朱辉辉0909122726

1、中南大学信息科学与工程学院 数字信号处理 课设报告 题 目： 数字信号处理课程设计 学 院： 信息科学与工程 班 级： 电子1203 姓 名： 朱辉辉 学 号： 0909122726 指导教师： 支国明 科 目： 数字信号处理 完成日期： 2014年10月20号 目录一、设计要求3二、软件要求3三、设计方案.3四、设计步骤.3五、运行结果.16六、总结.18七、参考文献.181、 设计要求 1、使用MATLAB（或其它开发工具）编程实现上述内容，写出课程设计报告。 2、课程设计报告的内容包括：（1）课程设计题目和题目设计要求；（2）设计思想和系统功能结构及功能说明；（3）设计中关键部分的详细描

2、述和介绍，采用流程图描述关键模块的设计思路；（4）总结，包括设计过程中遇到的问题和解决方法，心得体会等；（5）参考文献；（6）程序源代码清单。2、 软件要求 MATLAB（或其他开发工具）3、 设计方案将静态信号或动态信号利用FFT（）函数傅里叶变换，分析其幅频特性与相频特性，设计IIR巴特沃斯和切比雪夫低通、高通、带通、带阻滤波器将数字信号滤波，分析滤波后的信号的幅频特性与相频特性，最后将几种滤波后信号进行对比分析。4、 设计步骤 1、信号发生器根据信号选择分为两类：（1）静态型：直接输入（或从文件读取）测试序列； （2）动态型：输入由若干个不同频率正弦信号叠加组合而成的模拟信号公式（如式1

3、所示），根据输入的采样频率和采样点数，动态生成该模拟信号的采样序列，作为测试信号。 使用FFT对步骤1生成的测试信号进行频谱分析，展示信号的幅频、相频特性。指定需要滤除或保留的频带，通过选择滤波器类型（IIR/FIR），确定对应的滤波器（低通、高通、带通、带阻）技术指标。我采用switch语句，在程序开始时，让使用者选择输入动态信号还是静态信号，用input语句输入静态信号或动态信号参数。代码：i=input('please i(choose 1.动态2.静态)=');switch fix(i)case 1 %动态信号t=(0:0.0001:1);n=1:100;A=input

4、('请输入幅度值A=');f1=input('请输入第一项频率f1=');f2=input('请输入第二项频率f2=');f3=input('请输入第三项频率f3=');N=600; %数据长度N=0.6/0.001 =600个点Ft=1000; T=1/Ft;n=0:N-1; %采样时间间隔,n是采样点数t=n*T; %时间序列y=100*sin(2*pi*f1*t)+100*sin(2*pi*f2*t)+100*sin(2*pi*f3*t);case 2x=input('please x=');n=1:leng

5、th(x);m=fft(x);h=abs(m);figure(2);subplot(311);stem(n,x,'.'); %序列title('xulietu');subplot(312);plot(n,h); %幅频特性title('fupingtexingtu');subplot(313);plot(n,angle(x);End + 2、滤波器设计根据步骤1中确定的IIR/FIR数字滤波器技术指标设计滤波器，得到对应的滤波器系数，并展示该滤波器的幅频（衰减）、相频特性。（1）IIRDF：使用双线性变换法，可选择滤波器基型（巴特沃斯或切比雪夫型

6、）；IIR类型滤波器，我设计了巴特沃斯低通、高通、带通、带阻共四种滤波器。在信号分析之后，依旧采用两个switch语句，让使用者选择滤波器的类型，滤波器的设计，先将数字滤波参数转化为模拟滤波参数，设计过度模拟滤波器，然后用函数将模拟滤波器通过双线性变换法转换成数字滤波器。代码：j=input('请选择滤波器类型 1.IIR DF 2.FIR DF j=');switch fix(j)case1q=input('请选择类型 1.带通 2.带阻 3.低通 4.高通 q=');switch fix(q);case1%巴特沃斯带通滤波器 wpl=0.5062;wph=0

7、.5563;wsl=0.3750;wsh=0.6750;ap=1;as=40;wp=wpl,wph;ws=wsl,wsh;T=1;fs=1/T;wp1=2*tan(wp/2);ws1=2*tan(ws/2);N,wc=buttord(wp1,ws1,ap,as,'s');%设计过度模拟滤波器B,A=butter(N,wc,'s');b,a=bilinear(B,A,fs); %用双线性变换法转换成数字滤波器h,w=freqz(b,a,512,'whole'); %计算滤波器的频率响应figure(3);subplot(411);plot(w/pi

8、,abs(h);axis(0,1,0,1);xlabel('w/pi');ylabel('fudu(db)');grid;title('N=',num2str(N);subplot(412);plot(w/pi,angle(h);xlabel('w/pi');ylabel('xiangwei');grid;title('相频特性图');z=filter(b,a,x); %通过滤波器后的信号subplot(413);plot(n,z);title('滤波后的信号');subplot(4

9、14);ft=fft(z);plot(abs(ft);case2%巴特沃斯带阻滤波器wpl=1500;wph=2700;wsl=2025;wsh=2225;ap=1;as=40;fs=8000;ws1=2*wsl/fs,2*wsh/fs;wp1=2*wpl/fs,2*wph/fs;N,wc=ellipord(wp1,ws1,ap,as);%设计过度模拟滤波器b,a=ellip(N,ap,as,wc,'stop');h,w=freqz(b,a,512,'whole'); %计算滤波器的频率响应figure(3);subplot(411);plot(w/pi,abs

10、(h);axis(0,1,0,1);xlabel('w/pi');ylabel('fudu(db)');grid;title('N=',num2str(N);subplot(412);plot(w/pi,angle(h);xlabel('w/pi');ylabel('xiangwei');grid;title('幅频特性图');z=filter(b,a,x); %通过滤波器后的信号subplot(413);plot(n,z);title('滤波后的信号');subplot(414);

11、ft=fft(z);plot(abs(ft);case3%巴特沃斯低通滤波器 wp=input('输入通带截止频率wp=');ws=input('输入阻带截止频率ws=');ap=input('输入通带最大衰减ap=');as=input('输入阻带最小衰减as=');x=A*sin(2*pi*f1*n*T)+A*sin(2*pi*f2*T*n)+A*sin(2*pi*f3*n*T); %序列m,W=freqz(x,512);h=abs(m);T=1;fs=1/T;wp1=2*tan(wp/2);ws1=2*tan(ws/2);N

12、,wc=buttord(wp1,ws1,ap,as,'s');%设计过度模拟滤波器B,A=butter(N,wc,'s');b,a=bilinear(B,A,fs); %用双线性变换法转换成数字滤波器h,w=freqz(b,a,512,'whole'); %计算滤波器的频率响应figure(3);subplot(411);plot(w/pi,abs(h);axis(0,1,0,1);xlabel('w/pi');ylabel('fudu(db)');grid;title('N=',num2str(N

13、);subplot(412);plot(w/pi,angle(h);xlabel('w/pi');ylabel('xiangwei');grid;title('幅频特性图');z=filter(b,a,x); %通过滤波器后的信号subplot(413);plot(n,z);title('滤波后的信号');subplot(414);ft,Wt=freqz(h,512);plot(Wt/pi,abs(ft);case4%巴特沃斯高通滤波器 wp=0.4;ws=0.2ap=1;as=15;T=1;fs=1/T;wp1=2*tan(wp

14、/2);ws1=2*tan(ws/2);N,wc=buttord(wp1,ws1,ap,as,'s');%设计过度模拟滤波器B,A=butter(N,wc,'high','s');b,a=bilinear(B,A,fs); %用双线性变换法转换成数字滤波器h,w=freqz(b,a,512,'whole'); %计算滤波器的频率响应figure(3);subplot(411);plot(w/pi,abs(h);axis(0,1,0,1);xlabel('w/pi');ylabel('fudu(db)'

15、;);grid;title('N=',num2str(N);subplot(412);plot(w/pi,angle(h);xlabel('w/pi');ylabel('xiangwei');grid;title('相频特性图');z=filter(b,a,x); %通过滤波器后的信号subplot(413);plot(n,z);title('滤波后的信号');subplot(414);ft=fft(z);plot(abs(ft);end （2）FIRDF：使用窗口法，可选择窗口类型，并比较分析基于不同窗口、不同阶

16、数所设计数字滤波器的特点。 我采用的是等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器。代码：case2Fp=60; %阻带截止频率Fs=50 60; %通带截止频率As=30; %阻带最小衰减Ap=0.5; %通带最大衰减a=1 0;dev=(10(Ap/20)-1)/(10(Ap/20)+1) 10(-As/20);wp=2*pi*Fp; %wp，ws分别为通带频率和截止频率，Ap为通带最大衰减，As阻带最小衰减。ws=2*pi*Fs;Y=fft(y,1024); %进行快速傅里叶变换，fft(x,N)算N点的DFT。(M为x的点数)若M>N，则将原序列截短为N点序列，再计算其N点DFT；若M&

17、lt;N，则将原序列补零至N点，然后计算其N点DFT。%FIR低通等波纹滤波器%k,fo,ao,w = firpmord(Fs,a,dev,Ft);b = firpm(k,fo,ao,w);h,w=freqz(b,1,1024,Ft); %等号左边输出，右边输入根据参数求出频率响应figure(3)subplot('211');plot(w*Ft*0.5/pi,20*log10(abs(h);title('滤波器幅频特性');ylabel('振幅/dB');xlabel('频率/Hz');subplot('212'

18、);plot(w*Ft*0.5/pi,180/pi*unwrap(angle(h);title('滤波器相频特性');ylabel('相位');xlabel('频率/Hz');z=filter(b,1,y);m=fft(z,1024); %求滤波后的信号figure(1)subplot(4,2,3);plot(0:511)*Ft/1024,abs(m(1:512); %x轴范围不填就默认。函数的长度title('滤波后信号的频谱');grid;%画分割线subplot(4,2,4);plot(z);title('滤波后的信号波形');grid;subplot(4,2,2);plot(y);title('滤波前信号的波形');grid;subplot(4,2,1);plot(0:511)*Ft/1024,abs(Y(1:512);title('滤波前信号的频谱');grid;end; + 3、输出信号分析展示经步骤4处理后所得滤波后信号的幅频、相频特性，分析是否满足滤波要求。对同一滤波要求，根据输出信号频谱，对比分析各类滤波器的差异。五、运行结果（1）、设计动态信号对其进行分析并通过滤波器，输入动态信号参数为：A=100