数字信号处理课程设计之带阻滤波器

1、课程设计报告(2013- 2014年度第一学期)名 称: 数字信号处理 题 目：带阻FIR数字滤波器设计院 系： 动力系 班 级： 测控11K2 学 号： 学生姓名： 指导教师： 白康 设计周数： 一周 成 绩： 日期：2014年01月13日数字信号处理课程设计任 务 书一、 目的与要求能够运用本课程中学到的知识，设计基于窗口函数法的FIR 数字滤波器。要求掌握数字信号处理的基本方法；FIR滤波器的设计步骤和方法；能够熟练采用C 语言或MATLAB语言进行计算机辅助设计和仿真验证设计内容的合理性。二、 主要内容1） 掌握设计数字滤波器的基本步骤；2） 重点掌握利用窗口函数法设计FIR数字滤波器

2、的设计方法，不同窗函数对滤波器滤波性能的影响以及滤波器单位冲激响应长度对滤波器延时特性的影响；3） 能够利用傅立叶变换在理论上分析滤波器的频率响应；4） 掌握计算机C语言或MATLAB的编程技巧；三、 进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1熟悉利用窗口函数法设计FIR带阻滤波器的方法和步骤，针对具体题目进行设计2天2编制程序2天3调试， 答辩1天四、 设计（实验）成果要求设计报告五、 考核方式答辩+平时表现学生姓名：指导教师：白康 20014年1月13 日数字信号处理课程设计一、设计目的与要求能够运用本课程中学到的知识，设计基于窗口函数法的FIR 数字滤波器。要求掌握数字信号处理的基本方法

3、；FIR滤波器的设计步骤和方法；能够熟练采用C 语言或MATLAB语言进行计算机辅助设计和仿真验证设计内容的合理性。二、正文 1设计题目：采用窗口函数法设计一个带阻FIR数字滤波器，要求设计的频率响应为2设计步骤（1）根据设计要求，确定FIR滤波器的频率响应，包括截止频率、过渡带、阻带最小衰减： 由设计题目可得知滤波器的通带0.6通带宽度0.4和0，通带宽度0.2，过渡带宽度0.1和，过渡带宽0.1，阻带宽度0.2，阻带最小衰减为。（2）根据前一步的截止频率、过渡带、阻带最小衰减，确定选择的窗口函数类型 和的列长度： 由于阻带最小衰减要求为-26dB，根据窗函数基本参数可查的汉宁窗的阻带最小衰

4、减为-44dB,符合要求且在所有符合要求中最简,因此选择汉宁窗.同样可以查的汉宁窗的过渡带宽为8/N.所以0.1=8/N,N=8/(0.1)=80,取N=81. 同样可以查得汉宁窗（3）根据第一步确定理想的频率响应，通过求的逆傅里叶变换得到，对进行右移、截短和窗口函数处理，求得因果FIR数字滤波器的单位冲激响应 : 由已知的条件可以得出理想得频率响应 。右移、截短 .因此因果FIR数字滤波器的单位冲激响应* （4）求得傅里叶变换，检验是否符合要求； .3.各部分设计结果和MATLAB的仿真波形如下:1).理想 2).汉宁窗w(n):3).实际，4).幅度响应(db): 由此可以得知设计的滤波器

5、阻带最小衰减为-44db,验证了汉宁窗的阻带最小衰减为-44db,同时说明该设计的滤波器在阻带最小衰减的性能指标满足设计要求的-26db.检验:1).f1=sin(0.1*pi*n)2).f2=2*sin(0.8*pi*n)3).f3=4*sin(0.4*pi*n) 4)叠加后的图像f4=+f1+f2+f35).通过滤波器后的图像f4*h(n)6).f5=f1+f3分析：通过滤波器后，只有f1和f3的图形能通过滤波器，所以f5=f1+f3的图像应该和f4*h(n)的图像差不多。三、收获和体会： 通过本次带阻FIR数字滤波器的设计，加深了对数字滤波器的了解，同时对其的设计方法及各种性能指标都有一

6、定的了解。基本掌握了MATLAB的用法，可以根据给定的条件写出需要的程序，得到理想的波形。在课程设计的初期，由于对matlab软件的不熟悉，在算完数据编辑程序运行的时候，会出现很多的问题，例如程序的错误，多或少写一行程序，多加一个括号之类的，导致程序不能运行，不能输出波形，还有就是X轴和Y轴长度的选取不合适，导致输出波形之后无法完全显示或者出现重叠的现象，这些都是在课程设计时常遇到的问题，通过查找相关资料，请教老师和同学，我一一解决了这些困难，比较完整地完成了带阻FIR滤波器的设计实验。这次试验让我学习到了很多学科知识，更加深刻地掌握了数字信号处理的相关知识，相信在大学剩下的学习中，这些知识会

7、对我有很大的帮助。四、参考文献：1、数字信号处理 丁玉美 西安电子科技大学出版社 2、Matlab信号处理与应用 董长虹 国防工业出版社 3、数字信号处理基础及MATLAB实现 周辉 中国林业出版社 五、源程序：MATLAB程序代码:clear all; Wpl=0.2*pi;Wph=0.6*pi;Wsl=0.3*pi;Wsh=0.5*pi;tr_width=min(Wsl-Wpl),(Wph-Wsh); N=ceil(8*pi/tr_width)+1 n=0:N-1;Wcl=(Wsl+Wpl)/2; Wch=(Wsh+Wph)/2;for i=0:N-1 hd1(i+1)=sin(Wcl*(

8、i-(N-1)/2+eps)./(pi*(i-(N-1)/2+eps); hd2(i+1)=(sin(pi*(i-(N-1)/2+eps)-sin(Wch*(i-(N-1)/2+eps)./(pi*(i-(N-1)/2+eps); hd(i+1)=hd1(i+1)+hd2(i+1);endw_hann=(hanning(N); w0=w_hann'h=hd.*w0;h1,w=freqz(h,1);f1=sin(0.1*pi*n)subplot(321)stem(n,f1)title('f1=sin(0.1*pi*n)的图像')axis(0 N-1 -1.1 1.1);y

9、label('f1');text(N,-0.1,'n');hold onf2=2*sin(0.8*pi*n)subplot(322)stem(n,f2)title('f2=2*sin(0.8*pi*n)的图像')axis(0 N-1 -2 2);ylabel('f2');text(N,-0.1,'n');hold onf3=4*sin(0.4*pi*n)subplot(323)stem(n,f3)title('f3=4*sin(0.4*pi*n)的图像')axis(0 N-1 -5 5);ylabe

10、l('f3');text(N,-0.1,'n');hold onf4=f1+f2+f3subplot(324)stem(n,f4)title('f4=f1+f2+f3的图像')axis(0 N-1 -10 10);ylabel('f4');text(N,-0.1,'n');hold onf=conv(f4,h)subplot(325)k=(0:160)stem(k,f)title('通过滤波器后的图像')axis(0 160 -4.0 4.0);ylabel('f4*h（n）');t

11、ext(N,-0.1,'k');hold onf5=f1+f3subplot(326)stem(n,f5)title('f5=f1+f3的图像')axis(-40 120 -8.0 8.0);ylabel('f5');text(N,-0.1,'n');hold onfigure(2)subplot(221)stem(n,hd)title('理想单位脉冲响应hd(n)')axis(0 N-1 -0.5 1);ylabel('hd(n)');text(N,-0.1,'n');hold onsubplot(222)stem(n,w_hann)title('汉宁窗w(n)')axis(0 N-1 0 1);ylabel('w(n)');text(N,-0.1,'n');hold onsubplot(223)stem(n,h)title('实际单位脉冲响应h(n)')axis(0 N-1 -0.5 1);ylabel(&