高通数字滤波器的设计及DSP实现
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1、设计目的
1.熟悉FIR高通数字滤波器工作原理。
2.熟悉线性相位FIR高通数字滤波器的特性。
3.深入了解利用Matlab设计FIR高通数字滤波器的基本方法。
4.在设计的过程中掌握Matlab和CCS程序编译及软件设计的基本方法。
5.锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题的能力。
6.提高自己对于新知识的学习能力及进行实际操作的能力。
2、设计原理
滤波器是指用来对输入信号进行滤波的硬件和软件。所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。数字滤波器一般可用两种方法实现：一种是根据描述的数字滤波器的数学模型或信号流图，用数字硬件装配成一台专门的设备，构成专用的信号处理机，这就是硬件实现方式；另一种方法就是直接利用通用计算机，将所需要的运算编成程序来让计算机来执行，这也就是软件实现方式。在硬件实现方式中，是以数字组件如延迟器、加法器和乘法器作为基本部件构成专用的数字信号处理系统。在软件实现方式中，它是借助于通用计算机机器语言、汇编语言或高级语言程序来做数字滤波器的运算过程。
滤波器性能最容易通过它的幅频响应的形状来描述。滤波器在某个频率的幅度增益决定了滤波器对此频率输入的放大因子，增益可取任意值。增益高的频率范围，信号可以通过，称之为滤波器的通带，增益低的频率范围，滤波器对信号有衰减和阻塞作用，称这位滤波器的阻带。按通频带分类，滤波器可分为：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。本次设计的是高通滤波器。数字信号处理就是在有限区间使用所观测到的信号序列进行各种各样的处理。截取信号区间两端的位置微小变化，将会导致结果产生很大变化，这种现象一般在信号处理中是必须避免的。为此，不仅应注意截取信号区间的长度，而且要注意截取区间两端不应造成急剧的变化。截取持续信号中部分信号的工作，可以看作是通过一个窗函数采集所看到的信号序列。这种为截取信号所使用的窗口称为窗函数(window function)。窗函数不仅适用于离散时间信号，也适用于连续信
号。实际上，设观测到的信号为x(t)，窗函数为w(t)，从窗口观测的信号为y(t)，则 y(t)=w(t)*x(t)。窗口函数的种类很多：矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等。本次设计采用的是布莱克曼窗。
3、设计要求
1. A/D采样率f s 为 100KHZ；采用窗函数设计法；数字角频率ω = ΩT = 2π f / fs （3-1），设计一个通带截止频率为 15KHZ 的高通滤波器。
2. 利用 matlab 进行相应滤波器设计，给出窗口选择、设计方法、设计过程及设计结果。
3. 利用上述设计所计算的滤波器系数，编写相应的 DSP 实现程序，
4. 输入信号为 1.5KHz、10KHz、20KHz 的叠加信号，即x(t)=sin(3000πt)+sin(20000πt)+ sin(40000πt)，观察其经过滤波器后的响应，记录输入、输出的时域、频域波形图，并对结果作相应分析。
5. 书写报告，要求整洁、规范，标题用四号宋体、正文用小四号宋体/Times New Roman，图表内文字、程序语句用五号宋体/Times New Roman；对所列图、表均给出标题说明，关键程序语句作注释。
4、主要设计内容
4.1MATLAB设计滤波器参数及实现
利用窗函数法设计FIR高通数字滤波器，绘制出高通数字滤波器的特性图。利用所设计的滤波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理，对比滤波前后的信号时域和频域图，验证滤波器的效果。
此次设计的FIR高通数字滤波器通带截止频率为fc=15KHZ ，设阻带边缘频率为f1=10KHZ，通带边缘频率为f2=20KHZ，根据公式（3-1）得，通带截止数字角频率为wc=2*pi*fc/fs；阻带边缘数字角频率ws=2*pi*f1/fs，通带边缘数字角频率wp=2*pi*f2/fs，过滤带宽wb=wp-ws，计算布莱克曼窗的长度N=11*pi/wb=55。
利用fir1函数设计线性相位RIRDF：b=fir1(n,Wn,’ftype’,window)n为滤波器的阶数；Wn为滤波器的截止频率，它是一个0到1的数。ftype为滤波器的类型，ftype=’high’时，设计的是高通滤波器；window为指定的窗函数，布
莱克曼窗为blackman(n)。本次设计b=fir1(54,wc/pi,'high',Blackman(55))。
MATLAB设计程序如下：
f1=10000;f2=20000;%阻带边缘频率为f1=10KHZ，通带边缘频率f2=20KHZ
fs=100000;%采样频率
wp=2*pi*f2/fs;%通带边缘数字角频率
ws=2*pi*f1/fs;%阻带边缘数字角频率
wb=wp-ws;%过滤带宽
N=ceil(11*pi/wb);%计算窗口长度
M=N+mod(N+1,2);%保证窗口长度为奇数
wc=2*pi*15000/fs/pi;%通带截止数字角频率
b=fir1(M-1,wc,'high',Blackman(M));
设计结果：
图4-1-1
图4-1-1为输入信号的时域图和频域图，时域上输入信号为sin(3000πt)，sin(20000πt)， sin(40000πt)三个信号叠加，如图4-1-1上方所示；频域上输入信号为是三个频谱的叠加，如图4-1-1下方所示。
图4-1-2
图4-1-2为高通滤波器的响应图，当信号频率小于15KHZ时，信号的增益受到抑制，当信号频率大于15KHZ时，信号的增益得到加强，即截止频率为15KHZ。
图4-1-3
图4-1-3为输出信号的时域图和频域图，输入信x(t)通过高通滤波器后输出信号的时域图，如图4-1-3上方所示；频域上输出信号的频域图，如图4-1-3
下方所示。此时只有20KHZ>15KHZ的信号输出，从而达到高频通过的效果。
4.2FIR高通数字滤波器的DSP实现
设计阶数为54的高通数字滤波器，DSP程序如下：
#include "myapp.h"
#include "csedu.h"
#include "scancode.h"
#include
#define BLACKMAN 55 //窗口长度
#define SIGNAL1F 1500 //1.5KHZ信号
#define SIGNAL2F 10000//10KHZ信号
#define SIGNAL3F 20000//20KHZ信号
#define SAMPLEF 100000//采样频率
#define PI 3.1415926
float InputWave();//波形输入函数
float FIR();//滤波器函数
Float fHn[BLACKMAN]={
0.0000,0.0000,0.0001,0.0001,-0.0001,-0.0005,-0.0006,-0.0000,0.0013,
0.0022,0.0010,-0.0025,-0.0055,-0.0042,0.0028,0.0109,0.0116,-0.0000,
-0.0180,-0.0263,-0.0107,0.0255,0.0553,0.0428,-0.0312,-0.1480,-0.2561, 0.7000,-0.2561,-0.1480,-0.0312,0.0428,0.0553,0.0255,-0.0107,-0.0263, -0.0180,-0.0000,0.0116,0.0109,0.0028,-0.0042,-0.0055,-0.0025,0.0010, 0.0022,0.0013,-0.0000,-0.0006,-0.0005,-0.0001,0.0001,0.0001,0.0000,
0.0000 };//应用Blackman滤波器系统函数
float fXn[BLACKMAN]={ 0.0 };
float fInput,fOutput;
float fSignal1,fSignal2,fSignal3;
float fStepSignal1,fStepSignal2,fStepSignal3;
float f2PI;
int i;
float fIn[256],fOut[256];
int nIn,nOut;
main()
{
nIn=0; nOut=0;
f2PI=2*PI;
fSignal1=0; //信号1的相位
fStepSignal1=0.03*PI; //信号1的数字频率
fSignal2=0; //信号2的相位
fStepSignal2=0.2*PI; //信号2的数字频率
fSignal3=0; //信号3的相位
fStepSignal3=0.4*PI; //信号3的数字频率
while ( 1 )
{
fInput=InputWave();
fIn[nIn]=fInput;
nIn++; nIn%=256;
fOutput=FIR();
fOut[nOut]=fOutput;
nOut++; /* break point */
if ( nOut>=256 )
{
nOut=0;
}
}
}
float InputWave()
{
/*for ( i=FIRNUMBER-1;i>0;i-- )
fXn[i]=fXn[i-1];
fXn[0]=sin((double)fSignal1)+cos((double)fSignal2)/6.0;
fSignal1+=fStepSignal1;
if ( fSignal1>=f2PI ) fSignal1-=f2PI;
fSignal2+=fStepSignal2;
if ( fSignal2>=f2PI ) fSignal2-=f2PI;
return(fXn[0]);*/
for ( i=BLACKMAN-1;i>0;i-- )
fXn[i]=fXn[i-1];//差分方程项的值
fXn[0]=cos((double)fSignal1)/1.7+cos((double)fSignal2)/2+sin((double)fS ignal3);//信号输入
fSignal1+=fStepSignal1;
if ( fSignal1>=f2PI ) fSignal1-=f2PI;
fSignal2+=fStepSignal2;
if ( fSignal2>=f2PI ) fSignal2-=f2PI;
fSignal3+=fStepSignal3;
if ( fSignal3>=f2PI ) fSignal3-=f2PI;
return(fXn[0]);
}
float FIR()
{
float fSum;
fSum=0;
for ( i=0;i { fSum+=(fXn[i]*fHn[i]); } return(fSum); } 设计结果： 图4-2-1 图4-2-1为输入信号和输出信号的时域图，时域上输入信号为sin(3000πt)+sin(20000πt)+sin(40000πt)三个信号叠加，如图4-2-1上方所示；时域上输出信号为sin(40000πt)，如图4-2-1下方所示。 图4-2-2 图4-2-2为输入信号和输出信号的频域图，输入信x(t)频域图，如图4-2-2左方所示，通过高通滤波器后输出信号的频域图，如图4-2-2右方所示；由图可得当信号频率小于15KHZ时，信号的增益受到抑制，当信号频率大于15KHZ时，信号的增益得到加强，即截止频率为15KHZ。 5、总结 采用MATLAB软件来辅助DSP平台实现FIR高通数字滤波器，大大简化了数字滤波器的设计，并且通过CCS仿真图形说明了该设计验证的方法都是可行的，而且根据不同实际应用来改变滤波器参数即可实现各种类型的滤波器，灵活性好，具有很高的实用性。 本次设计实现了基于窗口法的FIR数字高通滤波器的设计，在设计的过程中先对滤波器有了一定的了解。由于相关理论的没弄清的原因，对数字滤波器的设计缺少认识。通过大家一起讨论研究，相互帮助下完成了设计。通过本次设计，加深了对课堂抽象概念的理解巩固了课堂上所学的理论知识并能很好的理解和掌握数字信号处理中的基本概念、基本原理、基本方法。同时掌握编程方法和解决实际问题的技巧。 DSP技术及应用课程设计报告课设名称：利用DSP实现数字滤波器 学院：信息工程 专业：通信工程 班级：2012159 学号：201215925 姓名：高亮 辅导老师：李珺陈俊峰 时间：2015年12月29 目录 一.绪论 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2设计要求 (1) 1.3设计思路简介 (1) 二.系统开发平台与环境 (1) 1.1CCS开发环境 (1) 三. FIR滤波器设计过程 (2) 3.1FIR滤波器基本理论 . (2) 3.2FIR滤波器的MATLAB实现 (4) 四FIR滤波器的DSP实现 (10) 五.CCS仿真图及结果 (12) 六.总结 (14) 七.参考文献 (15) 一. 绪论 1.1设计背景 在信号处理中，滤波占有十分重要的地位。数字滤波是数字信号处理的基本方法。数字滤波与模拟滤波相比有很多优点，它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外，还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求。低通有限冲激响应滤波器(低通FIR滤波器)有其独特的优点，因为FIR系统只有零点，因此，系统总是稳定的，而且容易实现线性相位和允许实现多通道滤波器。 DSP（数字信号处理器）与一般的微处理器相比有很大的区别，它所特有的系统结构、指令集合、数据流程方式为解决复杂的数字信号处理问题提供了便利，本文选用TMS320C54X作为DSP处理芯片，通过对其编程来实现FIR滤波器。 对数字滤波器而言,从实现方法上,有FIR滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器之分。由于FIR滤波器只有零点,因此这一类系统不像IIR系统那样易取得比较好的通带与阻带衰减特性。但是FIR系统有自己突出的优点:①系统总是稳定的;②易实现线性相位;③允许设计多通带(阻带)滤波器。其中后两项是IIR系统不易实现的。 1.2设计要求 利用C语言在CCS环境中编写一个FIR滤波器程序，并能利用已设计好的滤波器对常用信号进行滤波处理。 1.3设计思路简介 在TMS320C54x系统开发环境CCS（Code Composer Studio）下对FIR 滤波器的DSP实现原理进行讨论。利用C语言设计相应的滤波器，通过实验仿真，从输入信号和输出信号的时域和频域曲线可看出在DSP上实现的FIR滤波器能完成预定的滤波任务。 二．系统开发平台与环境 1.1 CCS开发环境 有源带通滤波器设计报告 学生姓名崔新科 同组者王霞吴红娟 指导老师王全州 摘要 该设计利用模拟电路的相关知识，设定上线和下限频率，采用开环增益80dB 以上的集成运算放大器，设计符合要求的带通滤波器。再利用Multisim 仿真出滤波电路的波形和测量幅频特性。通过仿真和成品调试表明设计的有源滤波器可以基本达到所要求的指标。其主要设计内容： 1．确定有源滤波器的上、下限频率； 2．设计符合条件的有源带通滤波器；- 3．测量设计的有源滤波器的幅频特性； 4．制作与调试； 5. 总结遇到的问题和解决的方法。 关键词：四阶电路有源带通滤波器极点频率 The use of analog circuit design knowledge, on-line and set the lower limit frequency, the use of open-loop gain of 80dB or more integrated operational amplifier designed to meet the requirements of the bandpass filter. Re-use Multisim circuit simulation waveform and filter out the measurement of amplitude-frequency characteristics. Finished debugging the simulation and design of active filters that can basically meet the required targets. The main design elements: 1. Determine the active filter, the lower limit frequency; 2. Designed to meet the requirements of the active band-pass filter; - 3. Designed to measure the amplitude-frequency characteristics of active filters; 4. Production and commissioning; 5 summarizes the problems and solutions. Keywords: fourth-order active band-pass filter circuit pole frequency 昆明理工大学课程设计说明书 课题名称：巴特沃斯有源高通滤波器的设计专业名称：电子信息工程 学生班级：09级电信三班 学生姓名：周剑彪 学生学号：200911513339 指导老师：王庆平 设计时间：2011年6月23日 第一部分：题目分析及设计思路 (一)、滤波器简介 滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。 滤波器按照所处理的信号，可以分为：模拟滤波器和数字滤波器；按照信号的频段，可以分为：低通、高通、带通和带阻滤波器四种；按照所采用的原件，也可以分为：无源滤波器和有源滤波器。用来说明滤波器性能的技术指标主要有：中心频率f0，即工作频带的中心；带宽BW；通带衰减，即通带内的最大衰减阻带衰减等。 (二)巴特沃斯滤波器简介 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬〃巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930 年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。一级至五级巴特沃斯低通滤波器的响应如下图所示： 巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波特图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。 (三)、巴特沃斯有源高通滤波器优化设计 设计目的 掌握滤波器的基本概念； 掌握滤波器传递函数的描述方法； 掌握巴特沃斯滤波器的设计方法； 设计一个巴特沃斯滤波器，其技术指标为： （1）阻带截止频率： fc = 1kHz ； （2）通带放大倍数：Aup =2； （3）品质因素：Q = 1； （4）阻带最小衰减率：-25dB。 设计要求： （1）确定传递函数； （2）给出电路结构和元件参数；（运算放大器可以选择） （3）利用PSPICE 软件对电路进行仿真，得到滤波器的幅频响应，是否满足设计指标； 摘要 无限长脉冲数字滤波器的设计方法只考虑了幅度特性，没有考虑相位特性，所设的滤波器一般是某种确定的非线性相位特性。有限脉冲响应（FIR）滤波器在保证了幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到有严格的线性相位特性。 本课题利用MATLAB软件实现。MATLAB是“矩阵实验室”（MATrix LABoratoy）的缩写，是一种科学计算软件，它使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，因此利用MATLAB软件，通过一系列较为系统的函数法，根据已知的技术指标，就可以设计出满足要求的滤波器。 关键字:MATLAB；窗函数；FIR带阻数字滤波器；线性相位 目录 1.FIR滤波器简介 (3) 1.1 FIR的特点 (3) 2.2线性相位 (3) 2．主要设计内容 (5) 3.窗函数 (6) 3.1常用窗函数 (6) 3.2窗函数的指标 (9) 4应用窗函数法设计 FIR 数字滤波器的步骤 (10) 4.1数字高通滤波器的设计： (10) 总结 (11) 参考文献 (12) 附录 (13) 1.FIR 滤波器简介 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行 数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR ）滤波器和有限冲激响应（FIR ）滤波器。 1.1 FIR 的特点 FIR 滤波器的主要优点为：系统总是稳定的，FIR 滤波器的系统函数可以表示为 (2-1) 易知，H (z ) 在 Z 平面上有 N -1个零点，z =0 是 N -1 阶极点，因此FIR 系统总是稳定的（极点都在单位圆内）。FIR 滤波器的优点之二：容易实现线性相位。当 FIR 系统的单位冲激响应满足 时，该系统具有线性 相位。 （N 为奇数） （2-2） （N 为偶数） （2-3） FIR 滤波器的优点之三：允许设置多通带（或多阻带）滤波器。FIR 滤波器的优点之四：FIR 滤波器可以采用 FFT 方法实现其功能，从而大大提高效率。FIR 滤波器的缺点：由于 FIR 系统只有零点，因此这类系统不像FIR 滤波器不像 IIR 滤波器那样容易取得比较好的通带与阻带衰减特性。要取得较好的衰减特性，一般要求 H (z ) 的阶次较高。综合起来看， FIR 滤波器具有IIR 滤波器没有的许多特点，得到了越来越广泛的应用。 FIR 滤波器的设计方法主要有三种：a.窗函数设计法；b.频率抽样发；c.最小平法抽样法；这里我主要讨论在MATLAB 环境下通过调用信号分析与处理工具箱的几类窗函数来设计滤波器并分析与比较其性能 2.2线性相位 一个单一频率的正弦信号通过一个系统，假设它通过这个系统的时间需要t ，则这个信号的输出相位落后原来信号wt 的相位。从这边可以看出，一个正弦信号通过一个系统落后的相位等于它的w *t ；反过来说，如果一个频率为w 的正弦信号通过系统后，它的相位落后delta ，则该信号被延迟了delta /w 的时间。在实 11 1) 1(10)()()()(--=-----=-===∑∑N N n n N N N n n z z f z n h z z n h z H )1()(n N h n h --±=2/)1()(--=N ωω?2/)1(2/)(--=N ωπω? IIR数字滤波器在TI DSP上的实现 数字滤波器是对数字信号进行滤波处理以得到期望的响应特性的离散时间系统。在众多通用数字信号处理器中，美国TI公司生产的TMS320系列单片DSP 在国际上占有较大市场，这种单片DSP把高速控制器的灵活性和阵列处理器的数值计算能力结合起来。 一、IIR数字滤波器结构原理 本文IIR数字滤波器的设计方法：借助于模拟滤波器的设计方法设计出模拟滤波器，利用冲激响应不变法或双线性变换法转换成数字滤波器，然后用硬件或软件实现。 从IIR数字滤波器的实现来看，有直接型、级联型、并联型等基本网络结构。其中直接Ⅱ型仅需要N级延迟单元，且可作为级联型和并联型结构中的基本单元。本文以二阶IIR滤波器的直接实现形式表示。其系统函数H（z）可以表示为： 在编程时，可以将变量和系数都存在DARAM中，采用循环缓冲区方式寻址，共需开辟4个缓冲区，用来存放变量和系数。 二阶IIR滤波器的直接IIR 型差分方程为： （3） 二、IIR数字滤波器在C54x上的设计与实现 1.IIR数字滤波器在TMS320VC5409 DSP上的实现流程 1.1根据指标确定滤波器的类型，设计出滤波器的参数； 1.2根据DSP的特点（字长、精度等）对参数进行取舍、量化，仿真； 1.3根据仿真结果对滤波器的结构、参数再次进行调整，直到满足要求为止； 1.4在DSP上用语言实现滤波器功能。 2.IIR数字滤波器在TMS320VC5409 DSP上的实现算法 从理论上说，可以用高阶IIR数字滤波器实现良好的滤波效果[2]。但由于DSP本身有限字长和精度的因素，加上IIR滤波器在结构上存在反馈回路，是递归型的，再者高阶滤波器参数的动态范围很大。这样一来造成两个后果：结果溢出和误差增大。解决此问题的有效方法是把高阶IIR数字滤波器简化成几个2阶 实验三滤波器设计 一、实验目的： 1、熟悉Labview的软件操作环境； 2、了解VI设计的方法和步骤，学会简单的虚拟仪器的设计； 3、熟悉创建、调试VI； 4、利用Labview制作一个滤波器，实现低通、高通、带通、带阻等基本滤波功能，并调节截止频率实现滤波效果。 二、实验要求： 1、可正弦实现低通、高通、带通、带阻等基本滤波功能，并图形显示滤波前后波形； 2、可调节每种滤波器的上限截止频率或者下限截止频率； 3、给出每种滤波器的幅频特性； 三、设计原理: 1、利用LABVIEW中的数字IIR、FIR数字滤波器实现数字滤波功能，参数可调； 2、将两路不同频率的信号先叠加，然后通过滤波，将一路信号滤除，而保留有用信号，Hz f Hz f 100,2021==； 3、叠加即将两个信号相加，用到一个数学公式； 4、信号进入case 结构，结构中有两路分支，每路分支均有一个滤波模块，其中一个为IIR 滤波器，另一个为FIR 滤波器，通过按钮可选择IIR 或是FIR.每个滤波模块都可通过外部按钮对其参数进行调整，各个过程的波形都用波形图显示出来； 5、将IIR 、FIR 滤波器的“滤波信息”接线端用控件按名称解除捆绑接入波形图，观察波形的幅度和相位； 6、用一个while 循环实现不重新启动既可以改参数。 四、设计流程： 1、前面板的设计： 2、程序框图的设计： 五、实验结果： 1、低通滤波功能：将100Hz的信号滤除，保留20Hz的信号 用IIR巴特沃斯滤波器，将低截止频率设置为25Hz。 用FIR滤波器，拓扑类型选择Windowed FIR，将最低通带设置为50。 用IIR巴特沃斯滤波器，将低截止频率设置为90Hz。 信息与电气工程学院 电子电路仿真及设计CDIO三级项目 设计说明书 （2013/2014学年第二学期） 题目：高通滤波器系统仿真及设计 专业班级：通信工程班 目录 第一章文氏桥振荡器-------------------------------------------------1 1.1振荡器的设计及要求 ---------------------------------------------1 1.2系统工作原理 ---------------------------------------------------1 1.3电路设计原理图，实物图, 参数计算及仿真 --------------------------2第二章高通滤波器---------------------------------------------------6 2.1实际滤波器的基本参数--------------------------------------------6 2.2滤波器的设计目的------------------------------------------------6 2.3设计要求--------------------------------------------------------7 2.4系统的设计方案--------------------------------------------------7 2.5系统工作原理----------------------------------------------------7 2.6滤波器设计仿真，仿真结果，实物图，实测结果----------------------7 第三章合成电路----------------------------------------------------11 3.1合成电路仿真图-------------------------------------------------11 3.2焊接成品-------------------------------------------------------12 第四章心得体会----------------------------------------------------14 附录---------------------------------------------------------------14 参考文献-----------------------------------------------------------14 数字高通FIR滤波器 目录 1整体知识的介绍 (2) 1.1MATLAB的介绍 (2) 1.1.1基本功能 (2) 1.1.2应用 (3) 1.2滤波器的介绍 (3) 1.3高通滤波器及其应用 (4) 1.3.1高通滤波器的定义 (4) 1.3.2高通滤波器的应用 (4) 2 FIR滤波器的一般分析 (5) 2.1高通滤波的时域分析 (5) 2.2高通滤波器频域分析 (6) 3频率取样法的数字高通滤波器的实现 (8) 3.1设计条件 (8) 3.2 FIR 滤波器的仿真实现 (10) 3.2.1FDATOOL工具箱 (10) 3.2.2 FIR滤波器参数设置 (11) 3.2.3 利用SPTool仿真 (12) 4实验小结 (14) 5参考文献 (15) 1整体知识的介绍 1.1MATLAB的介绍 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 1.1.1基本功能 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 数字滤波器的MAT LAB设计与 DSP上的实现 数字滤波器的MATLAB 设计与DSP上的实现 公文易文秘资源网佚名2007-11-15 11:56:42我要投稿添加到百度搜藏 摘要：以窗函数法设计线性相位FIR数字滤波器为例，介绍用MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和在定点DSP上的实现。实现时，先在CCS5000仿真开发，然后将程序加载到TMS320VC5409评估板上实时运行，结果实现了目标要求。文中还讨论了定标、误差、循环寻址等在DSP上实现的关键问题。关键词 摘要：以窗函数法设计线性相位 FIR数字滤波器为例，介绍用 MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和在定点DSP上的实现。实现时，先在 CCS5000仿真开发，然后将程序加载到 TMS320VC5 409评估板上实时运行，结果实现了目标要求。文中还讨论了定标、误差、循环寻址等在DSP上实 现的关键问题。 关键词：数字滤波器MATLAB DSP 引言 随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为今一门极其重要的学科和技术领域。数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应 用。在数字信号处理应用中，数字滤波器十分重要并已获得广泛应用。 1数字滤波器的设计 1.1数字滤波器设计的基本步骤 数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应（IIR ）滤波器和有限长冲激响应（FIR ）滤波器。IIR滤波器的特征是，具有无限持续时间冲激响应。种滤波器一般需要用递归模型来实现，因而有时也称之为递归滤波器。FIR滤波器的冲激响应只能延续一定时间， 在工程实际中可以采用递归的方式实现，也可以采用非递归的方式实现。数字滤波器的设计方法有多种，如双线性变换法、窗函数设计法、插值逼近法和Chebyshev逼近法等等。随着 MATLAB软件尤 其是MATLAB的信号处理工作箱的不断完善，不仅数字滤波器的计算机辅助设计有了可能，而且还可以使设计达到最优化。 数字滤波器设计的基本步骤如下： (1确定指标 在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需要确定滤波器的技术指标。在很多实际应用中，数字滤波器常常被用来实现选频操作。因此，指标的形式一般在频域中给岀幅度和相位响应。幅度指标主要以两种方式给岀。第一种是绝对指标。它提供对幅度响应函数的要求，一般应用于FI R滤波器的设计。第二种指标是相对指标。它以分贝值的形式给岀要求。在工程实际中，这种指标最受欢迎。对于相位响应指标形式，通常希望系统在通频带中人有线性相位。运用线性相位响应指标进行滤波器设计具有如下优点：①只包含实数算法，不涉及复数运算；②不存在延迟失真，只有固定数量的延迟；③长度为N的滤波器(阶数为N-1)，计算量为N/2数量级。因此，本文中滤波器的设计就以线性相位FIR滤波器的设计为例。 (2)逼近 模拟电路课程设计报告设计课题：二阶高通滤波器的设计 专业班级：电信本 学生姓名： 学号：69 指导教师： 设计时间：1月3日 题目:二阶高通滤波器的设计 一、设计任务与要求 ① 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路； ② 截止频率f c =200Hz ； ③ 增益A V ＝2； ④ 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。 二、方案设计与论证 二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。二者电路都是基于芯片ua741设计而成。将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了2倍。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点, 2.1设计一、用压控电压源设计二阶高通滤波电路 与LPF 有对偶性，将LPF 的电阻和电容互换，就可得一阶HPF 、简单二阶HPF 、压控电压源二阶HPF 电路采用压控电压源二阶高通滤波电路。 电路如图2-1所示，参数计算为: 通带增益： 3 4 1R R Aup + = Aup 表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数 截止频率： RC f π210= 前言 当今时代，随着科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域中有着不可或缺的核心地位。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的一名大学生，不仅仅要将理论只是学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。 对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与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称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。 低通滤波器在现实生活中运用也十分广泛。该种滤波器是只有在规定的频率范围内才能使信号通过，而且其电路性能稳定，增益容易调节。利用这一性质不仅可以滤出有用信号且同时抑制无用信号。工程上也常常用低通滤波器作信号处理、数据传递和抑制干扰等。例如：无线电发射机使用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射；固体屏障也是一个声波的低通滤波器，当另外一个房间中播放音乐时，很容易听到音乐的低音，但是高音部分大部分被过滤掉。 我国现在有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有的各种电信设备。但从整体而言，我国有源滤波器的发展比无源滤波器缓慢，尚未大量生产和应用。我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍然是个重要课题。 第一章设计任务 1.1二阶低通滤波器题目要求 a)设计截止频率f=2kHz的滤波器 b)输出增益Av=2 c)要求用压控电压源型、无限增益多路反馈型两种方法 课 程 设 计 20011 年 7月 1日 设计题目 学 号 专业班级 指导教师 学生姓名 张腾达 吴晔 陈丽娟 杨蕾 通信电子电路课程设计 ——数字滤波器的设计 张静 20080302 光信息08-3 班 实验组员 张静 胡磊 艾永春 赵亚龙 王宏道 胡进娟 马丽婷 设计题目通信电子电路课程设计 ——数字滤波器的设计 成绩 课程设计主要内容通信电子电路课程设计——数字滤波器的设计 某系统接收端接收到的信号为：y=cos(2π*60t)+1.2cos(2π *140t)+2sin(2π*220t) +1.5sin(2π*300t)，此信号夹杂了一个正弦噪声noise= cos(2π*60t)，设计一个高通滤波器将此噪声滤除，恢复原信号。 内容： 1.窗函数法设计FIR数字高通滤波器 2.切比雪夫1型高通滤波器 指导老师评语建议：从学生的工作状态、工作量、设计论文的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。 签名： 20 年月日 设计要求： 某系统接收端接收到的信号为 y=cos(2π*60t)+1.2cos(2π*140t)+2sin(2π*220t) +1.5sin(2π*300t) (A) 发现此信号夹杂了一个正弦噪声noise=1.5sin(2π*300t)，请设计一个低通滤波器将此噪声滤除，从而恢复原信号。 (B) 发现此信号夹杂了一个正弦噪声noise= cos(2π*60t) +1.5sin(2π*300t) ，请设计一个带通滤波器将此噪声滤除，从而恢复原信号。 (C) 发现此信号夹杂了一个正弦噪声noise= 1.2cos(2π*140t)+2sin(2π*220t)，请设计一个带阻滤波器将此噪声滤除，从而恢复原信号。 (D) 发现此信号夹杂了一个正弦噪声noise= cos(2π*60t)，请设计一个高通滤波器将此噪声滤除，从而恢复原信号。 要求： （1）请写出具体的MATLAB程序，并详细解释每条程序（2）画出滤波前后信号的频谱图 （3）画出所设计滤波器的幅频和相频特性图，并写出具体参数 摘要 当前我们正处于数字化时代，数字信号处理技术受到了人们的广泛关注，其理论及算法随着计算机技术和微电子技术的发展得到了飞速的发展，被广泛应用于语音图象处理、数字通信、谱分析、模式识别、自动控制等领域。数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，几乎出现在所有的数字信号处理系统中。数字滤波器是指完成信号滤波处理的功能，用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统，其输入是一组(由模拟信号取样和量化的)数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等，这些优势决定了数字滤波器的应用越来越广泛。同时DSP(数字信号处理器)的出现和FPGA的迅速发展也促进了数字滤波器的发展，并为数字滤波器的硬件实现提供了更多的选择。 本论文的主要研究了数字滤波器的基本理论及其算法。基于TI公司的数字信号处理器TMS320VC5509设计了一款稳定度高，低功耗的数字滤波器系统，并完成了软硬调试工作。主要工作如下： (1)研究了数字滤波器的基本理论，以及数字滤波器的实现方法。通过学习识字滤波器 的结构、数字滤波器的设计理论，掌握了各种数字滤波器的原理和特性。为实现数字滤波器奠定了理论基础。 (2)研究分析了如何利用MATLAB仿真软件来设计出符合各种要求的数字滤波器。并采用 了相关的函数设计了几款常用的数字滤波器，并得到了滤波器的相关系数，为利用DSP实现数字滤波做好了一些前期的工作。 (3)根据TI公司5000系列数字信号处理器的基本结构和特征，充分利用其片上资源t结 合MATLAB软件的仿真，用软件实现高性能稳定的数字滤波器。 关键字：数字滤波器，DSP，IIR(无限长单位脉冲响应)，FIR(有限长单位脉冲响应) 目录 一、设计项目----------------------------------------------------------------------------------------2 FIR滤波器设计 二、设计目的-----------------------------------------------------------------------------------------2 三、设计任务----------------------------------------------------------------------------------------2 任务简介 四、设计原理----------------------------------------------------------------------------------------3（1）FIR的原理和参数生成公式 （2）用MATLAB计算滤波系数 （3）程序的自编函数及其功能 五、设计方案----------------------------------------------------------------------------------------5 六、设计代码及相关截图---------------------------------------------------------------------------6 七、设计结果----------------------------------------------------------------------------------------9 八、设计结论--------------------------------------------------------------------------------------11 九、设计心得-----------------------------------------------------------------------------------------11 湖南科技大学 信息与电气工程学院 《课程设计报告》 题目：IIR数字滤波器的DSP实现 专业：电子信息工程 班级：电子二班 姓名：高二奎 学号： 1104030205 指导教师：尹艳群 2015年 1月 8 日 信息与电气工程学院 课程设计任务书 2014—2015学年第一学期 专业：电子信息工程班级：电子二班学号： 1104030205姓名：高二奎 课程设计名称： DSP原理及应用 设计题目： IIR数字滤波器的DSP实现 完成期限：自 2015 年 1 月 1 日至 2015 年 1 月 8 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容（可另加附页）： 1、设计目的：通过课程设计，使学生综合运用DSP技术课程和其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分析和解决具体问题的能力得到提高，并使其所学知识得到进一步巩固、深化和发展。通过课程设计初步培养学生对工程设计的独立工作能力，学习设计的一般方法。通过课程设计树立正确的设计思想，提高学生分析问题、解决问题的能力。通过课程设计训练学生的设计基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准与规范等。 2、要求： 1．熟悉DSP处理器及其结构性能，掌握DSP芯片配套开发工具的使用方法。2．按要求设计出硬件电路。 3．画出硬件连接原理图，并对硬件工作原理进行说明。 4．给出软件流程图及编写程序，每一条指令的后面附上相应的注释。 5．进行软、硬件调试，检查是否达到相关的功能。 6．写出调试方法。 7．设计报告结尾附上心得体会。 3、主要内容：熟悉5410DSP的MCBSP的使用，了解AD50的结构，掌握AD50各寄存器的意义及其设置，掌握AD50与DSP的接口，AD50的通讯格式及AD50的DA实验。 指导教师（签字）： 批准日期：年月日 长沙学院课程设计说明书 题目有源高通滤波器电路设计系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 电气工程及其自动化姓名 学号 指导教师 起止日期 模拟电子技术课程设计任务书 系（部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导教师： 长沙学院课程设计鉴定表 目录 摘要 (5) 1．电路设计 (6) 1.1．电路元件及参数的选择 (6) 1.2．电路原理图绘制 (6) 2．电路的仿真 (7) 2.1．使用Multisim9仿真波特图示仪 (7) 2.2．使用Multisim9仿真示波器 (7) 2.2.1．输入信号频率小于截止频率时的仿真 (7) 2.2.2．输入信号频率等于截止频率时的仿真 (8) 2.2.3．输入信号频率大于截止频率时的仿真 (8) 参考文献 (9) 设计总结 (9) 摘要 滤波器是一种能使有用信号通过而大幅抑制无用信号的电子装置。常用来进行信号处理、数据传输和抑制噪声等。以往这种滤波电路主要采用无源R、L和C组成，20世纪60年代以来，集成运放获得了迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以做的很高，以及难于对功率信号进行 滤波，这是它的不足之处。]1[在实际电子系统中，有源滤波器运用广泛，输入信号往往是含有多种频率成 分的复杂信号，可能还会混入各种噪声、干扰及其它无用频率的信号，因此需要设法将有用频率信号挑选出来、将无用信号频率抑制掉。完成此任务需要具有选频功能的电路。本文主要内容是设计一个能阻挡低频信号、输出高频信号的有源高通滤波电路，以及利用Multisim9对电路进行仿真。本电路所用到的运算放大器LM741EN，它的管脚1和5为调零端，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 关键词：滤波器运算放大器有源滤波电路有源高通滤波电路Multisim 电路仿真 实践二:理想高通滤波器、Butterworth高通滤波器、高斯高通滤波器 2.1.1理想高通滤波器实践代码： I=imread(''); subplot(221),imshow(I); title('原图像'); s=fftshift(fft2(I)); subplot(223), imshow(abs(s),[]); title('图像傅里叶变换所得频谱'); subplot(224), imshow(log(abs(s)),[]); title('图像傅里叶变换取对数所得频谱'); [a,b]=size(s); a0=round(a/2); b0=round(b/2); d=10; p=;q=; fori=1:a forj=1:b distance=sqrt((i-a0)^2+(j-b0)^2); ifdistance<=dh=0; elseh=1; end; s(i,j)=(p+q*h)*s(i,j); end; end; s=uint8(real(ifft2(ifftshift(s)))); subplot(222), imshow(s);title('高通滤波所得图像'); I=imread(''); [f1,f2]=freqspace(size(I),'meshgrid'); Hd=ones(size(I)); r=sqrt(f1.^2+f2.^2); Hd(r<=0; figure surf(Hd,'Facecolor','interp','Edgecolor','none','Facelighting','phong');%画三维曲面（色）图 2.1.2理想高通滤波器实践结果截图： 2.2.1Butterworth高通滤波器实践代码： I1=imread(''); subplot(121),imshow(I1); 电子科技大学 ASIC课程设计报告二 学号：201222240937 姓名：周恒 课题题目：高通FIR数字滤波器设计 2013年5月 FIR 数字滤波器设计 已知FIR 型数字滤波器的z 域系统函数为： 1234H()0.25(1 3.54 3.5)z z z z z ----=?++++ 即： 1234H()0.125(27872)z z z z z ----=?++++ 要求如下： ? 设计平台：基于Quartus II 或ISE 平台，选择Altera Cyclone II 系列的EP2C8F256C8 或Xilinx Sparten3 系列的XC3S400(PQ208)； ? testbench 的信号输入激励源使用Matlab 生成三角波信号； ? 输入位宽16 位，输出位宽24 位，中间级可自行截位； 设计(1) 直接型FIR 设计 画出直接实现结构的框图，完成其verilog HDL 电路描述及testbench ，完成功能仿真和时序仿真，给出仿真波形图； 一、 直接型结构框图如下： 长度为M 的因果有限冲激响应滤波器由传输函数H （z ）描述： 1 ()()M k k H z h k z --== ∑ （1） 它是次数为M-1的z -1的一个多项式。在时域中，上述有限冲激响应滤波器的输入输出关系为： 1 ()()()M k y n h k x n k -== -∑ （2） 其中y （n ）和x （n ）分别是输出和输入序列。 有限冲激响应滤波器的一种直接型实现，可由式（2）生成，M=5的情况如上图所示。通常一个长度为M 的有限冲激响应滤波器由M 个系数描述，并且需 2.1系统功能介绍 一个实际的应用系统中，总存在各种干扰。数字滤波器在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像信号等各种信号处理中都有广泛的应用，数字滤波器也是使用最为广泛的信号处理算法之一。 在本设计中，使用MATLAB模拟产生合成信号，然后利用CCS进行滤波。设定模拟信号的采样频率为48000Hz，。设计一个FIR低通滤波器，其参数为：滤波器名称：FIR低通滤波器 采样频率：Fs=48000Hz 通带截止频率：15000Hz 阻带截止频率：16000Hz 通带最大衰减：0.1dB 阻带最少衰减：80dB 滤波器系数：由MATLAB根据前述参数求得。 2.2 总体设计方案流程图 图1 总体设计方案 主要内容和步骤 3.1 滤波器原理 对于一个FIR 滤波器系统，它的冲击响应总是又限长的，其系统函数可记为： ()()10 N n n H z h n z --==∑ 其中1N -是FIR 的滤波器的阶数，n z -为延时结，()h n 为端口信号函数。 最基本的FIR 滤波器可用下式表示： ()()()10 N k y n h k x n k -==-∑ 其中()x n k -输入采样序列，()h k 是滤波器系数，N 是滤波器的阶数()Y n 表示滤波器的输出序列，也可以用卷积来表示输出序列()y n 与()x n 、()h n 的关系，如下： ()()()y n x n h n =* 3.2 操作步骤 （1）打开FDATOOL ,根据滤波要求设置滤波器类型、通带截止频率、指定阶数、采样频率等。指定完设计参数后单击按钮Design Filter ，生成滤波器系数。 （2）把生成的滤波器系数传到目标DSP 。选择菜单Targets->Export to Code Composer Studio(tm)IDE ，打开Export to C Header File 对话框，选择C header file ，指定变量名(滤波器阶数和系数向量)，输出数据类型可选浮点型或32 b ，16 b 整型等，根据自己安装选择目标板板号和处理器号，单击OK ，保存该头文件，需指定文件名(filtercoeff ．h)和路径(保存在c ：\ti\myprojects\fir 工程中)。 （3）修改CCS 汇编程序，删掉数据前的所有文字，在开头加上.data ，第二行加coeff .word ,在每行的前面加上.word ，比且把每行的最后的逗号去掉。 （4）编译汇编程序，如果有错误，按错误进行修改；没错误，则往下执行。 （5）加载初始化DATA 数据。运行程序，查看输入输出波形，修改相应参数进行调试利用DSP实现数字滤波器
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