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课程设计-低通滤波器设计(总10页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除2010/2011学年第 2 学期学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术学生姓名：学号：课程设计题目：低通滤波器设计起迄日期： 6 月 13 日～6月 24日课程设计地点：指导教师：系主任：下达任务书日期: 2011 年 6 月12 日课程设计任务书课程设计任务书目录1 设计目的及要 (5)1.1设计目的 (5)1.2设计内容和要求 (5)2 设计原理 (5)2.1 FIR滤波器 (5)2.2窗函数 (6)2.3矩形窗 (7)3 设计过程 (8)3.1 设计流程图 (8)3.2 产生原始信号并分析频谱 (8)3.3 使用矩形窗设计不同特性的数字滤波器 (10)3.4 信号滤波处理 (11)4 实验结果及分析 (12)5 课程设计心得体会 (12)6 参考文献 (13)附录： (14)低通滤波器的设计1 设计目的及要求1.1设计目的设计一种低通滤波器并对信号进行滤波。
低通滤波器的作用是滤去信号中的中频和高频成分，增强低频成分。
要求做到:1.了解MATLAB的信号处理技术；2.使用MATLAB设计低通滤波器，掌握其滤波处理技术；3.对滤波前和滤波后的波形进行时域和频域比较。
1.2设计内容和要求1.熟悉有关采样，频谱分析的理论知识，对信号作频谱分析；2.熟悉有关滤波器设计理论知识，选择合适的滤波器技术指标，设计低通滤波器对信号进行滤波，对比分析滤波前后信号的频谱；3.实现信号频谱分析和滤波等有关MATLAB函数；2设计原理本次课程设计，我们主要是基于矩形窗的FIR滤波器来设计一个低通滤波器。
2.1 FIR滤波器FIR滤波器即有限抽样响应因果系统，其单位抽样响应h(n)是有限长的；极点皆位于z=0处；结构上不存在输出到输入的反馈，是非递归型的。
其系统函数表示为：普通的FIR滤波器系统的差分方程为：式中：N为FIR滤波器的抽头数；x(n)为第n时刻的输入样本；h(i)为FIR滤波器第i级抽头系数。
模拟信号处理系统设计中的滤波器设计在模拟信号处理系统设计中，滤波器设计是非常重要的一部分。
滤波器的作用是根据信号的频率特性，将输入信号中的特定频率范围内的信号通过，而抑制其他频率范围内的信号，从而实现信号的滤波和增强。
在设计滤波器时，首先需要确定滤波器的类型，常见的有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
每种类型的滤波器都有不同的频率响应特性，根据实际需求选择合适的类型进行设计。
其次，在滤波器设计中需要考虑的关键参数包括截止频率、通带波动、阻带衰减等。
截止频率是指滤波器的频率响应开始发生明显变化的频率点，在滤波器设计过程中需要根据实际应用需求合理确定截止频率。
通带波动是指在通带范围内允许的最大频率偏差，阻带衰减则是指在阻带范围内要抑制的最小频率衰减。
另外，在滤波器设计中还需要考虑滤波器的阶数。
滤波器的阶数越高，对信号的滤波效果越好，但同时也会增加系统的复杂度和成本。
因此在设计中需要权衡滤波器的阶数和性能要求，选择合适的阶数进行设计。
在实际的滤波器设计过程中，可以采用模拟滤波器或数字滤波器的方式。
模拟滤波器是基于模拟电路设计的，通常采用电容、电感和运算放大器等元件进行设计，具有较好的性能和稳定性。
数字滤波器则是通过数字信号处理算法实现的，能够实现更高级别的滤波和信号处理功能。
综上所述，在模拟信号处理系统设计中，滤波器设计是至关重要的一步。
通过合理选择滤波器类型、关键参数和阶数，可以实现对信号的滤波和增强，提高系统的性能和稳定性。
在实际设计过程中，需要根据实际需求和系统要求进行综合考虑，选择合适的设计方案进行实施。
只有在滤波器设计得当的情况下，整个信号处理系统才能发挥最佳效果。
dsp滤波器llR课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解数字信号处理（DSP）的基本概念，特别是滤波器的作用和分类。
2. 学生能掌握IIR（无限冲击响应）滤波器的原理和数学描述。
3. 学生能学习并应用IIR滤波器的不同类型，如巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器。
4. 学生能够明确IIR滤波器的频率响应特性及其与理想滤波器之间的差异。
技能目标：1. 学生能够使用计算机软件（如MATLAB）进行IIR滤波器的设计和仿真。
2. 学生能够通过实验或模拟，分析并评估IIR滤波器的性能，包括幅频响应和相频响应。
3. 学生能够解决实际应用中IIR滤波器的设计问题，如确定合适的滤波器阶数和截止频率。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对数字信号处理学科的兴趣，认识到其在现代通信和信号处理领域的重要性。
2. 学生能够通过小组合作完成滤波器设计任务，培养团队协作能力和解决问题的能力。
3. 学生能够通过课程学习，增强对数学工具在工程问题解决中作用的认可，培养科学严谨的态度。
本课程设计旨在结合学生年级特点和知识深度，通过理论与实践相结合的方式，使学生不仅掌握IIR滤波器的基础知识，而且能够在实际应用中灵活运用，从而激发学生的学习兴趣和探究欲望，提高其分析和解决复杂工程问题的能力。
二、教学内容本节教学内容紧密围绕课程目标，结合教材以下章节进行组织：1. 数字信号处理基础概念：回顾数字信号处理的基本原理，重点介绍离散时间信号与系统的基本性质，为理解滤波器设计奠定基础。
2. 滤波器原理与分类：详细讲解滤波器的定义、作用及其分类，特别是无限冲击响应（IIR）滤波器的特点和应用场景。
3. IIR滤波器数学描述：深入分析IIR滤波器的差分方程表示和Z域转移函数，包括极点和零点的概念及其对滤波器性能的影响。
4. IIR滤波器设计方法：系统介绍巴特沃斯、切比雪夫和椭圆等常见IIR滤波器的设计方法和步骤，强调不同类型滤波器的性能特点。
数字信号处理实验报告-FIR滤波器的设计与实现在数字信号处理中，滤波技术被广泛应用于时域处理和频率域处理中，其作用是将设计信号减弱或抑制被一些不需要的信号。
根据滤波器的非线性抑制特性，基于FIR（Finite Impulse Response）滤波器的优点是稳定，易设计，可以得到较强的抑制滤波效果。
本实验分别通过MATLAB编程设计、实现、仿真以及分析了一阶低通滤波器和平坦通带滤波器。
实验步骤：第一步：设计一阶低通滤波器，通过此滤波器对波型进行滤波处理，分析其对各种频率成分的抑制效果。
为此，采用零极点线性相关算法设计滤波器，根据低通滤波器的特性，设计的低通滤波器的阶次为n=10，截止频率为0.2π，可以使设计的滤波器被称为一阶低通滤波器。
第二步：设计平坦通带滤波器。
仿真证明，采用兩個FIR濾波器組合而成的阻礙-提升系統可以實現自定義的總三值響應的設計，得到了自定義的總三值響應函數。
实验结果：1、通过MATLAB编程，设计完成了一阶低通滤波器，并通过实验仿真得到了一阶低通滤波器的频率响应曲线，证明了设计的滤波器具有良好的低通性能，截止频率为0.2π。
在该频率以下，可以有效抑制波形上的噪声。
2、设计完成平坦通带滤波器，同样分析其频率响应曲线。
从实验结果可以看出，此滤波器在此频率段内的通带性能良好，通带范围内的信号透过滤波器后，损耗较小，滞后较小，可以满足各种实际要求。
结论：本实验经过实验操作，设计的一阶低通滤波器和平坦通带滤波器具有良好的滤波特性，均已达到预期的设计目标，证明了利用非线性抑制特性实现FIR滤波处理具有较强的抑制滤波效果。
本实验既有助于深入理解FIR滤波器的设计原理，也为其他应用系统的设计和开发提供了指导，进而提高信号的处理水平和质量。
目录一题目规定与方案论证........................................................ 错误!未定义书签。
1.1（设计题题目）二阶有源低通滤波器............................................. 错误!未定义书签。
1.1.1题目规定.................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1.2 方案论证................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2（实训题题目）波形发生器与计数器............................................. 错误!未定义书签。
1.2.1题目规定.................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2.2方案论证.................................................................................. 错误!未定义书签。
二电子线路设计与实现........................................................ 错误!未定义书签。
2.1二阶有源低通滤波器........................................................................ 错误!未定义书签。
2.2十位二进制加法计数器电路设计.................................................... 错误!未定义书签。
数字信号处理的滤波器设计数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是指对离散时间信号进行数字化处理的技术。
在数字信号处理领域中，滤波器是一项重要的技术，用于对信号进行去噪、频率调整和信号分析等操作。
本文将探讨数字信号处理中滤波器的设计原理和方法。
一、滤波器的基本原理滤波器是一种能够改变信号频谱特性的系统。
根据频率选择性，滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等几种类型。
滤波器的设计目标通常是在满足特定频率响应要求的前提下，降低噪声、改善信号质量。
数字滤波器主要分为无限脉冲响应（Infinite Impulse Response，IIR）滤波器和有限脉冲响应（Finite Impulse Response，FIR）滤波器两类。
IIR滤波器具有较高的灵敏度和较低的阶数，但可能引起不稳定性；而FIR滤波器具有稳定性好、相位线性等特点，但需要更高的阶数来达到相同的频率响应。
二、滤波器设计方法滤波器设计的一般步骤包括：确定滤波器类型、选择滤波器规格、设计滤波器传递函数、进行滤波器实现和性能评估。
根据具体应用需求，选择合适的滤波器类型与设计方法。
1. IIR滤波器设计IIR滤波器的设计方法主要包括模拟滤波器转换法、频率变换法、窗函数法和优化法等。
其中，窗函数法是一种简单且广泛使用的方法。
窗函数法通过将理想滤波器的频率响应与一个窗函数相乘，来设计出具有较好近似特性的滤波器。
2. FIR滤波器设计FIR滤波器的设计方法主要包括窗函数法、频率采样法、最小均方误差法和频率响应约束法等。
其中窗函数法同样是一种常用的设计方法，通过将理想滤波器的频率响应与一个窗函数相乘，来得到FIR滤波器的系数。
三、性能评估与优化滤波器的性能评估通常包括频率响应、相位特性、阶数和计算复杂度等指标。
在滤波器设计中，常常需要在不同的性能指标之间进行平衡，找到最优设计方案。
为了满足实际应用需求，滤波器的设计也可以进行优化。
滤波器的设计毕业设计滤波器的设计毕业设计引言：滤波器是电子领域中常用的一种电路元件，它可以对信号进行滤波处理，去除不需要的频率成分，使得信号更加纯净和稳定。
在各种电子设备中，滤波器的设计和优化是非常重要的一环。
本文将探讨滤波器的设计原理、常见的滤波器类型以及滤波器在实际应用中的一些案例。
一、滤波器的设计原理滤波器的设计原理基于信号的频域分析和滤波特性。
信号可以分解为不同频率的成分，而滤波器的作用就是选择性地通过或阻断特定频率范围内的信号。
滤波器的设计需要考虑到滤波器的频率响应、幅频特性、相频特性等多个因素。
二、常见的滤波器类型1. 低通滤波器：低通滤波器可以通过滤除高频信号，只保留低频信号。
在音频设备中，低通滤波器常用于去除噪音和杂音，提高音质。
在无线通信中，低通滤波器可以用于滤除高频干扰信号，保证通信质量。
2. 高通滤波器：与低通滤波器相反，高通滤波器可以通过滤除低频信号，只保留高频信号。
在音频设备中，高通滤波器常用于增强音乐的高频部分，提高音质。
在图像处理中，高通滤波器可以用于边缘检测和图像锐化。
3. 带通滤波器：带通滤波器可以选择性地通过一定范围内的频率信号，滤除其他频率范围的信号。
在无线通信中，带通滤波器可以用于选择性地接收特定频率范围的信号，提高通信效果。
4. 带阻滤波器：带阻滤波器可以选择性地阻断一定范围内的频率信号，保留其他频率范围的信号。
在音频设备中，带阻滤波器可以用于去除特定频率的噪音信号。
三、滤波器在实际应用中的案例1. 音频设备中的滤波器设计：在音频设备中，滤波器的设计对于音质的提升至关重要。
通过合理设计低通滤波器和高通滤波器，可以去除杂音和不需要的频率成分，使得音乐更加清晰和纯净。
在音响系统中，带通滤波器的设计可以用于调节音乐的频率范围，使得音乐更加丰富和动感。
2. 通信系统中的滤波器设计：在无线通信系统中，滤波器的设计对于信号的接收和发送至关重要。
通过合理设计带通滤波器和带阻滤波器，可以选择性地接收或阻断特定频率范围的信号，提高通信质量和抗干扰能力。
电子通信工程系DSP原理及应用课程设计报告设计题目：基于TMS320F2812 DSP处理器的FIR滤波器的设计与实现基于TMS320F2812 DSP处理器的FIR滤波器的设计与实现一.引言数字信号处理是电路系统从模拟时代向数字时代前进的理论基础，为数字信号处理的应用而专门设计的可编程处理器，即数字信号处理器也应运而生。
在当今信息时代数字信号处理已成为一门极其重要的学科。
数字信号处理在通信、语音、图像等众多相关领域得到了广泛的应用。
数字信号处理（DSP）包括两重含义：数字信号处理技术（Digital Signal Processing）和数字信号处理器（Digital Signal Processor）。
数字信号处理（DSP）是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法、对信号进行采集、滤波、增强、压缩、估值和识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的，其应用范围涉及几乎所有的工程技术领域。
目前FIR滤波器的实现方法大致可分为三种：利用单片通用数字滤波器集成电路、DSP器件或者可编程逻辑器件实现。
其中以使用通用DSP芯片实现方式较为简单，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，借助于通用数字计算机按滤波器的设计算法编出程序进行数字滤波计算。
由于它具有丰富的硬件资源、改进的哈佛结构、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二.设计目的1、掌握用窗函数法设计FIR滤波器的原理及方法，熟悉线性纤维FIR滤波器的幅频特性和相频特性及其图像。
2、掌握使用matlab编程的基本方法，学会利用fdatool 工具来快速设计满足需要的滤波器。
3、掌握TMS320F2812 DSP处理器开发的程序框架结构，学习驱动TMS320F2812 DSP处理器程序编写并能使其正常工作。
实习驱动ADC 模块实现信号的实时采集与模数转换4、掌握使用TMS320F2812 DSP处理器实现FIR数字低通滤波器的设计方法，并能够实时采集输入信号并滤除高频信号再通过SCI串口传输到计算机显示。
数字信号处理中的滤波器设计方法数字信号处理是一种重要的信号处理技术，而滤波器则是数字信号处理中的重要组成部分。
滤波器的设计方法可以影响信号处理的质量和效果。
在数字信号处理中，滤波器的设计是一项非常关键的工作，它可以影响到信号的频谱特性、去除信号中的噪声以及增强信号的相关信息。
下面将介绍数字信号处理中的滤波器设计方法。
首先，滤波器设计需要明确滤波器的类型，通常可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等不同类型。
每种类型的滤波器都有其特定的频率响应特性，适用于不同的信号处理任务。
设计时需要根据信号的特点和处理要求选择合适的滤波器类型。
其次，滤波器设计的关键是确定滤波器的频率响应。
频率响应通常由滤波器的幅频响应和相位响应来表示。
常用的设计方法包括基于频率采样的FIR滤波器设计方法和基于极点、零点的IIR滤波器设计方法。
FIR滤波器具有线性相位响应和有限冲激响应，适用于需要精确频率特性和稳定性的应用；而IIR滤波器具有无限冲激响应，可以实现更紧凑的设计和较高的性能，但需要注意稳定性和相位延迟的问题。
另外，在滤波器设计中，滤波器的阶数也是一个重要的参数。
阶数决定了滤波器的复杂度和性能，通常阶数越高，滤波器的频率特性越好，但也会增加计算成本和延迟。
根据信号处理的要求和系统的实际需求，需要合理选择滤波器的阶数，进行平衡。
此外，滤波器的设计还需要考虑实现的方法和具体算法。
常见的实现方法包括窗函数法、频率采样法、最小均方误差法等，每种方法都有其适用的场景和特点。
通过选择合适的设计方法和算法，可以更好地实现滤波器设计的需求。
总的来说，数字信号处理中的滤波器设计是一个复杂而关键的工作，需要综合考虑信号特性、频率响应、阶数、实现方法等多个方面。
设计好的滤波器可以有效地改善信号处理的质量和效果，提高系统的性能和稳定性。
通过不断学习和实践，可以更好地掌握滤波器设计的方法和技巧，为数字信号处理的应用提供更好的支持和帮助。
大作业之滤波器设计
目录
一、实验背景
二、实验目的与要求
三、实验设计与思路
四、实验分析与结果
五、实验发挥
六、实验总结与体会
七、附件
一、实验背景
通过对信号与系统这门课的学习，随着课程学习到了尾声，有必要对这门课进行一次比较彻底的认识，因此完成课程实践的最后一项内容——滤波器的设计。
二、实验目的与要求
设计三个滤波器，实现单独提取单个频率分量的功能，即实现低通、带通和高通，并撰写大作业实验报告。
三、实验设计与思路
滤波器原理:滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。
由于该功能可以由许多种方式完成，而我设计的是FIR数字滤波器，使用hamming窗实现信号的筛选。
根据已知模拟信号表达式：
x(t)=cos(2*pi*500*t)+cos(2*pi*1000*t)+cos(2*pi*2000*t);从中知道我的实现频率为
f1=500,f2=1000,f3=2000;再根据定义的采样频率fs=500*(5+7)=6000;
根据滤波器的选频作用分类，
⑴低通滤波器
从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使
信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而
高于f2的频率成分受到极大地衰减。
但是在实际设
计滤波器时f2处为0.707A处，要使滤波成功，就必
f1.须在通带到过渡带和过渡带到阻带处设两个两个截止频率，是fc=[440,580];根据自己的要求
⑵高通滤波器
与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频
特性平直。
它使信号中高于f1的频率成分几乎
不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大
地衰减。
同理，在设计时同样要根据自己的要求定
义过渡带的截止频率fn=[1890,1980];
⑶带通滤波器
～f2之间。
它使信号中高于f1而
低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其
它成分受到衰减。
即fc=[890,910,1090,1130];
注：MATLAB中fir1函数使用说明：fir1是用窗函数法设计线性相位RIRDF的工具箱函数，以实现线性相位FIRDF的标准窗函数法设计。
●hn=fir1（M，wc），返回6dB截止频率为wc的M阶（单位脉冲响应h(n)长度N=M+1）FIR低通（wc为标量）滤波器系数向量hn，默认选用哈明窗。
滤波器单位脉冲响应h(n)与向量hn的关系为h(n)=hn(n+1)，n=0,1,2,3,……，M 而且满足线性相位条件：h(n)=h(N-1-n）。
其中wc为对π归一化的数字频率，0=<wc=<1。
当wc=[wcl,wcu]时，得到的是带通滤波器，其中-6dB通带为wcl=<ω=<wcu。
●hn=fir1（M，wc，'ftype‘），可设计高通和带阻FIR滤波器。
当ftype=high时，设计高通FIR滤波器；应当注意，在设计高通和带阻FIR滤波器时，阶数M只能取偶数（h(n）长度N=M+1为奇数）。
不过，当用户将M设置为奇数时，fir1会自动对M加1。
●hn=fir1（M，wc，window），可以指定窗函数向量window。
默认为哈明窗。
例如，hn=fir1（M，wc，bartlett(M+1))，使用Bartlett窗设计。
hn=fir1（M，wc，blackman(M+1))，使用blackman窗设计。
hn=fir1(M,wc,'ftype',window),通过选择wc，ftype和window参数（含义同上),可以设计各种加窗滤波器。
这里我才用的是默认的hanming窗滤波法。
四、实验分析与结果
1、原信号显示
clear;
fs=6000;% 采样频率为6000 Hz
t=(1:128)/fs;%定义时间轴长度
x=cos(2*pi*500*t)+cos(2*pi*1000*t)+cos(2*pi*2000*t);
L=length(x);N=2^(nextpow2(L));Hw=fft(x,N);
运行结果（频谱只表示一半）：
2、% 设计低通滤波器进行滤波
fc=[440*2/fs,580*2/fs];% 归一化的截止频率
n=64; %设置短时傅里叶变换的长度，同时也是汉明窗的长度window=hamming(n+1);%设置汉明窗，hamming窗函数调用
b=fir1(n,fc,window);
x_1=filter(b,1,x); % 滤波
x_1(1:ceil(n))=[]; % 群延时n，删除无用信号部分
L=length(x_1); %得到x_1信号的长度
N=2^(nextpow2(L));
%对信号进行快速的Fouriers变换（FFT）
Hw_1=fft(x_1,N);
低通滤波器滤波后的x_1信号及频谱：
2、% 设计带通滤波器进行滤波
fc=[890*2/fs,910*2/fs,1090*2/fs,1130*2/fs];% 归一化的截止频率n=64;%定义阶数
window=hamming(n+1);%hamming窗函数调用
b=fir1(n,fc,window);
x_2=filter(b,1,x);% 滤波
% 群延时n，删除无用信号部分
x_2(1:ceil(n))=[];
L=length(x_2);N=2^(nextpow2(L));
Hw_2=fft(x_2,N);
带通滤波器滤波后的x_1信号及频谱：
3、% 设计高通滤波器进行滤波
fn=[1950*2/fs,1980*2/fs];% 归一化的截止频率
N=64;
window=hamming(N+1);
b=fir1(N,fn,window);% N为滤波器的阶数，对于高通和带阻，N取偶数
% windows为窗函数列向量，其长度为N+1 x_3=filter(b,1,x);% 滤波%x_3=conv(b,x);
% 群延时N，删除无用信号部分
x_3(1:ceil(N))=[];
L=length(x_3);N=2^(nextpow2(L));
Hw_3=fft(x_3,N);
高通滤波器滤波后的x_3信号及频谱：
上图中由于采样点的不足，导致完整的正弦波不能实现。
五、实验发挥
六、实验总结与体会
经过半个月的试验，自己才发现了matlab这个软件的冰山一角，有些惭愧。
不过自己对它的认识随着时间和不断使用，渐渐地有了一些更深的体会。
一些简单的常用函数的认识，再到会调用，一步一步一个脚印，颜色之类的改变，这些小技巧也只有在代码中不断摸索才发现的。
在m文件调试程序，在command window中也可以使用，而且使得程序更加便于检验。
及时发现问题和错误，比如freqz这个函数，还有求出代码中的L,N之类的，都是非常的方便。
设计滤波器，一开始毫无头绪，代码换了很多，但是最后才发现原理都是相近的，也充分明白了理论中得到的知识，时域的卷积就是频域的乘积。
通过对代码的反复练习和使用，一些浮现出来的小问题也不断得到解决，进而不断地完善程序，尽力让得到的答案完美。
作业总有完成的一天，可是自己也认识到，随着专业的深入，需要学习的还有很多，matlab这个工具将来必有大作用。
七、附件。
