FIR数字滤波器设计与软件实现PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,组员：周哲,阮浩,沈洋,江帅,彭志同,实验五：,FIR,数字滤波器设计与软件实现,1,实验指导,1,实验目的,（,1,）掌握用窗函数法设计,FIR,数字滤波器的原理和方法。,（,2,）掌握用等波纹最佳逼近法设计,FIR,数字滤波器的原理和方法。,（,3,）掌握,FIR,滤波器的快速卷积实现原理。,（,4,）学会调用,MATLAB,函数设计与实现,FIR,滤波器。,2,实验内容及步骤,（,1,）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计,FIR,数字滤波器的原理；,（,2,）调用信号产生函数,xtg,产生具有加性噪声的信号,xt,，并自动显示,xt,及其频谱，如图,10.5.1,所示；,2,（,3,）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取,xt,中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于,0.1dB,，将噪声频谱衰减,60dB,。先观察,xt,的频谱，确定滤波器指标参数。,（,4,）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度,N,，调用,MATLAB,函数,fir1,设计一个,FIR,低通滤波器。并编写程序，调用,MATLAB,快速卷积函数,fftfilt,实现对,xt,的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。,（,5,）重复（,3,），滤波器指标不变，但改用等波纹最佳逼近法，调用,MATLAB,函数,remezord,和,remez,设计,FIR,数字滤波器。并比较两种设计方法设计的滤波器阶数。,3,1.,MATLAB,函数,fir1,和,fftfilt,的功能及其调用格式请查阅本书,2.,采样频率,Fs=1000Hz,，采样周期,T=1/Fs,；,3.,根据图,10.6.1(b),和实验要求，可选择滤波器指标参数：通带截止频率,fp=120Hz,，阻带截至频率,fs=150Hz,，换算成数字频率，通带截止频率,，通带最大衰为,0.1dB,，阻带截至频率,，阻带最小衰为,60dB,。,4.,实验程序框图如图,10.5.2,所示，供读者参考,！,温馨提示：,4,Fs=1000,，,T=1/Fs,xt=xtg,产生信号,xt,并显示,xt,及其频谱,用窗函数法或等波纹最佳逼近法,设计,FIR,滤波器,hn,对信号,xt,滤波：,yt=fftfilt(hn,xt),1,、计算并绘图显示滤波器损耗函数,2,、绘图显示滤波器输出信号,yt,End,5,信号产生函数,xtg,程序清单,N=1000;xt=xtg(N),%,实验五信号,x(t),产生,并显示信号的幅频特性曲线,%xt=xtg(N),产生一个长度为,N,有加性高频噪声的单频调幅信号,xt,采样频率,Fs=1000Hz,%,载波频率,fc=Fs/10=100Hz,调制正弦波频率,f0=fc/10=10Hz.,Fs=1000;T=1/Fs;Tp=N*T;,t=0:T:(N-1)*T;,fc=Fs/10;f0=fc/10;%,载波频率,fc=Fs/10,，单频调制信号频率为,f0=Fc/10;,mt=cos(2*pi*f0*t);%,产生单频正弦波调制信号,mt,，频率为,f0,ct=cos(2*pi*fc*t);%,产生载波正弦波信号,ct,，频率为,fc,xt=mt.*ct;%,相乘产生单频调制信号,xt,nt=2*rand(1,N)-1;%,产生随机噪声,nt,6,%=,设计高通滤波器,hn,用于滤除噪声,nt,中的低频成分,生成高通噪声,=,fp=150;fs=200;Rp=0.1;As=70;%,滤波器指标,fb=fp,fs;m=0,1;%,计算,remezord,函数所需参数,f,m,dev,dev=10(-As/20),(10(Rp/20)-1)/(10(Rp/20)+1);,n,fo,mo,W=remezord(fb,m,dev,Fs);%,确定,remez,函数所需参数,hn=remez(n,fo,mo,W);%,调用,remez,函数进行设计,用于滤除噪声,nt,中的低频成分,yt=filter(hn,1,10*nt);%,滤除随机噪声中低频成分，生成高通噪声,yt,xt=xt+yt;%,噪声加信号,fst=fft(xt,N);k=0:N-1;f=k/Tp;,subplot(3,1,1);plot(t,xt);grid;xlabel(t/s);ylabel(x(t);,axis(0,Tp/5,min(xt),max(xt);title(a),信号加噪声波形,),subplot(3,1,2);plot(f,abs(fst)/max(abs(fst);grid;title(b),信号加噪声的频谱,),axis(0,Fs/2,0,1.2);xlabel(f/Hz);ylabel(,幅度,),7,8,9,窗函数法设计滤波器,%,调用,xtg,产生信号,xt,xt,长度,N=1000,并显示,xt,及其频谱,N=1000;xt=xtg;,fp=120;fs=150;Rp=0.2;As=60;Fs=1000;,%,输入给定指标,%,用窗函数法设计滤波器,wc=(fp+fs)/Fs;,%,理想低通滤波器截止频率,B=2*pi*(fs-fp)/Fs;,%,过渡带宽度指标,Nb=ceil(11*pi/B);,%blackman,窗的长度,N,hn=fir1(Nb-1,wc,blackman(Nb);,Hw=abs(fft(hn,1024);,%,求设计的滤波器频率特性,ywt=fftfilt(hn,xt,N);,%,调用函数,fftfilt,对,xt,滤波,%,以下为用窗函数法设计法的绘图部分（滤波器损耗函数，滤波器输出信号波形,),f=0:1023*Fs/1024;,10,figure(2),subplot(2,1,1);plot(f,20*log10(Hw/max(Hw);grid;,title(a),低通滤波器幅频特性,),axis(0,Fs/2,-120,20);xlabel(f/Hz);ylabel(,幅度,),t=0:N-1/Fs;Tp=N/Fs;,subplot(2,1,2);plot(t,ywt);grid;,axis(0,Tp/2,-1,1);xlabel(t/s);ylabel(y_w(t);,title(b),滤除噪声后的信号波形,),11,12,等波纹最佳逼近法设计滤波器,%,用等波纹最佳逼近法设计滤波器,fb=fp,fs;m=1,0;%,确定,remezord,函数所需参数,f,m,dev,dev=(10(Rp/20)-1)/(10(Rp/20)+1),10(-As/20);,Ne,fo,mo,W=remezord(fb,m,dev,Fs);%,确定,remez,函数所需参数,hn=remez(Ne,fo,mo,W);%,调用,remez,函数进行设计,Hw=abs(fft(hn,1024);%,求设计的滤波器频率特性,yet=fftfilt(hn,xt,N);%,调用函数,fftfilt,对,xt,滤波,%,以下为用等波纹设计法的绘图部分（滤波器损耗函数，滤波器输出信号波形,),figure(3);subplot(2,1,1),f=0:1023*Fs/1024;,plot(f,20*log10(Hw/max(Hw);grid;title(c),低通滤波器幅频特性,),axis(0,Fs/2,-80,10);xlabel(f/Hz);ylabel(,幅度,),subplot(2,1,2);plot(t,yet);grid;,axis(0,Tp/2,-1,1);xlabel(t/s);ylabel(y_e(t);,title(d),滤除噪声后的信号波形,),13,14,谢谢观看,15,