FIR滤波器的MATLAB设计与实现
1、设计任务
1、用MATLAB软件实现FIR滤波器;
2、设计基于DSP 的FIR滤波器硬件框图;
3、了解用DSP实现FIR滤波器的关键问题;
4、完成必要的软件流程图。
2.前言
在通信与电子信息当中,在对信号作分析与处理时,常会遇到有用信号叠加
无用噪声的问题。这些噪声信号有的是与信号同时产生的,有的是在传输过程中
混入的,在接收的信号中,必须消除或减弱噪声干扰,这是信号处理中十分重要
的问题。根据有用信号与噪声的不同特性,消除或减弱噪声,提取有用信号的过
程就称为滤波。滤波器的种类很多,实现方法也多种多样。随着数字技术的飞速
发展,数字滤波理论也得到了长足的进步。因此,对数字滤波系统硬件实现的要
求也越来越高,而软件模拟的方法不仅能及时地提供系统运行的信息,还可以随
时改变系统结构从而验证全新的系统,所以软件仿真变得非常重要。Matlab 是具
有很强的科学计算和图形显示功能的软件系统,可以对数字滤波器进行精确设计,
并且方便地进行FFT 频谱分析与频谱图显示,从而对数字滤波器进行快速地检验
和分析。本文讨论在MATLAB 平台下的FIR 数字滤波器设计与分析。
DSP是一种实时、快速、特别适合于实现各种数字信号处理运算的微处理器。
由于它由具有丰富的硬件资源、高速数据处理能力和强大的指令系统,而在通信、
航空、航天、雷达、工业控制、网络及家用电器等各个领域得到广泛应用。DSP
DSP FIR
分为定点和浮点两种,本文以定点 芯片为例,讨论 滤波器实现的几个关键
问题。所讨论的这些问题,在DSP系统设计中有实际的参考和应用价值。
3 FIR MATLAB
. 滤波器的原理与 仿真设计
3.1 滤波器概述
数字滤波在数字信号处理中占有重要的地位,是广泛使用的一种基本线性处
理模块,它可以实现模拟器件很难达到的准确线性相位关系特性。数字滤波器分
为无限冲激响应滤波器(IIR)和有限冲激响应滤波器(FIR)。由于FIR系统只有零点,
IIR
因此这类滤波器不像 滤波器那样容易取得比较好的通带与阻带衰减特性。要取
1
得好的衰减特性,一般要求H(z)的阶次要高,即N 要大。FIR 滤波器有自己突出
的优点,其一是系统总是稳定的,其二是易实现线性相位,其三是只要经过一定
的时延,任何非因果有现场序列都能变成因果有限长序列,因而总能用因果系统
FIR
来实现,其四是 滤波器由于单位冲击响应是有限长的,因而可以用快速傅里叶
变换算法来实现过滤信号,从而可以大大提高运算效率。由于FIR 滤波器在阶数
IIR FIR
相同的条件下运算速度比 滤波器快,同时 滤波器具有不含反馈环路、结构
简单以及可以实现的严格线性相位等优点,因而在对相位要求比较严格的条件下,
常常采用FIR 数字滤波器。目前常用的设计方法主要有窗函数法、频率取样法及
等波纹逼近法。本文应用窗函数法设计FIR 数字低通滤波器。具体参数见表一。
3.2FIR 数字滤波器基本原理
3.2.1窗函数法的基本思想
jw
先构造一个线性相位理想滤波器的频率响应H (e ),然后用一个N点的窗函
d
数w(n), (0 n N 1) 去截取理想滤波器的单位抽样响应h (n) (通常为无限长),
d
从而得到具有线性相位的实际滤波器的有限长单位抽样响h(n) h (n)w(n) 。
d
3.2.2基本方法
jw