數字濾波器的設計(文件)

　

【正文】 公正，公開，積極落實學校學院的具體工作。再次，學習委員在學習上要做好模范帶頭作用，要有優異的成績，當同學們向我提出問題時，基本上給同學一個正確的回復。最嚴重的一次是，我沒有把英語四六級報名的時間，地點通知到位，導致我們班有 4 名同學錯過報名的時間。信號處理的目的一般是對信號進行分析、變換、綜合、估值與識別等。該軟件是 1984年由美國 MathWorks 公司推出的一套用于數值計算及圖形處理的高性能的可視化軟件，它集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構成了一個方便友好的界面和用戶環境，深受工 程技術人員及科技專家的歡迎，并很快成為應用學科計算機輔助分析、設計、仿真、教學等領域不可或缺的基礎軟件。相比于模擬濾波器，數字濾波器具有以下顯著優點： (1)精度高 :模擬電路中元件精度很難達到 10 3 以上，而數字系統17 位字長就可以達到 10 5 精度。并且數字濾波器多采用大規模集成電路，如用 CPLD、單片機來實現，也可以用專用的 DSP 處理器來實現，這些大規模集成電路的故障率遠比眾多分立元件構成的模擬系統的故障率低。比如在用一些用模擬網絡做的低頻濾波器中，網絡的電感和電容的數值會大到驚人的程度，甚至不能很好地實現，這時候若采用數字濾波器則方便的多。用 MATLAB語言編寫濾波程序，并進行仿真和分析。數字波器從實現的網絡結構或者從單位脈沖響應分類，可以分為無限脈沖響應（ IIR）和有限脈沖響應（ FIR）濾波器。下面介紹幾種 IIR 數字濾波器的基本實現結構。不過，當濾波器可以分解成幾個低階基本節時，各基本節的低階濾波器常可使用這類直接型結構。其他情況下，分解 方法也完全相同。 圖 1MN M2B(1 z)A iIiIH(z) Cz i （ 210 1 1 21 z1 z zi 1i 1i 0i1i2iM1將式（式 ）中的 H(z)進行因式分解，并寫成如下形式 式中， M（式 ）中的最后一項為 0，并設（式 M2M1 2,當 M N 時，的 H(z)的極點不重復。根據模擬信號的拉普拉斯變換與離散序列的 Z變換之間的關系，可以得到 1H()z| Hs( jk ) （ 213） ST asz eTk 此式表明， ha(t)的拉普拉斯變換在 s 平面T延拓 s 2后 按式 z eST，進行 Z 變換，就可以將 Ha(s)映射為 H(z)。則 ha(t)的離散序列 SnTih(n) h(nT) Aeu(nT) （ 216 aii 1N 對 h(n)進行 Z 變換之后，可以得到數字濾波器的系統函數 H(z) NA ni （ 217） H()z h()nz ST 111 ezn 0i 1 對比 Ha(s)與 H(z)，我們會發現： s 域中 Ha(s)的極點是，映射到 z 平面之后，其極點變成了 eST，而系數沒有發生變化，仍為 A。為了確保轉換后的 H(z)穩定且滿足技術要求，轉換關系要滿足以下要求： （ 1）因果穩定的模擬濾波器轉換成數字濾波器，仍是因果穩定。 在 MATLAB 中，脈沖響應不變法的調用函數是 impinvar，其調用格式為a.[bz,az]=impinvar(b,a,fs)b.[bz,az]=impinvar(b,a)c.[bz,az]=impinvar(b,a,fs,tol)該函數的功能是將分子向量為 b、分母向量為 a的模擬濾波器，轉換為分子向量為 bz、分母向量為 az 的數字濾波器。analysistool）是 matlab 信號處理工具箱里專用的濾波器設計分析工具， fdatool可以設計幾乎所有的基本的常規濾波器，包括 fir和 iir 的各種設計方法。這是因為模擬濾波器設計方法已經很成熟，它不僅有完整的設計公式，還有完善的圖表供查閱，另外，還有一些典型的濾波器類型可供我們使用。fp2=600。rs=15。wsl=*pi。%設計切比雪夫濾波器； [n,wn]=cheb1ord(ws/pi,wp/pi,rp,rs)。figure。)。t=(1:Fs)/Fs。x=sin(2*pi*ff1*t)+sin(2*pi*ff2*t)+sin(2*pi*ff3*t)。subplot(212)。 figure。hua_fft(y,Fs,1)。%人為設置 FFT的步長 nffty=ymean(y)。y_f=fs*(0:nfft/21)/nfft。%matlab 的幫助里畫 FFT的方法 %ylabel(39。頻率 39。)。ni=round(f1*nfft/fs+1)。%ylabel(39。頻率 39。)。 幅值 39。)。subplot(212)。)。title(39。 心得體會 為期兩周的課程設計即將結束，在這期間我經歷了從查資料、分析課題到學習軟件、設計程序、調試、總結經驗教訓及書寫畢業論文的過程。 第五篇：數字濾波器調研報告 數字濾波器調研報告 一、數字濾波器 數字濾波器由數字乘法器、加法器和延時單元組成的一種算法或裝置。 二、數字濾波器發展背景 隨著信息科學與計算技術的迅速發展，數字信號處理的理論與應用得到飛躍式發展，形成了一門極為重要的學科。上述這些信號大部分是模擬信號，也有小部分是數字信號。信號處理的目的一般是對信號進行分析、變換、綜合、估值與識別等。許多復雜的系統可以用高精度、大信噪比和可重構的數字技術來實現。數字濾波與模擬濾波相比，有精度高、可靠性高、靈活性好等突出優點， 可以滿足對幅度和相位的嚴格要求，還能降低開發費用，縮短研制到應用的時間，在很多領域逐步代替了傳統的模擬信號系統。以往的濾波器大多采用模擬電路技術，但是，模擬電路技術存在很多難以解決的問題，例如，模擬電路元件對溫度的敏感性，等等。在這一時期，各種各樣的數字濾波器原理結構和特性被提出，并且出現了各 種數字濾波器的逼近方法和實現方法，對遞歸和非遞歸兩類濾波器作了全面的比較和分析。全國有 100 來所高等院校從事DSPamp。北京理工大學研究利用 FPGA提高加解密運算的速度，等等。從整體而言，我 國無源濾波器發展比有源濾波器迅速，而數字濾波器比模擬濾波器的發展較緩 慢。當然，對濾波器本身的 研究仍在不斷進行。此外，他們還在進行 Mojave 項目的開發工作，力圖采用運行時重構技術來實現自動目標識別應用。由于 FPGA實現乘法器有困難，因此他們重點研究開發無乘法的濾波器算法。 20 世紀 60 年代起，由于計算機技術、集成工藝和材料工業的發展，濾波器的發展上了一個新臺階，朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩定可靠和價廉等方向努力，其中高精度、小體積、多功能、穩定可靠成為 70 年代以后的主攻方向，導致數字濾波器、 RC 有源濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發展。無論是在理論方面還是在工程技術領域，都有很多科研成果。而在 FPGA 信號處理和系統方面，有了喜人的進展，正在進行與世界先進國家同樣的研究。當利用快速傅利葉變換（ FFT）來實現卷積運算的概念被提出之后，發現高階有限沖激響應濾波器也可用較高的運算效率來實現，因此使得人們對高性能的有限沖激響應濾 波器的設計方法進行了大量的研究分析，從而出現了此后數字濾波器設計中頻域方法與時域方法的局面。關于數字濾波器的研究，在 40 年代末期就有人研究過它的可能性問題，在 50 年代也有人在研究生班討論過數字 濾波的問題。 三、國內外發展狀況 數字濾波器精確度高、使用靈活、可靠性高，具有模擬設備所沒有的許多優點，已廣泛地應用于各個科學技術領域 ,例如數字電視、語音、通信、雷達、聲納、遙感、圖像、生物醫學以及許多工程應用領域。 數字信號處理中一個非常重要且應用普遍的技術就是數字濾波。根據處理對象的不同，信號處理技術分為模擬信號處理系統和數字信號處理系統。大多數情況下一維模擬信號的自變量是時間，經過時間上的離散化 (采樣 )和幅度上的離散化 (量化 )，這類模擬信號便成為一維數字信號。不論是國民經濟或者是國防建設都與之息息相關，緊密相連。數字濾波器對信號濾波的方法是 ：用數字計算機對數字信號進行處理，處理就是按照預先編制的程序進行計算。在仿真過程中，我們要求衰減的時候，曲線 斜率越大越好，但是我們一般得不出這一的理想值。)。頻率 39。ylabel(39。 信 號 幅 值 譜39。xlabel(39。plot(y_f,2*abs(y_ft(1:nfft/2))/length(y))。title(39。)。plot(y_f(ni:na),abs(y_ft(ni:na)*2/nfft))。%論壇上畫 FFT 的方法 else f1=varargin{1}。title(39。)。%conj()函數是求 y 函數的共軛復數，實數的共軛復數是他本身。%對 y信號進行 DFT，得到頻率的幅值分布 y_p=y_ft.*conj(y_ft)/nfft。當 style=其他的，那么花幅值譜和功率譜 %當style=1 時，還可以多輸入 2 個可選參數 %可選輸入參數是用來控制需要查看的頻率段的 %第一個是需要查看