带阻插值滤波FIR的设计数字信号处理课程设计

《数字信号处理》课程设计学院：电气工程学院题目：带阻插值滤波FIR的设计的起止时间：2015年10月10日至2015年12月20日2015年10月10日《数字信号处理》课程设计任务书学院：电气工程学院的题目：带阻插值滤波FIR的设计的起止时间：2015年10月10日至2015年12月20日2015年10月10日南华大学电气工程学院课程设计课程设计内容课程设计内容如下：数字滤波器的设计任务及要求1.1设计内容1.2设计要求数字滤波器的设计2.1整体设计思路2.2设计过程2.2.1数字带阻指标2.3插值滤波滤波器原理2.3.1插值系统的直接型FIR结构2.3.2插值器的多相FIR结构2.3.3插值器的多级实现2.4涉及到的matlab函数设计内容3.1设计思想3.2设计步骤3.3用MATLAB程序实现3.4仿真结果3.5设计结果分析滤波器的实现结构对其性能的影响的分析4.1数字滤波器的实现结构一（直接型）及其幅频响应数字滤波器的参数字长对其性能影响的分析5.1数字滤波器直接型参数字长及幅频响应特性变化5.1.1参数字长取18位对性能指标的影响5.1.2参数字长取8位对性能指标的影响总结参考文献二.课程设计要求课程设计报告写作请参考“课程设计报告写作的内容、要求与应注意的一些问题”。所有的文档和表格必须采用Word形式，格式按照“课程设计报告写作的内容、要求与应注意的一些问题”要求。设计一个内插带阻滤波器：满足⑴阻带上截止频率ωst1=0.7π,⑵通带上截止频率ωp2=0.8πQUOTE,⑶通带下截止频率ωp1=0.2π,⑷阻带下截止频率ωst2=0.4π,⑸通带最大衰减αp=1dB,⑹阻带最小衰减αs=80dB。必须自己完成，抄袭者和被抄袭者都不及格。设计资料中的有关的公式可以直接采用。设计资料中有关的曲线图可以直接采用，成文时根据需要选用（可放大300倍后裁剪到Word文档中），以图文清晰为标准。英文资料中的图可以直接采用（可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下或者文章中。英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。课程设计报告需要写自己的收获和体会。不能够抄袭别人的收获和体会，雷同者不及格。每个人需要交文字稿和电子稿，采用2003Word（或者更高版本）文档形式。三.课程设计进度（时间）安排课程设计进度（时间）安排如下：1.2015年10月10日—2015年10月15日理解课程设计题目的设计要求，查阅相关资料；2.2015年10月16日—2015年11月15日完成各部分电路设计及系统调试；3.2015年11月16日—2015年11月22日完成课程设计初稿；4.2015年11月23日—2015年12月09日完成完整的课程设计报告；5.2015年12月10日—2015年12月20日上交课程设计作品、报告及答辩。四.参考文献1.陈杨生,颜钢锋.硬件实现基于BP神经网络设计的带阻FIR滤波器[J].浙江大学学报(工学版),2006,07:1146-1149+1163.2.潘永才,王子旭,游治,黄汉华,傅俊菁.数字FIR滤波器的MATLAB设计[J].半导体技术,2001,08:52-54+57.3.扶蔚鹏,刘建华.FIR带阻滤波器优化设计研究[J].系统工程与电子技术,2001,12:101-103.4.冉茂华.基于DSP的FIR数字滤波器的设计[D].武汉理工大学,2006.5.石金和.基于虚拟仪器的频谱分析仪研制[D].苏州大学,2005.6.王蔚.MATLAB环境下的数字滤波器设计及其应用[D].苏州大学,2002.7.杨晓玲.矿用高压开关微机综合保护若干问题的研究与应用[D].北京化工大学,2010.8.陈杨生.信号估计及滤波若干关键技术研究[D].浙江大学,2009.9.彭宇.基于嵌入式Linux的数据采集系统的研究与设计[D].中南大学,2007.10.张丽丽.基于色散器件级联的微波光子滤波器研究[D].天津理工大学,2014.11.邢国泉.基于MATLAB的FIR带阻数字滤波器的设计[J].北京生物医学工程,2008,06:596-598+603.12.聂伟,杨胜姚,王岩嵩.基于FPGA的通用FIR滤波器设计[J].实验技术与管理,2010,10:69-72.13.丁昊,宋杰,王国庆,关键.基于FPGA的数字幅频均衡器设计[J].电子测量技术,2010,10:48-51.14.祁春慧.基于光纤光栅的微波光子滤波器及发生器研究[D].北京交通大学,2012.15.于源.全光微波信号处理技术的研究[D].华中科技大学,2013.16.冯彦君,靳鸿,章晓眉.应用MATLAB分析语音信号[J].光电技术应用,2011,03:57-60.17.张伟.示波器离线数据分析软件设计[D].电子科技大学,2011.18.林战平.一种巴特沃斯型FIR数字滤波器的新设计[J].广西物理,2007,03:31-34.指导老师：2015年10月10日I型结构经过延迟之路合并后得到，对于50阶差分方程需要50个延迟单元，所需延迟单元较多，软件实现时可节省存储单元，硬件实现时可节省寄存器。比较发现：在参数字长一定的情况下，两种结构的滤波器较初始设计在性能指标方面均有误差。由于直接型滤波器的系数不是直接决定单个零极点，不能很好的进行滤波器性能的控制，且直接型滤波器的极点对参数的变化过于敏感，从而使得系统的频率响应对参数的变化也特别敏感，容易出现不稳定或产生较大误差；而级联型滤波器每个二阶系数单独控制一对零、极点，有利于控制频率响应。因此直接型误差比级联型更大，受有限参数字长影响更大。此外，级联型的的幅频响应曲线的通带的波动稳定性要稍好于直接型。所以，参数字长有限的情况下，级联结构型滤波器对参数变化的反应要比直接结构型的更小，性能指标误差更小，滤波效果更好，更能符合设计指标的要求。5.数字滤波器的参数字长对其性能影响的分析在实际的数字滤波器的设计中，由于计算机或DSP芯片等的字长和存储空间有限，所以也只能对设计参数取有限的字长进行设计。然而，如果字长太短，则设计的滤波器误差就会太大，造成滤波效果不佳。下面研究不同参数字长对性能指标的影响。将计算获得的基于最小方差法的微分器FIR数字滤波器的系数输入fadtool中的filtercoefficients工具中，并点击ImportFilter按钮，生成数字滤波器。运用Setquantizationparameters按钮，在filterarithmetic下拉菜单下选择FixedPoint选项，输入参数开始设置滤波器。5.1数字滤波器直接型参数字长及幅频响应特性变化5.1.1参数字长取18位对性能指标的影响将numeratorwordlength的值改为18，点击下方的Apply按钮，此时设计的滤波器幅频响应曲线和性能指标如下图所示：图5.1.1字长为18时性能图5.1.2参数字长取8位对性能指标的影响将numeratorwordlength的值改为9，点击下方的Apply按钮，此时设计的滤波器幅频响应曲线和性能指标如下图所示：图5.1.2字长为9的性能图6.总结设计带通滤波器时首先要计算出过渡带，然后查表得到不同窗函数所需要的阶数，实际应用中应根据实际情况，折衷处理，兼顾各项指标，为了这次课程设计，自己自学了数字信号处理领域中插值滤波的有关知识。实际中遇到的离散时间信号总是有限长的，因此不可避免地要遇到数据截断问题。而且，有关滤波器的设计、功率谱估计等基本概念也要用到插值滤波器。本次课程设计对MATLAB实现函数做出了说明，最后又结合具体的实例，对插值滤波FIR特性等进行了介绍。对于我来说，数字信号处理本来就是一门很难的课程，在只学到了皮毛的情况下，要我去做课设，我真的无从下手。整天拿着书本自学有关滤波器的知识，上网搜资料，忙的焦头烂额，可还是收获不大。直到有同学做了插值滤波器，问到她的思路，我才开始有目的的找资料，才开始做。通过这次学习，我不但掌握了FIR数字滤波器的基本知识及其实际应用的技巧了，还提高了自己的编程和写报告的能力，收获颇多。7.参考文献1.陈杨生,颜钢锋.硬件实现基于BP神经网络设计的带阻FIR滤波器[J].浙江大学学报(工学版),2006,07:1146-1149+1163.2.潘永才,王子旭,游治,黄汉华,傅俊菁.数字FIR滤波器的MATLAB设计[J].半导体技术,2001,08:52-54+57.3.扶蔚鹏,刘建华.FIR带阻滤波器优化设计研究[J].系统工程与电子技术,2001,12:101-103.4.冉茂华.基于DSP的FIR数字滤波器的设计[D].武汉理工大学,2006.5.石金和.基于虚拟仪器的频谱分析仪研制[D].苏州大学,2005.6.王蔚.MATLAB环境下的数字滤波器设计及其应用[D].苏州大学,2002.7.杨晓玲.矿用高压开关微机综合保护若干问题的研究与应用[D].北京化工大学,2010.8.陈杨生.信号估计及滤波若干关键技术研究[D].浙江大学,2009.9.彭宇.基于嵌入式Linux的数据采集系统的研究与设计[D].中南大学,2007.10.张丽丽.基于色散器件级联的微波光子滤波器研究[D].天津理工大学,2014.11.邢国泉.基于MATLAB的FIR带阻数字滤波器的设计[J].北京生物医学工程,2008,06:596-598+603.12.聂伟,杨胜姚,王岩嵩.基于FPGA的通用FIR滤波器设计[J].实验技术与管理,2010,10:69-72.13.丁昊,宋杰,王国庆,关键.基于FPGA的数字幅频均衡器设计[J].电子测量技术,2010,10:4