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实验十一 FIR 滤波器的相位特性和幅度特性

一、实验目的

1. 了解 FIR 滤波器具有线性相位的条件。

2. 了解四种类型 FIR 滤波器的幅频特性和相频特性及用途。

3. 学会用 MA TLAB 工具分析二、实验原理与方法

FIR 滤波器。

实验十六中已经讲过脉冲相应的对称与反对称，即满足)1()(n M h n h --=为对称满足

)1()(n M h n h ---=为反对称。当在M 为奇数偶数的下结合对称和反对称的情况，就可以

得到四种类型的线性相位 FIR 滤波器。对其中每种类型其频率响应函数都有特有的表达式

和独特的形状。可将)(ω

j e H 写成：

;)()()

(-=

=-M a e H e H a j r j π

βωωβω

式中)(ωr H 是振幅响应函数。

线性相位实系数FIR 滤波器按其M 值奇偶和)(n h 的奇偶对称性分为四种：

1、Ⅰ类线性相位 FIR 滤波器：)(n h 为对称，M 为奇数。可以证明：

2/)1(2/)1(0

])c o s

()([

)(---=∑=M j M n j e n n a e H ωω

ω式中)(n a 由)(n h 求得为：)2

()0(-=M h a ；中间样本。23

1),21(2)(-≤≤--=M n n M h n a 。且振幅响应函数∑-==2

/)1(0

)cos()()(M n r n n a H ωω。该幅值关于ππω2,,0=成偶对称。MATLAB 中用函数Hr_Typel 来计算振幅响应。 2、Ⅱ类线性相位 FIR 滤波器：)(n h 为对称，M 为偶数.可以证明：

2/)1(2

])}21

(cos{)([)(--=∑-=M j M n j e n n b e H ωω

ω式中2,...2,1),2(2)(M n n M h n b =-=且振幅

响应函数∑=-=

2/1

)}21

(cos{)()(M n r n n b H ωω可得0)(=πr

H 。

。所以该幅值关于πω=成奇对称，不适合作高通或带阻滤波器。MATLAB 中用函数 Hr_Type2 来计算振幅响应。 3、Ⅲ类线性相位 FIR 滤波器：)(n h 为反对称，M 为奇数。可以证明：

])2

(2[2/)1(1

]sin )([

)(ωπω

ω---=∑=M j M n j e

n n c e H 式中2

,...2,1),21(

2)(-=--=M n n M h n c ，且振幅响应函数∑-==

/)1(0

)

cos()()(M n r n n c H ωω可得0)(),0(=πr r H H 所以该幅值关于

ππω2,,0=成奇对称，不适合作高通和低通滤波器，而非常适合于近似一个理想的希尔伯

特变换器和微分器。MA TLAB 中用函数Hr_Type3来计算振幅响应。

4、Ⅳ类线性相位 FIR 滤波器：)(n h 为反对称，M 为偶数。可以证明：

]2/)1(2

])}21

(sin{)([)(--=∑-=M j M n j e n n d e H ωπ

ω式中2,...2,1),2(2)(M n n M h n d =-=，且振幅响应函数∑=-=

)}21

(sin{)()(M n r n n d H ωω，可得0)0(=r H ，不适合作低通。也是适合用来设计数字希尔伯特变换器和微分器的。MATLAB 中用函数 Hr_Type4 来计算振幅响

应。

三．实验内容

1.复习课本中的有关内容，并阅读本实验原理。

2.设一个 FIR 滤波器的单位脉冲响应为 h=[1,2,3,2,1],编写一个 MATLAB 函数验证它具有线性相位。

clc;clear;clf; h=[1 2 3 2 1]; w=0:pi;

M=length(h);n=0:M-1; X=dtft(h,n,w);

plot(w/pi,angle(X));

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

-2-1012

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

02468

10可能用到的 MA TLAB 函数有：freqz —求频率特性，real —求复数的实部，atan —求反正切。 3. 当 h=[1,2,3,-3-2,-1]时，重复实验内容 2，并比较两者的差异。 clc;clear;clf;

h=[1,2,3,-3-2,-1]; w=0:pi;

M=length(h);n=0:M-1; X=dtft(h,n,w);

plot(w/pi,angle(X));

00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

-1

-0.500.511.522.53

3.5

4. 当 FIR 滤波器的单位脉冲响应分别为 h=[1,-2,3,5,3,-2,1] ， h=[1,-2,3,3,-2,1] ，

h=[1,-2,3,5,-3,2,-1]， h=[1,-2,3,-3,2,-1]时，指出它们各属于何种类型的滤波器，并编写 MATLAB

函数画出它们的幅频特性曲线和 ) ( z H 的零点位置。 clc;clear;clf;

h1=[1,-2,3,5,3,-2,1] ; h2=[1,-2,3,3,-2,1] ; h3=[1,-2,3,5,-3,2,-1]; h4=[1,-2,3,-3,2,-1];

[Hr1,w1,a,L1] = Hr_Type1(h1); [Hr2,w2,b,L2] = Hr_Type2(h2); [Hr3,w3,c,L3] = Hr_Type3(h3); [Hr4,w4,d,L4] = Hr_Type4(h4); subplot(241); plot(w1/pi,Hr1); subplot(242); plot(w2/pi,Hr2); subplot(243); plot(w3/pi,Hr3); subplot(244); plot(w4/pi,Hr4); subplot(245);

zplane(h1,1); subplot(246); zplane(h2,1); subplot(247); zplane(h3,1); subplot(248); zplane(h4,1);

00.51-10

-505

1000.510

00.510

00.51

-5

0510

15-101-2

Real Part

I m a g i n a r y P a r t

-101-1

015

Real Part

I m a g i n a r y P a r t

-101-2

Real Part

I m a g i n a r y P a r t

-101-1

015

Real Part

I m a g i n a r y P a r t

参考流程图：

、线性相位 2、幅频特性

四思考题

①什么FIR 滤波器必须具有对称性？分别有哪几对称性？

②在四种类型的滤波器中，那种滤波器的应用最为广泛？为什么？

③Ⅱ型滤波器，Ⅲ型滤波器，Ⅳ型滤波器各不能用于何种滤波器？

五、实验报告要求

1.简述实验目的及原理。

2.整理好经过运行并证明是正确的实验程序并加上注释。绘出相应的图形。

3.简要回答思考题。

有源低通滤波器设计报告要点

课程设计(论文)说明书题目：有源低通滤波器院（系）：信息与通信学院专业：通信工程学生姓名：学号：指导教师：职称： 2010年 12 月 19 日

摘要低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路，它实际上是一种具有特定频率响应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。根据指标，本次设计选用二阶有源低通滤波器。关键词：低通滤波器；集成运放UA741；RC网络 Abstract Low-pass filter is a component which can only pass the low frequency signal and attenuation or inhibit the high frequency signal . Ideal frequency response of the filter circuit in the pass band should have a certain amplitude and linear phase shift, and amplitude of the resistance band to be zero. Active filter is composed of the RC network and the amplifier, it actually has a specific frequency response of the amplifier. Higher the order of the filter, the rate of amplitude-frequency characteristic decay faster, but more the number of RC network section, the more complicated calculation of device parameters, circuit debugging more difficult. According to indicators ，second-order active low-pass filter is used in this design . Key words：Low-pass filter；Integrated operational amplifier UA741；RC network,

FIR滤波器的设计

实验三：FIR 数字滤波器的设计实验目的 1) 掌握用窗函数法，频率采样法及优化设计法设计FIR 滤波器的原理及方法。 2) 熟悉线性相位FIR 滤波器的幅频特性和相频特性。 3) 了解各种不同窗函数对滤波器性能的影响。一、实验内容 1. N=45，计算并画出矩形窗、汉明窗、布莱克曼窗的归一化的幅度谱，并比较各自的主要特点。 clear all; N=45; wn1=kaiser(N,0); wn2=hamming(N); wn3=blackman(N); [h1,w1] = freqz(wn1,N); [h2,w2] = freqz(wn2,N); [h3,w3] = freqz(wn3,N); plot(w1/pi,20*log10(abs(h1)),'r-',w2/pi,20*log10(abs(h2)),'b-',w3/pi,20*log10(abs(h3)),'g-'); axis([0,1,-120,10]);grid; xlabel('归一化频率/\pi'); ylabel('幅度/dB'); title('三种窗口函数'); legend('矩形窗','汉明窗','布莱克曼窗',3); 归一化频率/ 幅度/d B 分析：阻带衰减和过渡带带宽是相互矛盾的，矩形窗过渡带带宽窄，但是阻带衰减比较少；布莱克曼窗过渡带带宽宽，但是阻带衰减比较大

2. N=15，带通滤波器的两个通带边界分别是ω1=0.3π，ω2=0.5π。用汉宁窗设计此线性相位带通滤波器，观察它的实际3dB 和20dB 带宽。N=45，重复这一设计，观察幅频和相位特性的变化，注意长度N 变化的影响。 N=15; h= fir1(N-1,[0.3 0.5],'bandpass',hanning(N)); figure(1) freqz(h,1);axis([0,1,-60,10]); title('N=15,汉宁窗'); N=45; h= fir1(N-1,[0.3 0.5],'bandpass',hanning(N)); figure(2) freqz(h,1);axis([0,1,-60,10]); title('N=45,汉宁窗'); 00.10.2 0.30.40.50.60.70.80.91 -1000 -500 500 Normalized Frequency (?π rad/sample) P h a s e (d e g r e e s ) 00.10.2 0.30.40.50.60.70.80.91 -60 -40-20 0Normalized Frequency (?π rad/sample) M a g n i t u d e (d B ) N=15,汉宁窗

FIR滤波器设计实验报告

实验报告课程名称：数字信号处理实验项目：FIR滤波器设计专业班级：姓名：学号：实验室号：实验组号：实验时间：批阅时间：指导教师：成绩：

实验报告专业班级：学号：姓名：一、实验目的： 1、熟悉线性相位FIR 数字低通滤波器特性。 2、熟悉用窗函数法设计FIR 数字低通滤波器的原理和方法。 3、了解各种窗函数对滤波特性的影响。要求认真复习FIR 数字滤波器有关内容实验内容。二、实验原理如果所希望的滤波器理想频率响应函数为)(e H j ωd ，则其对应的单位样值响应为 ωπ= ωππ -?d e j ωn j d d e )(H 21(n)h 窗函数法设计法的基本原理是用有限长单位样值响应h(n)逼近(n)h d 。由于(n)h d 往往是无限长序列，且是非因果的，所以用窗函数(n)w 将(n)h d 截断，并进行加权处理，得到：(n)(n)h h(n)d w ?=。h(n)就作为实际设计的FIR 滤波器单位样值响应序列，其频率函数)H(e j ω 为∑-=ω= 1 n n j -j ω h(n)e )H(e N 。式中N 为所选窗函数(n)w 的长度。用窗函数法设计的FIR 滤波器性能取决于窗函数类型及窗口长度N 的取值。设计过程中要根据阻带衰减和过渡带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度N 。各类窗函数所能达到的阻带最小衰减和过渡带宽度见P342表7-3。选定窗函数类型和长度N 以后，求出单位样值响应(n)(n)h h(n)d w ?=。验算 )()()]([)(ω?ωω==j g j e H n h DTFT e H 是否满足要求，如不满足要求，则重新选定窗函数类型和长度N ，直至满足要求。如要求线性相位特性，h(n)还必须满足n)-1-h(N h(n)±=。根据上式中的正、负号和长度N 的奇偶性又将线性相位FIR 滤波器分成4类（见P330表7-1及下表），根据要设计的滤波器特性正确选择其中一类。例如要设计低通特性，可选择情况1、2，不能选择情况3、4。

matlab仿真一阶低通滤波器幅频特性和相频特性

freqs 模拟滤波器的频率响应语法： h = freqs(b,a,w) [h,w] = freqs(b,a) [h,w] = freqs(b,a,f) freqs(b,a) 描述： freqs返回一个模拟滤波器的H(jw)的复频域响应（拉普拉斯格式）请给出分子b和分母a h = freqs(b, a, w) 根据系数向量计算返回模拟滤波器的复频域响应。freqs计算在复平面虚轴上的频率响应h，角频率w确定了输入的实向量，因此必须包含至少一个频率点。 [h, w] = freqs(b, a) 自动挑选200个频率点来计算频率响应h [h, w] = freqs(b, a, f) 挑选f个频率点来计算频率响应h 例子：找到并画出下面传递函数的频率响应 Matlab代码： a = [1 0.4 1]; b = [0.2 0.3 1]; w = logspace(-1, 1);

logspace功能：生成从10的a次方到10的b次方之间按对数等分的n个元素的行向量。n如果省略，则默认值为50。 freqs(b, a, w); You can also create the plot with: h = freqs(b,a,w); mag = abs(h); phase = angle(h); subplot(2,1,1), loglog(w,mag) subplot(2,1,2), semilogx(w,phase) To convert to hertz, decibels, and degrees, use: f = w/(2*pi); mag = 20*log10(mag); phase = phase*180/pi; 算法： freqs evaluates the polynomials at each frequency point, then divides the numerator response by the denominator response: s = i*w; h = polyval(b,s)./polyval(a,s)

fir低通滤波器设计(完整版)

电子科技大学信息与软件工程学院学院标准实验报告（实验）课程名称数字信号处理电子科技大学教务处制表

电子科技大学实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：14-18 一、实验室名称：计算机学院机房二、实验项目名称：fir 低通滤波器的设计三、实验学时：四、实验原理： 1. FIR 滤波器 FIR 滤波器是指在有限范围内系统的单位脉冲响应h[k]仅有非零值的滤波器。M 阶FIR 滤波器的系统函数H(z)为 ()[]M k k H z h k z -==∑ 其中H(z)是k z -的M 阶多项式，在有限的z 平面内H(z)有M 个零点，在z 平面原点z=0有M 个极点. FIR 滤波器的频率响应 ()j H e Ω 为 0 ()[]M j jk k H e h k e Ω -Ω ==∑ 它的另外一种表示方法为 () ()()j j j H e H e e φΩΩΩ=

其中 () j H e Ω和()φΩ分别为系统的幅度响应和相位响应。若系统的相位响应()φΩ满足下面的条件 ()φαΩ=-Ω 即系统的群延迟是一个与Ω没有关系的常数α，称为系统H(z)具有严格线性相位。由于严格线性相位条件在数学层面上处理起来较为困难，因此在FIR 滤波器设计中一般使用广义线性相位。如果一个离散系统的频率响应 ()j H e Ω 可以表示为 ()()()j j H e A e αβΩ-Ω+=Ω 其中α和β是与Ω无关联的常数，()A Ω是可正可负的实函数，则称系统是广义线性相位的。如果M 阶FIR 滤波器的单位脉冲响应h[k]是实数，则可以证明系统是线性相位的充要条件为 [][]h k h M k =±- 当h[k]满足h[k]=h[M-k],称h[k]偶对称。当h[k]满足h[k]=-h[M-k],称h[k]奇对称。按阶数h[k]又可分为M 奇数和M 偶数，所以线性相位的FIR 滤波器可以有四种类型。 2. 窗函数法设计FIR 滤波器窗函数设计法又称为傅里叶级数法。这种方法首先给出()j d H e Ω， ()j d H e Ω 表示要逼近的理想滤波器的频率响应，则由IDTFT 可得出滤波器的单位脉冲响应为 1 []()2j jk d d h k H e e d π π π ΩΩ-= Ω ? 由于是理想滤波器，故 []d h k 是无限长序列。但是我们所要设计的FIR 滤波器，其h[k]是有限长的。为了能用FIR 滤波器近似理想滤波器，需将理想滤波器的无线长单位脉冲响应 []d h k 分别从左右进行截断。当截断后的单位脉冲响应 []d h k 不是因果系统的时候，可将其右移从而获得因果的FIR 滤波器。

FIR数字滤波器设计与实现

FIR 数字滤波器设计与实现一.摘要：数字滤波器是一种具有频率选择性的离散线性系统，在信号数字处理中有着广泛的应用。其中FIR 滤波器是一种常用的滤波器，它在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到严格的线性相位特性，在语音分析、图像处理、雷达监测等对信号相位要求高的领域有着广泛的应用，能实现IIR 滤波器不能实现的许多功能。二.关键词：FIR 窗函数系统函数MATLAB 三.内容提要：数字滤波器的功能就是把输入序列通过一定的运算变换成输出序列，因此数字滤波器的结构系统中就必须包括一定数量和性能的运算器件和运算单元，而运算器件和运算单元的配置必须由数字滤波器的结构特点和性能特点来决定，因此在进行FIR 数字滤波器的设计之前，有必要介绍和总结FIR 数字滤波器的基本结构和相关特性（包括频响曲线（幅度和相位），单位冲激响应等），在介绍完其基本结构和相关特性后，就进行FIR 数字滤波器的设计和实现。（一）FIR 滤波器的基本结构在讨论任何一种滤波器时，都要着重分析其系统函数，FIR 滤波器的系统函数为： n N n z n h z H ∑-==1 0)()(。从该系统函数可看出，FIR 滤波器有以下特点： 1)系统的单位冲激响应h(n)在有限个n 值处不为零； 2)系统函数H(z)在|z|>0处收敛，极点全部在z=0处(稳定系统)； 3)结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，但有些结构中(例如频率抽样结构)也包含有反馈的递归部分。 1.FIR 滤波器实现的基本结构有： 1）横截型（卷积型、直接型） a.一般FIR 滤波器的横截型(直接型、卷积型)结构：若给定差分方程为：。则可以直接由差分方程得出FIR 滤波器结构如下图所示：这就是FIR 滤波器的横截型结构，又称直接型或卷积型结构。 b .线性相位FIR 滤波器的横截型结构

巴特沃斯数字低通滤波器要点说明

目录 1.题目........................................................ .................................. .2 2.要求........................................................ (2) 3.设计原理........................................................ . (2) 3.1 数字滤波器基本概念......................................................... (2) 3.2 数字滤波器工作原理......................................................... (2) 3.3 巴特沃斯滤波器设计原理 (2) 3.4脉冲响应不法......................................................... .. (4) 3.5实验所用MATLAB函数说

明 (5) 4.设计思路........................................................ .. (6) 5、实验内容........................................................ . (6) 5.1实验程序......................................................... . (6) 5.2实验结果分析......................................................... . (10) 6.心得体会........................................................ . (10) 7.参考文献........................................................ . (10) 一、题目：巴特沃斯数字低通滤波器二、要求：利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器，通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ，通带最大衰减为0.5HZ，阻带最小衰减为10HZ，画出幅频、相频相应相应曲线。并假设一个信号x(t)=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t),其中f1=50HZ,f2=200HZ。用此信号验证

FIR数字滤波器设计与使用

实验报告课程名称：数字信号处理指导老师：刘英成绩：_________________实验名称： FIR数字滤波器设计与使用同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求设计和应用FIR低通滤波器。掌握FIR数字滤波器的窗函数设计法，了解设计参数（窗型、窗长）的影响。二、实验内容和步骤编写MATLAB程序，完成以下工作。 2-1 设计两个FIR低通滤波器，截止频率 C =0.5。（1）用矩形窗，窗长N=41。得出第一个滤波器的单位抽样响应序列h 1(n)。记下h 1 (n) 的各个抽样值，显示h 1 (n)的图形（用stem(.)）。求出该滤波器的频率响应（的N 个抽样）H 1(k)，显示|H 1 (k)|的图形（用plot(.)）。（2）用汉明窗，窗长N=41。得出第二个滤波器的单位抽样响应序列h 2(n)。记下h 2 (n) 的各个抽样值，显示h 2(n)的图形。求出滤波器的频率响应H 2 (k)，显示|H 2 (k)|的图形。（3）由图形，比较h 1(n)与h 2 (n)的差异，|H 1 (k)|与|H 2 (k)|的差异。 2-2 产生长度为200点、均值为零的随机信号序列x(n)（用rand(1,200)0.5）。显示x(n)。求出并显示其幅度谱|X(k)|，观察特征。 2-3 滤波（1）将x(n)作为输入，经过第一个滤波器后的输出序列记为y 1(n)，其幅度谱记为|Y 1 (k)|。显示|X(k)|与|Y 1 (k)|，讨论滤波前后信号的频谱特征。（2）将x(n)作为输入，经过第二个滤波器后的输出序列记为y 2(n)，其幅度谱记为|Y 2 (k)|。比较|Y 1(k)|与|Y 2 (k)|的图形，讨论不同的窗函数设计出的滤波器的滤波效果。 2-4 设计第三个FIR低通滤波器，截止频率 C =0.5。用矩形窗，窗长N=127。用它对x(n)进行滤波。显示输出信号y

FIR数字滤波器设计与软件实现

实验二：FIR数字滤波器设计与软件实现一、实验指导 1．实验目的（1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。（2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法。（3）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。（4）学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器。 2．实验内容及步骤（1）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理；（2）调用信号产生函数xtg产生具有加性噪声的信号xt，并自动显示xt及其频谱，如图1所示；图1 具有加性噪声的信号x(t)及其频谱如图（3）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取xt中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于0.1dB，将噪声频谱衰减60dB。先观察xt的频谱，确定滤波器指标参数。

（4）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度N，调用MATLAB函数fir1设计一个FIR低通滤波器。并编写程序，调用MATLAB快速卷积函数fftfilt实现对xt的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。（4）重复（3），滤波器指标不变，但改用等波纹最佳逼近法，调用MATLAB函数remezord和remez设计FIR数字滤波器。并比较两种设计方法设计的滤波器阶数。提示：○1MATLAB函数fir1的功能及其调用格式请查阅教材； ○2采样频率Fs=1000Hz，采样周期T=1/Fs； ○3根据图1(b)和实验要求，可选择滤波器指标参数：通带截止频率fp=120Hz，阻带截至频率fs=150Hz，换算成数字频率，通带截止频率 p 20.24 p f ωπ =T=π，通带最大衰为0.1dB，阻带截至频率 s 20.3 s f ωπ =T=π，阻带最小衰为60dB。 ○4实验程序框图如图2所示，供读者参考。

FIR数字滤波器设计及软件实现

实验五：FIR数字滤波器设计及软件实现一、实验目的：（1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。（2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法。（3）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。（4）学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器。二、实验容及步骤：（1）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理；（2）调用信号产生函数xtg产生具有加性噪声的信号xt，并自动显示xt及其频谱，如图1所示；图1 具有加性噪声的信号x(t)及其频谱如图（3）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取xt中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于0.1dB，将噪声频谱衰减60dB。先观察xt的频谱，确定滤波器指标参数。（4）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度N，调用MATLAB函数fir1设计一个FIR低通滤波器。并编写程序，调用MATLAB快速卷积函数fftfilt实现对xt的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。（4）重复（3），滤波器指标不变，但改用等波纹最佳逼近法，调用MATLAB函数remezord和remez设计FIR数字滤波器。并比较两种设计方法设计的滤波器阶数。友情提示： ○1MATLAB函数fir1和fftfilt的功能及其调用格式请查阅本课本；

○ 2采样频率Fs=1000Hz ，采样周期T=1/Fs ； ○ 3根据图10.6.1(b)和实验要求，可选择滤波器指标参数：通带截止频率fp=120Hz ，阻带截至频率fs=150Hz ，换算成数字频率，通带截止频率 p 20.24p f ωπ=T =π，通带最大衰为0.1dB ，阻带截至频率s 20.3s f ωπ=T =π，阻带最小衰为60dB 。] ○ 4实验程序框图如图2所示。图2 实验程序框图三、实验程序： 1、信号产生函数xtg 程序清单： %xt=xtg(N) 产生一个长度为N,有加性高频噪声的单频调幅信号xt,采样频率Fs=1000Hz %载波频率fc=Fs/10=100Hz,调制正弦波频率f0=fc/10=10Hz. function xt=xtg N=1000;Fs=1000;T=1/Fs;Tp=N*T; t=0:T:(N-1)*T; fc=Fs/10;f0=fc/10; %载波频率fc=Fs/10，单频调制信号频率为f0=Fc/10;

fir滤波器实现方法

目录第一章、绪论 (3) 1.1数字滤波器发展概况 (4) 1.1.1数字滤波器技术发展动态 (5) 1.1.2FIR DF和IIR DF比较 (6) 第二章、FIR滤波器设计方法 (7) 第三章、FIR数字滤波器理论及基于MATLAB设计方法 (13) 3.1数字滤波器的分类 (13) 3.2FIR数字滤波器的结构 (14) 3.3FIR数字滤波器软件设计方法 (18) 3.4傅氏级数设计FIR滤波器的基本理论 (19) 3.5基于MATLAB的FIR滤波器设计 (22) 参考书目 (32) 鸣谢 (33)

摘要数字滤波技术是数字信号处理的核心技术，而FIR数字滤波器因其具有严格的线性相位、总是稳定等特点而广泛应用于数字信号处理的各个领域，是一个非常重要的研究课题。本文主要研究了数字滤波器的基本理论，并对有限冲击响应滤波器的设计和实现进行了分析和研究，尤其是在MATLAB环境下的FIR数字滤波器的设计，主要是窗函数法及利用MATLAB环境下FIR滤波器的设计工具的设计方法，并用MATLAB语言编写了可以选择滤波器四种类型及七种窗口函数的仿真程序，进行了具体的仿真分析。关键词：数字信号处理器；数字滤波器；FIR；MATLAB Abstract Digital fitler algorithm is one of the core techniques in processing.The FIR digital filter has been widely used in signal processing field because of its strict linear phase and stability,now,it becomes a very sigificant research task. In this paper,the mainly task is researching the basic theories of the digital filter,and analyzing the designing and realization of the Finite Impulse Response digital filter(FIR),especially the method which realized under MATLAB environment,the window functions is primarily introduced,the method of using the digital filter design tools in MATLAB is also applied.It also compiles a procedure with MATLAB language

简单易用的RC低通滤波器设计

低通滤波器 1、电路的组成所谓的低通滤波器就是允许低频信号通过，而将高频信号衰减的电路，RC低通滤波器电路的组成如图3-17所示。 2、电压放大倍数在电子技术中，将电路输出电压与输入电压的比定义为电路的电压放大倍数，或称为传递函数，用符号A u来表示，在这里A u为复数，即令，则（3-19）的模和幅角为（3-20）（3-21）

式3-19称为RC低通电路的频响特性，式3-20称为RC低通电路的幅频特性，式3-21称为RC低通电路的相频特性。在电子电路中，描述电路幅频特性和相频特性的单位通常用对数传输单位分贝。 3、对数传输单位分贝（dB）的定义在电信号的传输过程中，为了估计线路对信号传输的有效性，经常要计算的值。式中的P0和P i 分别为线路输出端和输入端信号的功率。当多级线路相串联时，总的的值为：对上式取对数可简化计算，利用对数来描述的，被定义为对数传输单位贝尔（B）。即（3-22）贝尔的单位太大了，在实际上通常用贝尔的十分之一为计量单位，称为分贝（dB）。即，1B=10dB。因为，所以，对于等电阻的一段网络，贝尔也可用输出电压和输入电压的比来定义。即（3-23）当电压放大倍数用dB做单位来计量时，常称为增益。根据增益的概念，我们通常将对信号电压的放大作用是100倍的电路，说成电路的增益是40dB，电压放大作用是1000倍的电路，说成电路的增益是60dB，当输出电压小于输入电压时，电路增益的分贝数是负值。例-20dB说明输入信号被电路衰减了10倍。 4.低通滤波器的波特图利用对数传输单位，可将低通滤波器的幅频特性写成

（3-24）下面分几种情况来讨论低通滤波的幅频特性：（1）当f等于通带截止频率f P时当f=f P时，式3-24变成（3-25）由上式可得通带截止频率f P的物理意义是：因低通电路的增益随频率的增大而下降，当低通电路的增益下降了3dB时所对应的频率就是通带截止频率f P。若不用增益来表示，也可以说，当电路的放大倍数下降到原来的0.707时所对应的频率。对于低通滤波器，该频率通常又称为上限截止频率，用符号f H来表示。根据f P的定义可得f H的表达式为：（3-26）（2）当f>10f P时当f>10f P时，式3-24中的项比10大,公式中的1可忽略,式3-24的结果为（3-27） 3-27式说明频率每增加10倍，增益下降20dB，说明该电路对高频信号有很强的衰减作用，在幅频特性曲线上，3-27式称为-20dB/十倍频线。（3）当f<0.1f P时当f<0.1f P时,式3-24中的项比0.1小,可忽略,式3-24的结果为0dB。说明该电路对低频信号没有任何的衰减作用，低频信号可以很顺利的通过该电路，所以该电路称为低通滤波器。根据上面讨论的结果所画的幅频特性曲线称为波特图，RC低通滤波器的波特图如图3-18所示。

简单二阶有源低通滤波器电路及幅频特性

简单二阶有源低通滤波器电路及幅频特性为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC o (1)通带增益当f=0时，各电容器可视为开路，通带内的增益为低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好二阶LPF的电路图如图6所示，幅频特性曲线如图7所示。 1- (2)二阶低通有源滤波器传递函数根据图8-2.06可以写出

丄“盘斗丄〕俯二一礎通常有，联立求解以上三式，可得滤波器的传递函数臥)—九… (3)通带截止频率将s 换成j 3,令3 0 = 2n f o=1/(RC)可得当f=fp时，上式分母的模 ="丿厶 I Vo Z 与理想的二阶波特图相比，在超过fO以后，幅频特性以-40 dB/dec的速率下降，比一阶的下降快。但在通带截止频率fp -fO之间幅频特性下降的还不够快。摘要设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，并利用MultisimIO仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致，为有源滤波器的电路设计提供了EDA手段和依据。关键词二阶有源低通滤波器；电路设计自动化；仿真分析；MultisimIO 滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积较大。从滤波器阶数可分为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。采用集成运放构成的RC有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。本文根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，采用EDA仿真软件Multisim1O对压控电压源型二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试，从而实现电路的优化设计。 1设计分析 1.1二阶有源滤波器的典型结构二阶有源滤波器的典型结构如图1所示。其中，丫1?丫5为导纳，考虑到UP=UN

FIR滤波器设计

数字信号与处理FIR滤波器设计院系：机电工程学院专业（班级）：电子信息工程2班姓名：学号: 2010408 指导教师：职称：副教授、助教完成日期：2013 年11 月18 日

目录 1 引言 (1) 2 滤波器的简介 (2) 2.1 数字滤波器的发展 (2) 2.2数字滤波器的实现方法 (2) 2.3数字滤波器的分类 (2) 3.1 设计方法 (4) 3.2有限冲击响应滤波原理 (4) 3.3 FIR滤波器的结构图 (5) 3.3 FIR数字滤波器阶数计算 (5) 3.3 在matlab中算出滤波系数 (6) 3.4 FIR数字滤波器设计方法 (6) 3.5 程序功能顺序图 (8) 4 调试的步骤及调试过程中出现的问题以及解决方法 (10) 4.1 调试步骤 (10) 4.2调试结果 (13) 4.3调试问题解决 (14) 5 结论 (16) 6 设计心得体会 (17) 附录A 程序 (19)

FIR滤波器设计 1 引言数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置，可作为应用系统对信号的前期处理。用DSP芯片实现的数字滤波器具有稳定性好、精确度高、灵活性强及不受外界影响等特性。因此基于DSP实现的数字滤波器广泛应用于语音图像处理、数字通信、频谱分析、模式识别、自动控制等领域，具有广阔的发展空间。随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理已经成为高速实时处理的一项关键技术，广泛应用在语音识别、智能检测、工业控制等各个领域。数字滤波器是对数字信号实现滤波的线性时不变系统。数字滤波实质上是一种运算过程，实现对信号的运算处理。 DSP数字信号处理是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。传感器数字信号处理是利用传感器对模拟信号或数字信号进行采集并把其转换成计算机可识别的电信号，并利用计算机对信号进行处理以达到计算机辅助控制或是计算机自动控制的目的。 DSP 芯片是一种特别适合数字信号处理运算的微处理器，主要用来实时、快速地实现各种数字信号处理算法。用DSP 芯片实现FIR数字滤波器，不仅具有精确度高、不受环境影响等优点，而且因DSP 芯片的可编程性，可方便地修改滤波器参数，从而改变滤波器的特性，设计十分灵活。

低通滤波器设计实验报告

低通滤波器设计一、设计目的 1、学习对二阶有源RC 滤波器电路的设计与分析； 2、练习使用软件ORCAD （PISPICE ）绘制滤波电路； 3、掌握在ORCAD （PISPICE ）中仿真观察滤波电路的幅频特性与相频特性曲线。二、设计指标 1、设计低通滤波器截止频率为W=2*10^5rad/s; 2、品质因数Q=1/2; 三、设计步骤 1、考虑到原件分散性对整个电路灵敏度的影响，我们选择R1=R2=R,C1=C2=C ，来减少原件分散性带来的问题； 2、考虑到电容种类比较少，我们先选择电容的值，选择电容C=1nF; 3、由给定的Wp 值,求出R 12121C C R R Wp ==RC 1=2*10^5 解得：R=5K ? 4、根据给定的Q ，求解K Q=2121C C R R /K)RC -(1+r2)C1+(R1= K -31 解得：K=3-Q 1=1.286 5、根据求出K 值，确定Ra 与Rb 的值

Ra=2 K=1+ Rb Ra=Rb 这里取Ra=Rb=10K?; 四、电路仿真 1、电路仿真图： 2、低通滤波器幅频特性曲线 3、低通滤波器相频特性曲线注：改变电容的值：当C1=C2=C=10nF时低通滤波器幅频特性曲线低通滤波器相频特性曲线五、参数分析 1、从幅频特性图看出：该低通滤波器的截止频率大约33KHz, 而我们指标要求设计截止频率 f= Wp/2?=31.847KHz 存在明显误差； 2、从幅频特性曲线看出，在截至频率附近出现凸起情况,这是二阶滤波器所特有的特性； 3、从相频特性曲线看出，该低通滤波器的相频特性相比比较好。 4、改变电容电阻的值，发现幅频特性曲线稍有不同，因此，我们在设计高精度低误差的滤波器时一定要注意原件参数的选择。六、设计心得: 通过对给定参数指标的地滤波器的仿真设计，一方面学会了在

四种滤波器的幅频特性

四种滤波器的幅频特性本次实验是观察四种滤波器（低通、高通、带宽、带阻）的幅频特性，以加强对各种滤波器的功能认知。本次实验我们选用的放大器为324型，其功能图如下所示: 下面我们来逐步观察一下四种滤波器的特性。 1. 低通滤波器其电路图如下所示：图中，电阻R1=R2=R=10K Ω，C1=C2=0.01uF,Ro=0.8R=8Ω，Vcc+＝+12V ， Vcc-＝-12V ，低通滤波器的传递函数20 02 2 )(ω αωω++= s s K s H p ，，其中 2 221102 12100 1111; 1;1C R K R R C C C R R R R K K f f p -+???? ??+= = + ==αωω带入数据w 。＝10000rad/s ，Kp ＝1.8，α＝1.2， ()( ) 2 2 2202 2 25/2425/78.1)(ωωω ωω+-= j H ；当w ＝0时)(ωj H ＝1.8，；w 增加且w<4800rad/s 时，)(ωj H 增加；当>4800rad/s 时,)(ωj H 减小,;w 趋近无穷时, )(ωj H 趋近于0。此时wc=1.17rad/s 。对于不同的α，滤波器的幅频特性也不相同对于实验中的低通，α＝1.2，与1.25的相似，我们对于实验数据的测量如下：输入为100mV

范围10～6kHz 输出不失真绘出的幅频特性图如下： 2、高通滤波器其电路图如下：其中R1=R2=R=10K,C1=C2=0.01uF,Ro=0.8R=8K 高通的传递函数为20 02 2 )(ω αω++= s s s K s H p ，()() 2 220 2 2 )(ωαωω ω ωω+-= p K j H ， 1121 2 021******** ; 1 ; 1C R K C C R C C R R R R K K f f p -+???? ??+= = +==αωω带入数值后，Kp ＝1.8， W=0时 )(ωj H ＝0；w<4800rad/s 时)(ωj H 增加;w 趋近于无穷时,)(ωj H 保持不变。对于不同的α，滤波器的幅频特性也不相同绘制的幅频特性图如下： 3带通滤波器其电路图如下所示：其中R1=R2=R3=R=10K,C1=C2=0.01uF ，Ro=8K ，带通的传递函数为 2 02 0)/()/()(ω ωω++= s Q s s Q K s H p ，()H j ω； ()1 223131102 13212 101 213 1211111; ; 111C R K C R C R C R Q C C R R R R R R R K R R C C K K f f f p -+++=+= ??????-+???? ??++=-ωω

FIR数字滤波器的算法实现与习题(1)

FIR数字滤波器的算法实现与习题 [例3] 窗函数设计法实现一个低通数字滤波器，要求通带截止频率10kHz，阻带截止频率22kHz，阻带衰减大于75dB，采样频率f s=75kHz。过渡带宽度=通带截止频率+过渡带宽度/2=10kHz+12/2kHz=16 kHz 数字截止频率 Ω1=2π×f1/ f s=2π×16/50=0.64π 理想低通滤波器单位脉冲响应 h1(n)=sin(nΩ1)/n/π=sin(0.64πn)/n/π 选择布莱克曼窗，滤波器长度为 N=5.98 f s过渡带宽度=5.98×50/12=24.9 取N=25，布莱克曼窗函数为 w(n)=0.42-0.5cos(2πn/24)+0.08cos(4πn/24) 滤波器单位脉冲响应为 h(n)= h1(n)w(n) n≤N-1 h(n)=0 n< N-1 根据上式计算出，然后将单位脉冲响应移位为因果序列，完成的滤波器差分方程为y(n)=0.001x(n-2) -0.002x(n-3) -0.002x(n-4)+0.01x(n-5)-0.009x(n-6)-0.018x(n-7)+0.049x(n-8) -0.02x(n-10)+0.11x(n-11)+0.28x(n-11)+0.64x(n-13)+0.28x(n-14)-0.11x(n-15)-0.02x(n-16)-0.049x( n-17)-0.018x(n-18)-0.009x(n-19)+0.01x(n-20)-0.002x(n-21)-0.002x(n-22)+0.001x(n-23) 数字滤波器程序如下： #include “math.h”//数学函数头文件 #define N 25 //FIR阶数N #define PI 3.1415926 float InputWave( )；//输入波形 float FIR()；// FIR滤波函数声明 float fHn[N]={0.0，0.0，0.001，-0.002，-0.002，0.01，-0.009，//滤波器系数-0.018，0.049，-0.02，0.11，0.28，0.64，0.28， -0.11，-0.02，0.049，-0.018，-0.009，0.01， -0.002，-0.002，0.001，0.0，0.0}； float fXn[N]={0.0}； float fInput，fOutput； float fSignal1，fSignal2； float fStepSignal1，fStepSignal2； float f2PI；//2*PI int i； float FIN[256]，FOUT[256]；//输入信号与输出信号 i int nIn，nOut； main(void) { nIn=0；nOut=0； f2PI =2*PI； fSignal1=0.0； fSignal2=PI*0.1；

滤波器幅频特性的测试

实验一 1-1 滤波器幅频特性的测试一．实验目的 1．了解无源和有源滤波器的工作原理及应用。 2．掌握滤波器幅频特性的测试方法。二．实验原理滤波器是一种选频装置，可以使某给定频率范围内的信号通过而对该频率范围以外的信号极大地衰减。 1．RC 无源低通滤波器 RC 无源低通滤波器原理如图1-1所示。这种滤波器是典型的一阶RC 低通滤波器，它的电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，构成的组件是标准电阻、电容，容易实现。其传递函数为 =)(s H 1 1 )()(+= s s u s u i o τ （1-1）式中：τ=RC 。低通滤波器频率特性为 ωτ ωj j H += 11 )( （1-2）图1-1 RC 低通滤波器其幅频特性 )(ωA 为 2 )(11)(ωτω+= A （1-3）低通滤波器的截止频率为 RC f c π21 = （1-4）图1-2 一阶有源低通滤波器 2．RC 有源低通滤波器 RC 有源低通滤波器原理如图1-2所示。它是将一阶RC 低通滤波网络接入运算放大器输入端构成的。运算放大器在这里起隔离负载影响、提高增益和带负载能力的作用。有源低通滤波器的传递函数为 1 )()()(+= = s K s u s u s H i o τ （1-5）式中：1 1R R K F + =（R 1、R F 参数可参考图1-2，也可自选）。频率特性为 ωτ ωj K j H += 1)( （1-6） R

式（1-5）与式（1-1）相似，只是增益不同。 3．幅频特性的测试本实验是对以上两种低通滤波器进行幅频特性测试。滤波器的幅频特性采用稳态正弦激励试验的办法求得。对滤波器输入正弦信号x（t）=x0sinωt，在其输出达到稳态后测量输出和输入的幅值比。这样可得到该输入信号频率ω下滤波器的传输特性。逐次改变输入信号的频率，即可得到幅频特性曲线。三．实验仪器和设备 1．低频信号发生器一台 2．毫伏表一台 3．直流稳压电源一台 4．RC无源滤波器接线板一块 5．有源低通滤波器线路板一块四．实验步骤 1．将RC滤波器接线板低通滤波器部分的R值调到适当的位置。将低频信号发生器输出端接入RC低通滤波器输入端，双路毫伏表中的一路接低通滤波器的输入端，另一路接输出端。 2．由信号发生器输出一定幅度的正弦信号电压。先检查低频信号发生器幅值调节旋钮，使之在最小（逆时针旋转到底）位置，输出信号频率调到20Hz，然后逐渐调大信号电压使监测毫伏表指示约1伏，记下滤波器输入和输出的信号电压值。 3．不断由小到大改变滤波器输入信号频率，每改变一次信号频率，待毫伏表读数稳定了以后读取一组滤波器输入和输出信号电压值，记录到原始数据记录纸上。 4．将信号发生器幅值调节旋钮调到最小，按图1-3连接测试系统。考虑到有源低通滤波器具有放大作用，注意监测滤波器输出信号的毫伏表测量档位要比监测输入信号的相应加大。图1-3 5．重复实验步骤2、3。五．实验数据处理 1．用对数坐标纸绘出RC无源低通滤波器和有源低通滤波器的幅频特性曲线。 2．比较两种滤波器的特性，分析有源滤波器的优点。六．思考题 1．若要能自动绘出滤波器的幅频特性曲线，实验系统如何设计？试绘出仪器组合框图，并作简要说明。 2．滤波器的建立时间T e如何测定？