR数字滤波器的比较 29
参考文献 30
附录 31
基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计
摘要
在数字控制系统中输入信号中所含的干扰对系统的性能会产生很大的影响,因此需要对输入信号进行处理,以提取有用信号。有限长冲激响应(FIR)滤波器在数字信号处理中发挥着重要作用,采用Matlab软件对FIR数字滤波器进行仿真设计,简化了设计中繁琐的计算。
本文采用窗函数法,通过调用Matlab函数分别用矩形窗、汉明窗、汉宁窗、三角形窗和布拉克曼窗分别设计了相同参数的数字高通滤波器、数字带通滤波器和数字带阻滤波器,并绘制对应的幅频特性曲线。根据设计结果,比较在相同参数下经由不同的窗函数设计出的滤波器的异同点。最后比较了相同参数下设计出的FIR滤波器和IIR滤波器的异同点。
关键词 MATLAB 窗函数 FIR 数字滤波器
1 数字滤波器
数字滤波器简介
数字滤波器是一个离散的系统。它可以对输入的离散信号进行一系列运算处理,从输入的信号中获得所需要的信息。数字滤波器的系统函数通常表示为
(1-1)
数字滤波器分为有限冲激响应数字滤波器,即FIR数字滤波器和无限冲激响应,即IIR数字滤波器。从公式的角度来看,FIR数字滤波器的始终为零;IIR数字滤波器至少有一个非零。
实现数字滤波器的方法一般有两种:一种是利用计算机的程序编译,从而仿真实现;另一种是利用硬件来实现。实现一个数字滤波器一般需要三个基本的运算单元:加法器、延时器和乘法器。
设计一个数字滤波器的一般步骤为:
(1)按所给要求确定滤波器的性能
(2)用一个因果稳定的离散线性时不变的系统函数逼近此性能的要求
(3)利用算法来实现这个系统函数
(4)利用计算机仿真或硬件来实现
FIR数字滤波器
FIR滤波器是指在有限范围内系统的单位脉冲响应h[k]仅有非零值的滤波器。M阶FIR滤波器的系统函数H(z)为
(1-2)
其中H(z)是的M阶多项式,在有限的z平面内H(z)有M个零点,在z平面原点z=0有M个极点.
FIR滤波器的频率响应为
(1-3)
它的另外一种表示方法为
(1-4)
其中和分别为系统的幅度响应和相位响应。
若系统的相位响应满足下面的条件
(1-5)
即系统的群延迟是一个与没有关系的常数,称为系统H(z)具有严格线性相位。由于严格线性相位条件在数学层面上处理起来较为困难,因此在FIR滤波器设计中一般使用广义线性相位。
如果一个离散系统的频率响应可以表示为
(1-6)
其中和是