有限脉冲响应数字滤波器设计实验报告DOC
成绩：
《数字信号处理》作业与上机实验
（第二章）
班级：
学号：
姓名：
任课老师：
完成时间：
信息与通信工程学院
2014—2015学年第1 学期
第7章有限脉冲响应数字滤波器设计
1、教材p238：
19.设信号x(t) = s(t) + v(t),其中v(t)是干扰，s(t)与v(t)的频谱不混叠，其幅度谱如题19图所示。要求设计数字滤波器,将干扰滤除，指标是允许|s(f)|在0≤f≤15 kHz频率范围中幅度失真为±2%（δ1 = 0.02）;f > 20 kHz,衰减大于40 dB（δ2=0.01）;希望分别设计性价比最高的FIR和IIR两种滤波器进行滤除干扰。请选择合适的滤波器类型和设计方法进行设计，最后比较两种滤波器的幅频特性、相频特性和阶数。
题19图
(1)matlab代码：
%基于双线性变换法直接设计IIR数字滤波器
Fs=80000;
fp=15000;fs=20000;rs=40;
wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;
Rp=-20*log10(1-0.02);As=40;
[N1,wp1]=ellipord(wp/pi,ws/pi,Rp,As);
[B,A]=ellip(N1,Rp,As,wp1);
[Hk,wk1]=freqz(B,A,1000);
mag=abs(Hk);pah=angle(Hk);
%窗函数法设计FIR 数字滤波器 Bt=ws-wp;
alph=0.5842*(rs-21)^0.4+0.07886*(rs-21); N=ceil((rs-8)/2.285/Bt); wc=(wp+ws)/2/pi;
hn=fir1(N,wc,kaiser(N+1,alph)); M=1024;
Hk=fft(hn,M); k=0:M/2-1;
wk=(2*pi/M)*k;
%画出各种比较结果图 figure(2);
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),':','linewidth',2.5); hold on
plot(wk1/pi,20*log10(mag),'linewidth',2); hold off
legend('FIR 滤波器','IIR 滤波器');
axis([0,1,-80,5]);xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB'); title('损耗函数'); figure(3)
plot(wk/pi,angle(Hk(k+1))/pi,':','linewidth',2.5); hold on
plot(wk1/pi,pah/pi,'linewidth',2); hold off
legend('FIR 滤波器','IIR 滤波器');
xlabel('w/\pi');ylabel('相位/\pi'); title('相频特性曲线');
(2)两种数字滤波器的损耗函数和相频特性的比较分别如图1、2所示：
图1 损耗函数比较图 图2 相频特性比较图
0.1
0.2
0.3
0.4
0.50.6
0.7
0.8
0.9
1
-80-70
-60-50-40-30-20-100w/π
幅度/d B
损耗函数
FIR 滤波器IIR 滤波器
0.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
-1-0.8
-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81w/π
相位/π
相频特性曲线
FIR 滤波器IIR 滤波器
(3)IIR数字滤波器阶数：N=5
FIR数字滤波器阶数：N=36
(4)运行结果分析：由图2及阶数可见，IIR阶数低得多，但相位特性存在非线性失真，FIR具有线性相位特性。
20. 调用MATLAB工具箱函数fir1设计线性相位低通FIR滤波器，要求希望逼近的理想低通滤波器通带截止频率ωc=π/4 rad，滤波器长度N=21。分别选用矩形窗、Hanning窗、Hamming窗和Blackman窗进行设计，绘制用每种窗函数设计的单位脉冲响应h(n)及其损耗函数曲线，并进行比较，观察各种窗函数的设计性能。
(1)matlab代码：
wc=pi/4;N=21;
hn_boxcar=fir1(N-1,wc/pi,boxcar(N));
hn_hanning=fir1(N-1,wc/pi,hanning(N));
hn_hamming=fir1(N-1,wc/pi,hamming(N));
hn_blackman=fir1(N-1,wc/pi,blackman(N));
n=0:N-1;
plot(n,hn_boxcar);
hold on
plot(n,hn_hanning,':','linewidth',2);
plot(n,hn_hamming,'+','linewidth',2);
plot(n,hn_blackman,'o');
hold off
xlabel('n');ylabel('h(n)');
legend('矩形窗','汉宁窗','哈明窗','布莱克曼窗');
title('单位冲激响应');
M=1024;Hk=fft(hn_boxcar,M);k=0:M/2-1;
wk=(2*pi/M)*k;
figure();
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),'linewidth',2);
Hk=fft(hn_hanning,M)
hold on
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),':','linewidth',3); Hk=fft(hn_hamming,M)
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),'o'); Hk=fft(hn_blackman,M)
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),'*'); hold off
legend('矩形窗','汉宁窗','哈明窗','布莱克曼窗');
axis([0,1,-80,5]);xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB'); title('损耗函数');
(2)四种窗函数设计的单位脉冲响应的比较如图3所示：
图3 单位脉冲响应比较图
(3)四种窗函数设计的损耗函数的比较如图4所示：
图4 损耗函数比较图
2468
101214161820
-0.1-0.0500.05
0.10.150.20.250.3n
h (n )
单位冲激响应
矩形窗汉宁窗哈明窗
布
莱
克曼窗
0.1
0.2
0.3
0.4
0.50.6
0.7
0.8
0.9
1
-80-70-60-50
-40-30-20
-100
w/
幅度/d B
损耗函数
矩形窗汉宁窗哈明窗
布
莱
克曼窗
(4)运行结果分析：由图4可见，当滤波器长度N不变时，矩形窗设计的滤波器的过渡带最窄，阻带最小衰减最小；布莱克曼窗设计的滤波器的过渡带最宽，同时阻带最小衰减最大。
21.将要求改成设计线性相位高通FIR滤波器，重作题20。
(1)matlab代码：
wc=pi/4;N=21;
hn_boxcar=fir1(N-1,wc/pi,'high',boxcar(N));
hn_hanning=fir1(N-1,wc/pi,'high',hanning(N));
hn_hamming=fir1(N-1,wc/pi,'high',hamming(N));
hn_blackman=fir1(N-1,wc/pi,'high',blackman(N));
n=0:N-1;
plot(n,hn_boxcar);
hold on
plot(n,hn_hanning,':','linewidth',2);
plot(n,hn_hamming,'+','linewidth',2);
plot(n,hn_blackman,'o');
hold off
xlabel('n');ylabel('h(n)');
legend('矩形窗','汉宁窗','哈明窗','布莱克曼窗');
title('单位冲激响应');
M=1024;Hk=fft(hn_boxcar,M);k=0:M/2-1;
wk=(2*pi/M)*k;
figure();
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),'linewidth',2);
Hk=fft(hn_hanning,M)
hold on
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),':','linewidth',3);
Hk=fft(hn_hamming,M)
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),'o');
Hk=fft(hn_blackman,M)
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),'*');
hold off
legend('矩形窗','汉宁窗','哈明窗','布莱克曼窗');
axis([0,1,-80,5]);xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB');
title('损耗函数');
(2)四种窗函数设计的单位脉冲响应的比较如图5所示：
图5 单位脉冲响应比较图
(3)四种窗函数设计的损耗函数的比较如图6所示：
图6 损耗函数比较图
(5)运行结果分析：由图6可见，当滤波器长度N 不变时，矩形窗设计的滤波器的过渡带最窄，阻带最小衰减最小；布莱克曼窗设计的滤波器的过渡带最宽，同时阻带最小衰减最大。
2468
101214161820
-0.4-0.200.20.4
0.6
0.8
1
n
h (n )
单位冲激响应
矩形窗汉宁窗哈明窗
布
莱
克曼窗
0.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
-80-70-60-50-40-30
-20
-100
w/
幅度/d B
损耗函数
矩形窗汉宁窗哈明窗
布莱克曼窗
要求通带截止频率为0.6π rad ，阻带截止频率为0.45π，通带最大衰减为0.2 dB ，阻带最小衰减为45 dB 。显示所设计的单位脉冲响应h(n)的数据，并画出损耗函数曲线。 (1)matlab 代码：
wp=0.6*pi;ws=0.45*pi; Bt=wp-ws; N0=ceil(6.6*pi/Bt); N=N0+mod(N0+1,2); wc=(wp+ws)/2/pi;
hn=fir1(N-1,wc,'high',hamming(N)); M=1024;
Hk=fft(hn,M); n=0:N-1; stem(n,hn);
xlabel('n');ylabel('h(n)');
title('单位冲激响应'); k=0:M/2-1;
wk=(2*pi/M)*k; figure(2);
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))));
axis([0,1,-80,5]);xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB'); title('损耗函数');grid on
(2)高通FIR 滤波器的单位脉冲响应、损耗函数如图7、8所示：
图7 单位脉冲响应 图8 损耗函数
05101520
2530354045
-0.4
-0.3-0.2-0.10
0.10.2
0.3
0.40.5n
h (n )
单位冲激响
应
0.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
-80
-70-60-50-40-30
-20
-100w/
幅度/d B
损耗函数
要求通带截止频率为0.55π rad 和0.7π rad ，阻带截止频率为0.45π rad 和0.8π rad ，通带最大衰减为0.15 dB ，阻带最小衰减为40 dB 。显示所设计的单位脉冲响应h(n)的数据，并画出损耗函数曲线。 (1)matlab 代码：
wp1=0.55*pi;wp2=0.7*pi;ws1=0.45*pi;ws2=0.8*pi;
Bt=wp2-wp1; N=ceil(6.2*pi/Bt);
wc=[(wp1+ws1)/2/pi,(ws2+wp2)/2/pi]; hn=fir1(N-1,wc,hanning(N)); M=1024;
Hk=fft(hn,M); n=0:N-1; stem(n,hn);
xlabel('n');ylabel('h(n)');
title('单位冲激响应'); k=0:M/2-1;
wk=(2*pi/M)*k; figure(2);
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))));
axis([0,1,-80,5]);xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB'); title('损耗函数');grid on
(2)带通FIR 滤波器的单位脉冲响应、损耗函数如图9、10所示：
图9 单位脉冲响应 图10 损耗函数
05101520
2530354045
-0.25
-0.2-0.15-0.1
-0.050
0.05
0.1
0.15
n
h (n )
单位冲激响
应0
0.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
-80
-70
-60-50-40-30
-20
-100
w/
幅度/d B
损耗函数
2、某信号()x t 为：123()0.5cos(2)0.7cos(20.1)0.4cos(2)x t f t f t f t ππππ=+++，其中121100,130,600.f Hz f Hz f Hz ===设计最低阶FIR 数字滤波器，按下图所示对()x t 进行数字滤波处理，实现：
FIR 数字滤波器
()x n ()
y n A/D(周期T 采样)
D/A(周期T)
()
x t ()y t D/A(周期
T)
1）将3f 频率分量以高于50dB 的衰减抑制，同时以低于2dB 的衰减通过1f 和2f 频率分量；
一、基于窗函数法设计FIR 数字滤波器： (1)matlab 代码：
Fs=3800; fp=130; fs=600; rs=50;
wp=2*pi*fp/Fs; ws=2*pi*fs/Fs; Bt=ws-wp;
alph=0.5842*(rs-21)^0.4+0.07886*(rs-21); N=ceil((rs-8)/2.285/Bt); wc=(wp+ws)/2/pi;
hn=fir1(N,wc,kaiser(N+1,alph)); M=1024;
Hk=fft(hn,M); k=0:M/2-1;
wk=(2*pi/M)*k; figure(2);
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1)))); axis([0,1,-80,5]); xlabel('w/\pi');
ylabel('幅度/dB');
title('损耗函数');grid on figure(3)
plot(wk/pi,angle(Hk(k+1))/pi);grid on xlabel('w/\pi'); ylabel('相位/\pi'); title('相频特性曲线');
(2)数字滤波器的损耗函数和相频特性分别如图11、12所示：
图11 损耗函数曲线 图12 相频特性曲线
二、按直接型网络结构编程编写滤波程序:
(1)matlab 代码：
N=500;n=0:N-1;
f=2800;T=1/f;t=n*T;
x=0.5*cos(2*pi*100*t)+0.7*cos(2*pi*130*t+0.1*pi)+0.4*cos(2*pi*600*t);
m1=0;m2=0;m3=0;m4=0;m5=0;m6=0;m7=0;m8=0;m9=0;m10=0;m11=0;m12=0;m13=0;m14=0;
m15=0;m16=0;m17=0;m18=0;m19=0;m20=0;m21=0;m22=0;m23=0;m24=0; for m=1:length(x)
y(m)=0.0012*x(m)+m1*0.0011-m2*0.0014-m3*0.0072-m4*0.0147-m5*0.0193-...
m6*0.0145+m7*0.0055+m8*0.0423+m9*0.0910+m10*0.1410+m11*0.1786+m12*0.1926+...
m13*0.1786+m14*0.1410+m15*0.0910+m16*0.0423+m17*0.0055-m18*0.0145-...
m19*0.0193-m20*0.0147-m21*0.0072-m22*0.0014+m23*0.0011+m24*0.0012;
m24=m23;m23=m22;m22=m21;m21=m20;m20=m19;m19=m18;m18=m17;m17=m16;m 16=m15;
m15=m14;m14=m13;m13=m12;m12=m11;m11=m10;m10=m9;m9=m8;m8=m7;m7=m6;m6=m5;
m5=m4;m4=m3;m3=m2;m2=m1;m1=x(m); end
0.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
-80-70
-60-50
-40-30-20-100w/π
幅度/d B
损耗函数
0.1
0.2
0.3
0.4
0.50.6
0.7
0.8
0.9
1
-1-0.8-0.6-0.4
-0.2
00.20.40.6
0.81w/π
相位/π
相频特性曲线
plot(n,x);
title('信号x(n)');ylabel('幅值');xlabel('n'); S=fft(x,N);fs=n/(N*T); figure(2)
plot(fs,abs(S));
axis([0,1500,0,180]);
title('原信号幅度频谱(采样点数为500)'); xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值'); figure(3)
plot(n,y);title('信号y(n)'); ylabel('幅值');xlabel('n'); S=fft(y,N);fs=n/(N*T); figure(4)
plot(fs,abs(S));
axis([0,1500,0,160]);
title('幅度频谱');xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值');
(2)原信号及其幅度频谱分别如图13、14所示：
图13 信号x(n)波形 图14 幅度频谱
(3)滤波后信号y(n)及其幅度频谱分别如图15、16所示：
50
100
150
200
250300
350
400
450
500
-2
-1.5
-1
-0.5
00.5
11.5
2信号x(n)
幅值
n
0500
10001500
20
4060
80100120140160180原信号幅度频谱(采样点数为500)
频率/Hz
幅值
50
100
150
200
250300
350
400
450
500
-1.5
-1
-0.5
0.5
1
1.5
信号y(n)
幅值
n
0500
10001500
20
40
6080100120
140160幅度频谱
频率/Hz
幅值
图15 信号y(n)波形 图16 幅度频谱
2）将1f 和2f 频率分量以高于50dB 的衰减抑制，同时以低于2dB 的衰减通过3f 频率分量；
一、基于频率采样法设计FIR 数字滤波器： (1)matlab 代码：
T=0.48; Fs=3800;
fp=600;fs=100;
wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs; datB=wp-ws;wc=wp; m=1;
N=ceil((m+1)*2*pi/datB+1); N=N+mod(N+1,2);
Np=fix(wc/(2*pi/N));Ns=N-2*Np-1;
Ak=[zeros(1,Np+1),ones(1,Ns),zeros(1,Np)]; Ak(Np+2)=T;Ak(N-Np)=T; thetak=-pi*(N-1)*(0:N-1)/N; Hk=Ak.*exp(1j*thetak); hn=real(ifft(Hk)); M=1024;
Hk=fft(hn,M); k=0:M/2-1;
wk=(2*pi/M)*k; figure(2);
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))));
axis([0,1,-80,5]);xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB'); title('损耗函数');grid on figure(3)
plot(wk/pi,angle(Hk(k+1))/pi);grid on xlabel('w/\pi');ylabel('相位/\pi'); title('相频特性曲线');
(2)数字滤波器的损耗函数和相频特性分别如图17、18所示：
0.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
-80-70
-60-50-40-30
-20-100w/π
幅度/d B
损耗函
数
00.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
-1
-0.8
-0.6-0.4-0.200.2
0.40.60.81w/π
相位/π
相频特性曲线
图17 损耗函数曲线图18 相频特性曲线
二、按直接型网络结构编程编写滤波程序:
(1)matlab代码：
N=500;n=0:N-1;
f=2800;T=1/f;t=n*T;
x=0.5*cos(2*pi*100*t)+0.7*cos(2*pi*130*t+0.1*pi)+0.4*cos(2*pi*600 *t);
m1=0;m2=0;m3=0;m4=0;m5=0;m6=0;m7=0;m8=0;m9=0;m10=0;m11=0;m12=0;m1 3=0;m14=0;
m15=0;m16=0;
for m=1:length(x)
y(m)=-0.0009*x(m)-m1*0.0169-m2*0.0128+m3*0.0282+m4*0.0627+m5*0.01 98-...
m6*0.1198-m7*0.2827+m8*0.6447-m9*0.2827-m10*0.1198+m11*0.0198+m12 *0.0627+...
m13*0.0282-m14*0.0128-m15*0.0169-m16*0.0009;
m16=m15;m15=m14;m14=m13;m13=m12;m12=m11;m11=m10;m10=m9;m9=m8;m8=m 7;
m7=m6;m6=m5;m5=m4;m4=m3;m3=m2;m2=m1;m1=x(m);
end
plot(n,x);
title('信号x(n)');ylabel('幅值');xlabel('n');
S=fft(x,N);fs=n/(N*T);
figure(2)
plot(fs,abs(S));
axis([0,1500,0,180]);
title('原信号幅度频谱(采样点数为500)');
xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值');
figure(3)
plot(n,y);
title('信号y(n)');
ylabel('幅值');xlabel('n');
S=fft(y,N);fs=n/(N*T);
figure(4)
plot(fs,abs(S));
axis([0,1500,0,160]);
title('幅度频谱');
xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值');
(4)原信号及其幅度频谱分别如图19、20所示：
图19 信号x(n)波形 图20 幅度频谱
(5)滤波后信号y(n)及其幅度频谱分别如图21、22所示：
图21 信号y(n)波形 图22 幅度频谱
要求：按数字滤波器直接型结构图编写滤波程序，求得()y n ；1)中的FIR 滤波器采用窗函数法设计；2)中的FIR 滤波器采用频率采样法设计。画出所设计的滤波器频率特性图、信号时域图；给出滤波器设计的MATLAB 代码与滤波器实现的代码；选择合适的信号采样周期T 。
50
100
150
200
250300
350
400
450
500
-2
-1.5
-1-0.5
00.5
11.5
2信号x(n)
幅值
n
0500
10001500
20
4060
80100120140160180原信号幅度频谱(采样点数为500)
频率/Hz
幅
值
050100150200
250300350400450500
-0.6
-0.4
-0.2
0.2
0.4
0.6
0.8
信号y(n)
幅值
n
0500
10001500
20406080100
120140160幅度频谱
频率/Hz
幅值
3）与第6章作业2的IIR滤波方法进行比较研究。
一、低通滤波器部分：
(1)matlab代码：
Fs=3800;
fp=130;fs=600;rs=50;
wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;
Bt=ws-wp;
alph=0.5842*(rs-21)^0.4+0.07886*(rs-21);
N=ceil((rs-8)/2.285/Bt);
wc=(wp+ws)/2/pi;
hn=fir1(N,wc,kaiser(N+1,alph));
M=1024;
Hk=fft(hn,M);
k=0:M/2-1;
wk=(2*pi/M)*k;
wp2=2*fp/Fs;ws2=2*fs/Fs;
Rp=2;As=50;
[N1,wp1]=ellipord(wp2,ws2,Rp,As);
[B,A]=ellip(N1,Rp,As,wp1)
[Hk1,wk1]=freqz(B,A);
mag=abs(Hk1);pah=angle(Hk1);
plot(wk1/pi,20*log10(mag));grid on
hold on
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),':','linewidth',3);grid on
hold off
xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB')
title('损耗函数曲线');
legend('IIR','FIR');
figure(2)
plot(wk1/pi,pah/pi);grid on
hold on
plot(wk/pi,angle(Hk(k+1))/pi,':','linewidth',3);grid on
hold off
xlabel('w/\pi');ylabel('相位/\pi');
title('相频特性曲线');
legend('IIR','FIR');
(2)两种滤波器的损耗函数、相频特性的比较图见图23、24：
图23 损耗函数比较图 图24 相频特性比较图
(3)IIR 滤波器的阶数：N1=3 FIR 滤波器的阶数：N=17 二、高通滤波器部分： (1)matlab 代码：
T=0.48; Fs=3800;
fp=600;fs=100;
wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs; datB=wp-ws;wc=wp; m=1;
N=ceil((m+1)*2*pi/datB+1); N=N+mod(N+1,2);
Np=fix(wc/(2*pi/N));Ns=N-2*Np-1;
Ak=[zeros(1,Np+1),ones(1,Ns),zeros(1,Np)]; Ak(Np+2)=T;Ak(N-Np)=T; thetak=-pi*(N-1)*(0:N-1)/N; Hk=Ak.*exp(1j*thetak); hn=real(ifft(Hk)); M=1024;
Hk=fft(hn,M); k=0:M/2-1;
wk=(2*pi/M)*k;
wp2=2*fp/Fs;ws2=2*fs/Fs; Rp=2;As=50;
[N1,wp1]=ellipord(wp2,ws2,Rp,As);
0.1
0.2
0.3
0.4
0.50.6
0.7
0.8
0.9
1
-120-100
-80
-60
-40
-20
20
w/π
幅度/d B
损耗函数曲线
IIR FIR
0.10.20.30.4
0.50.60.70.80.91
-1-0.8
-0.6-0.4-0.200.20.4
0.60.81w/π
相位/π
相频特性曲线
IIR FIR
[B,A]=ellip(N1,Rp,As,wp1,'high') [Hk1,wk1]=freqz(B,A);
mag=abs(Hk1);pah=angle(Hk1);
plot(wk1/pi,20*log10(mag));grid on hold on
plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),':','linewidth',3);grid on
hold off
xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB') title('损耗函数曲线'); legend('IIR','FIR'); figure(2)
plot(wk1/pi,pah/pi);grid on hold on
plot(wk/pi,angle(Hk(k+1))/pi,':','linewidth',3);grid on hold off
xlabel('w/\pi');ylabel('相位/\pi'); title('相频特性曲线'); legend('IIR','FIR');
(3)两种滤波器的损耗函数、相频特性的比较图见图25、26：
图25 损耗函数比较图 图26 相频特性比较图
(4)IIR 滤波器的阶数：N1=3 FIR 滤波器的阶数：N=24 三、比较结果分析：
在相同的滤波器幅频特性指标下，FIR 滤波器的阶数都要
0.1
0.2
0.3
0.4
0.50.6
0.7
0.8
0.9
1
-120-100
-80
-60
-40
-20
20
w/π
幅度/d B
损耗函数曲线
IIR FIR
0.1
0.2
0.3
0.4
0.50.6
0.7
0.8
0.9
1
-1-0.8-0.6-0.4
-0.200.2
0.40.60.81w/π
相位/π
相频特性曲线
IIR FIR
比IIR高5~10倍，设计成本较高，信号延时比较大。IIR滤波器可用较低的阶数获取较高的选择性，效率比较高，但FIR滤波器只能用较高的阶数达到较高的选择性，效率较低。从图24、26看来，IIR滤波器的的相位是非线性的，其处理后的信号存在严重的相位失真。但FIR滤波器是严格的线性相位，其处理后的信号不存在相位失真。
参考文献
[1]、高西全,丁玉美.数字信号处理(第三版).西安电子科技大学出版社.2008年8月
[2]、刘树棠[译].数字信号处理(MATLAB版)(第二版).西安交通大学出版社.2008年1月
实验五：FIR数字滤波器设计与软件实现
实验五：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 20.24p 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，供读者参考。 图2 实验程序框图 4.思考题 (1)如果给定通带截止频率和阻带截止频率以及阻带最小衰减,如何用窗函数法设计线性相位低通滤波器?请写出设计步骤. (2)如果要求用窗函数法设计带通滤波器,且给定通带上、下截止频率为pl ω和pu ω，阻带上、下截止频率为sl ω和su ω，试求理想带通滤波器的截止频率cl cu ωω和。 （3）解释为什么对同样的技术指标，用等波纹最佳逼近法设计的滤波器阶数低？ 5．信号产生函数xtg 程序清单（见教材） 二、 滤波器参数及实验程序清单 1、滤波器参数选取 根据实验指导的提示③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 。代入采样频率Fs=1000Hz ，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
有源滤波实验报告
姓名: 学号：2009118125 班级：电工二班 实验十一 有源滤波器 实验目的 1. 掌握有缘滤波器的构成及其特性 2. 学习有缘滤波器的幅频特性的测量方法 实验仪器 数字示波器 信号发生器 交流毫伏表 直流电源 预习要求 1. 复习有缘滤波器的概念、工作原理。 2. 分析计算图5-11-1、图5-11-2电路的截止频率，图5-11-3电路 的中心频率。 3. 画出三个电路的幅频特性曲线 实验原理 有源滤波器又称作有源选频电路，通常用继承运放和电阻，电容网络构成。它的作用是让指定频段信号通过，而将其余频段信号加以抑制或大幅度衰减。分低通、高通、带通、带阻等电路。 1. 低通滤波电路 低通滤波器是指通过低频而抑制高频信号的滤波器，如图5-11-1所示为二阶低通滤波器。 传输函数： 200 11()f A j Q ωωωω-+ 1 (1)f f R A R =+ 1( )3f Q A =- 01 RC ω= 根据上式可知，当Q 取不同值时，可使电路的频率特性具有不同的特点。一般Q 取0.7。 2. 高通滤波器 高通滤波器的功能是使频率高于某一数值（如fo ）的信号通过，而低于fo 的信号不能通过。图5-11-2电路为二阶高通滤波器。
其频率特性为：200()11()f A H j j Q ωωωωω = -- 1 1f f R A R =+ 13f Q A = - 01RC ω = 3. 带通滤波器 带通滤波器可由低通滤波器和高通滤波器构成，也可以直接由集成运放外加RC 网络构成，不同的构成方法，其滤波特性也不同。带通滤波器的功能是指定频段内的信号通过而衰减其它频段的信号。 4．带阻滤波器 带阻滤波器又称陷波器，它衰减指定频段的信号，而让其它频段的信号通过。带阻滤波器可由低通电路和高通电路构成，也可由集成运放外加RC 网络构成。常用的带阻滤波器是由双T 网络构成的，如图5-11-3所示。 其幅频特性为：
IIR数字滤波器的设计实验报告
IIR数字滤波器的设计 一、实验目的： 掌握冲激相应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理和方法； 观察冲激相应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器的频率特性； 了解冲激相应不变法和双线性变换法的特点和区别。 二、实验原理： 无限长单位冲激响应（IIR）数字滤波器的设计思想： a)设计一个合适的模拟滤波器 b)利用一定的变换方法将模拟滤波器转换成满足预定指 标的数字滤波器 切贝雪夫I型：通带中是等波纹的，阻带是单调的
切贝雪夫II型：通带中是单调的，阻带是等波纹的 1．用冲击响应不变法设计一个低通切贝雪夫I型数字滤波器通带上限截止频率为400Hz 阻带截止频率为600Hz 通带最大衰减为0.3分贝 阻带最小衰减为60分贝 抽样频率1000Hz 2．用双线性变换法设计切贝雪夫II型高通滤波器 通带截止频率2000Hz 阻带截止频率1500Hz 通带最大衰减0.3分贝 阻带最小衰减50分贝 抽样频率20000Hz 四、实验程序：
1） Wp=2*pi*400; Ws=2*pi*600; Rp=0.3; Rs=60; Fs=1000; [N,Wn]=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); [Z,P,K]=cheb1ap(N,Rp); [A,B,C,D]=zp2ss(Z,P,K); [At,Bt,Ct,Dt]=lp2lp(A,B,C,D,Wn); [num1,den1]=ss2tf(At,Bt,Ct,Dt); [num2,den2]=impinvar(num1,den1,Fs); [H,W1]=freqs(num1,den1); figure(1) subplot(2,1,1); semilogx(W1/pi/2,20*log10(abs(H)));grid; xlabel(' 频率/ Hz'); ylabel(' 模拟滤波器幅值(db)'); [H,W2]=freqz(num2,den2,512,'whole',Fs); subplot(2,1,2); plot(W2,20*log10(abs(H)));grid; xlabel(' 频率/ Hz');
数字钟设计报告——数字电路实验报告
数字钟设计实验报告 专业:通信工程 姓名:王婧 班级:111041B 学号:111041226
数字钟的设计 目录 一、前言 (3) 二、设计目的 (3) 三、设计任务 (3) 四、设计方案 (3) 五、数字钟电路设计原理 (4) （一）设计步骤 (4) （二）数字钟的构成 (4) （三）数字钟的工作原理 (5) 六、总结 (9) １
一、前言 此次实验是第一次做EDA实验，在学习使用软硬件的过程中，自然遇到很多不懂的问题，在老师的指导和同学们的相互帮助下，我终于解决了实验过程遇到的很多难题，成功的完成了实验，实验结果和预期的结果也是一致的，在这次实验中，我学会了如何使用Quartus II软件，如何分层设计点路，如何对实验程序进行编译和仿真和对程序进行硬件测试。明白了一定要学会看开发板资料以清楚如何给程序的输入输出信号配置管脚。这次实验为我今后对 EDA的进一步学习奠定了更好的理论基础和应用基础。 通过本次实验对数电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。也明白了一个道理：成功就是在不断摸索中前进实现的，遇到问题我们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最终的原因进行改正，这样才会有进步，才会一步步向自己的目标靠近，才会取得自己所要追求的成功。 ２
二、设计目的 1.掌握数字钟的设计方法。 2熟悉集成电路的使用方法。 3通过实训学会数字系统的设计方法； 4通过实训学习元器件的选择及集成电路手册查询方法； 5通过实训掌握电子电路调试及故障排除方法； 6熟悉数字实验箱的使用方法。 三、设计任务 设计一个可以显示星期、时、分、秒的数字钟。 要求： 1、24小时为一个计数周期； 2、具有整点报时功能； 3、定时闹铃（未完成） 四、设计方案 一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器和定时器组成。干电路系统由秒信号发生 ３
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
实验四数字滤波器的设计实验报告
数字信号处理 实验报告 实验四 IIR数字滤波器的设计学生姓名张志翔 班级电子信息工程1203班 学号 指导教师 实验四 IIR数字滤波器的设计 一、实验目的： 1. 掌握双线性变换法及脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的具体设 计方法及其原理，熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR数字滤波器的MATLAB编程。 2. 观察双线性变换及脉冲响应不变法设计的滤波器的频域特性，了解双线性变换法及脉冲响应不变法的特点。 3.熟悉Butterworth滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器的频率特性。 二、实验原理: 1．脉冲响应不变法 用数字滤波器的单位脉冲响应序列模仿模拟滤波器的冲激响应 ,让正好等于的采样值，即，其中为采样间隔，如果以及分别表示的拉式变换及的Z变换，则 2．双线性变换法 S平面与z平面之间满足以下映射关系：
s平面的虚轴单值地映射于z平面的单位圆上，s平面的左半平面完全映射到z平面的单位圆内。 双线性变换不存在混叠问题。 双线性变换是一种非线性变换，这种非线性引起的幅频特性畸变可通过预畸而得到校正。 三、实验内容及步骤： 实验中有关变量的定义: fc 通带边界频率； fr阻带边界频率；δ通带波动；At 最小阻带衰减； fs采样频率； T采样周期 （1） =0.3KHz, δ=0.8Db, =0.2KHz, At =20Db,T=1ms; 设计一个切比雪夫高通滤波器，观察其通带损耗和阻带衰减是否满足要求。 MATLAB源程序： wp=2*1000*tan(2*pi*300/(2*1000)); ws=2*1000*tan(2*pi*200/(2*1000)); [N,wn]=cheb1ord(wp,ws,0.8,20,'s'); %给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动波动0.8，阻带最小衰减20dB，求出最低阶数和通带滤波器的通带边界频率Wn [B,A]=cheby1(N,0.5,wn,'high','s');%给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动 [num,den]=bilinear(B,A,1000); [h,w]=freqz(num,den); f=w/(2*pi)*1000; plot(f,20*log10(abs(h)));
北京邮电大学数字电路实验报告
北京邮电大学 数字电路与逻辑设计实验 实验报告 实验名称：QuartusII原理图输入 法设计与实现 学院：北京邮电大学 班级： 姓名： 学号：
一．实验名称和实验任务要求 实验名称：QuartusII原理图输入法设计与实现 实验目的：⑴熟悉用QuartusII原理图输入法进行电路设计和仿真。 ⑵掌握QuartusII图形模块单元的生成与调用； ⑶熟悉实验板的使用。 实验任务要求：⑴掌握QuartusII的基础上，利用QuartusII用逻辑 门设计实现一个半加器，生成新的半加器图像模 块。 ⑵用实验内容（1）中生成的半加器模块以及逻辑门 实现一个全加器，仿真验证其功能，并能下载到实 验板上进行测试，要求用拨码开关设定输入信号， 发光二级管显示输出信号。 ⑶用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门实现要求 的函数：CBA F+ C + =,仿真验证其 + B C B A A A B C 功能，，并能下载到实验板上进行测试，要求用拨 码开关设定输入信号，发光二级管显示输出信号。二．设计思路和过程 半加器的设计实现过程：⑴半加器的应有两个输入值，两个输出值。 a表示加数，b表示被加数，s表示半加和， co表示向高位的进位。
⑵由数字电路与逻辑设计理论知识可知 b a s ⊕=;b a co ?= 选择两个逻辑门：异或门和与门。a,b 为异 或门和与门的输入，S 为异或门的输出，C 为与门的输出。 (3)利用QuartusII 仿真实现其逻辑功能， 并生成新的半加器图形模块单元。 (4)下载到电路板，并检验是否正确。 全加器的设计实现过程：⑴全加器可以由两个半加器和一个或门构 成。全加器有三个输入值a,b,ci ，两个输 出值s,co ：a 为被加数，b 为加数，ci 为低 位向高位的进位。 ⑵全加器的逻辑表达式为： c b a s ⊕⊕= b a ci b a co ?+?⊕=)( ⑶利用全加器的逻辑表达式和半加器的逻 辑功能，实现全加器。 用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门设计实现函数 CBA A B C A B C A B C F +++= 设计实现过程：⑴利用QuartusII 选择译码器（74L138）的图形模块
电路实验报告12 有源滤波器设计
课程名称：电路与电子技术实验II 指导老师：沈连丰成绩：__________________ 实验名称：有源滤波器设计实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1、掌握有源滤波器的分析和设计方法。 2、学习有源滤波器的调试、幅频特性的测量方法。 3、了解滤波器的结构和参数对滤波器性能的影响。 4、用EDA仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响。 二、实验内容和原理 1、滤波器的5个主要指标： (1) 传递函数A v(s) ：反映滤波器增益随频率的变化关系，也称为电路的频率响应、频率特性。 (2) 通带增益A v p：为一个实数。（针对LPF）、（针对HPF）、（针对BPF）、（针对BEF）。 (3) 固有频率f0：也称自然频率、特征频率，其值由电路元件的参数决定。 (4) 通带截止频率f p：滤波器增益下降到其通带增益A v p 的0.707倍时所对应的频率（也称–3dB 频率、半功率点、上限频率（ωH 、f H ）或下限频率（ωL 、f L ）。 (5) 品质因数Q：反映滤波器频率特性的一项重要指标，不同类型滤波器的定义不同。例如，在低通和高通滤波器中，定义为当时增益的模与通带增益之比。 2、有源滤波器的设计流程： 设计一个有源低通滤波器时，一般可以先按照预定的性能指标，选择一定的电路形式，然后写出电路的电压传递函数，计算并选定电路中的各个元器件参数。最后再通过实验进行调试，确定实际的器件参数。 三、实验器材 运放LM358、 四、操作方法和实验步骤 1、实验内容 (1) 在实验板上安装所设计的电路。 (2) 有源滤波器的静态调零。 (3) 测量滤波器的通带增益A v p、通带截止频率f p。 (4) 测量滤波器的频率特性（有条件时可使用扫频仪）。 (5) 改变电路参数，研究品质因数Q 对滤波器频率特性的影响。 2、设计一个二阶有源低通滤波器。具体要求如下： (1) 通带截止频率：f p=1kHz；
实验五FIR数字滤波器的设计
实验六 FIR 数字滤波器的设计 一、实验目的 1．熟悉FIR 滤波器的设计基本方法 2．掌握用窗函数设计FIR 数字滤波器的原理与方法。 二、实验内容 1．FIR 数字滤波器的设计方法 FIR 滤波器的设计问题在于寻求一系统函数)(z H ，使其频率响应)(ωj e H 逼近滤波器要求的理想频率响应)(ωj d e H ，其对应的单位脉冲响应为)(n h d 。 （1）用窗函数设计FIR 滤波器的基本原理 设计思想：从时域从发，设计)(n h 逼近理想)(n h d 。设理想滤波器)(ωj d e H 的单位脉 冲响应为)(n h d 。以低通线性相位FIR 数字滤波器为例。 ?∑--∞-∞=== ππωωωωω πd e e H n h e n h e H jn j d d jn n d j d )(21)()()( (6-1) )(n h d 一般是无限长的，且是非因果的，不能直接作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。要想得到一个因果的有限长的滤波器h(n)，最直接的方法是截断)()()(n w n h n h d =，即截取为有限长因果序列，并用合适的窗函数进行加权作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。按照线性相位滤波器的要求，h(n)必须是偶对称的。对称中心必须等于滤波器的延时常数，即 ???-==2 /)1()()()(N a n w n h n h d (6-2) 用矩形窗设计的FIR 低通滤波器，所设计滤波器的幅度函数在通带和阻带都呈现出振荡现象，且最大波纹大约为幅度的9%，这个现象称为吉布斯（Gibbs ）效应。为了消除吉布斯效应，一般采用其他类型的窗函数。 （2） 典型的窗函数 ① 矩形窗(Rectangle Window) )()(n R n w N = （6-3）
数字秒表的设计与实现实验报告
电子科技大学《数字秒表课程设计》 姓名: xxx 学号： 学院： 指导老师：xx
摘要 EDA技术作为电子工程领域的一门新技术，极大的提高了电子系统设计的效率和可靠性。文中介绍了一种基于FPGA在ISE10.1软件下利用VHDL语言结合硬件电路来实现数字秒表的功能的设计方法。采用VHDL硬件描述语言，运用ModelSim等EDA仿真工具。该设计具有外围电路少、集成度高、可靠性强等优点。通过数码管驱动电路动态显示计时结果。给出部分模块的VHDL源程序和仿真结果,仿真结果表明该设计方案的正确,展示了VHDL语言的强大功能和优秀特性。 关键词：FPGA, VHDL, EDA, 数字秒表
目录 第一章引言 (4) 第二章设计背景 (5) 2.1 方案设计 (5) 2.2 系统总体框图 (5) 2.3 -FPGA实验板 (5) 2.4 系统功能要求 (6) 2.5 开发软件 (6) 2.5.1 ISE10.1简介 (6) 2.5.2 ModelSim简介 (6) 2.6 VHDL语言简介 (7) 第三章模块设计 (8) 3.1 分频器 (8) 3.2 计数器 (8) 3.3 数据锁存器 (9) 3.4 控制器 (9) 3.5 扫描控制电路 (10) 3.6 按键消抖电路 (11) 第四章总体设计 (12) 第五章结论 (13) 附录 (14)
第一章引言 数字集成电路作为当今信息时代的基石，不仅在信息处理、工业控制等生产领域得到普及应用，并且在人们的日常生活中也是随处可见，极大的改变了人们的生活方式。面对如此巨大的市场，要求数字集成电路的设计周期尽可能短、实验成本尽可能低，最好能在实验室直接验证设计的准确性和可行性，因而出现了现场可编程逻辑门阵列FPGA。对于芯片设计而言，FPGA的易用性不仅使得设计更加简单、快捷，并且节省了反复流片验证的巨额成本。对于某些小批量应用的场合，甚至可以直接利用FPGA实现，无需再去订制专门的数字芯片。文中着重介绍了一种基于FPGA利用VHDL硬件描述语言的数字秒表设计方法，在设计过程中使用基于VHDL的EDA工具ModelSim对各个模块仿真验证，并给出了完整的源程序和仿真结果。
有源滤波器实验报告
有源滤波器实验报告文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
实验七集成运算放大器的基本应用(Ⅱ)—有源滤波器 一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 （a）低通（b）高通 (c) 带通（d）带阻 图7－1 四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图7－1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器（LPF） 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图7－2（a ）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图7－2（b ）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。 (a)电路图 (b)频率特性 图7－2 二阶低通滤波器 电路性能参数 1 f uP R R 1A + = 二阶低通滤波器的通带增益 RC 2π1 f O = 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 uP A 31 Q -= 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 2、高通滤波器（HPF ） 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。 只要将图7－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图7－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH 分析方法，不难求得HPF 的幅频特性。
有限冲激响应数字滤波器设计实验报告
/ 实验6 有限冲激响应数字滤波器设计 一、实验目的： 1、加深对数字滤波器的常用指标理解。 2、学习数字滤波器的设计方法。 二、实验原理： 低通滤波器的常用指标： } （1）通带边缘频率； （2）阻带边缘频率； （3）通带起伏；
（4）通带峰值起伏， （5）阻带起伏，最小阻带衰减。 三、实验内容： 利用MATLAB编程,用窗函数法设计FIR数字滤波器，指标要求如下： 通带边缘频率：，通带峰值起伏：。] 阻带边缘频率：，最小阻带衰减：。 采用汉宁窗函数法的程序： wp1=*pi;wp2=*pi; ws1=*pi;ws2=*pi; width1=wp1-ws1; width2=ws2-wp2; width=min(width1,width2) N1=ceil(8*pi/width) … b1=fir1(N1,[ ],hanning(N1+1)); [h1,f]=freqz(b1,1,512); plot(f/pi,20*log10(abs(h1)),'-') grid; 图形：
采用切比雪夫窗函数法德程序： 】 wp1=*pi;wp2=*pi; ws1=*pi;ws2=*pi; width1=wp1-ws1; width2=ws2-wp2; width=min(width1,width2) N1=ceil(8*pi/width) b1=fir1(N1,[ ],chebwin(N1+1,20)); [h1,f]=freqz(b1,1,512); … plot(f/pi,20*log10(abs(h1)),'-') grid; 图形：
四．小结 FIR和IIR滤波器各自的特点： ①结构上看，IIR滤波器必须采用递归结构，极点位置必须在单位圆内，否则系统将不稳定，IIR滤波器脱离不了模拟滤波器的格局，FIR滤波器更灵活，尤其能使适应某些特殊的应用。设计选择：在对相位要求不敏感的场合，用IIR较为适合，而对图像处理等对线性要求较高，采用FIR滤波器较好。 ②性能上说，IIR滤波器传输函数的几点可位于单位圆内的任何地方，可以用较低的结束获得较高的选择性，但是是相位的非线性为代价，FIR滤波器却可以得到严格的线性相位，然而FIR滤波器传输函数的极点固定在原点，只能用较高的阶数达到的选择性。
有源模拟滤波器实验报告
实验报告
工程大学教务处制 一、实验目的 1.掌握滤波器的滤波性能特点。 2.掌握常规模拟滤波器的设计、实现、调试、测试方法。 3.掌握滤波器主要参数的调试方法。 4.了解电路软件的仿真方法。 二、实验原理 有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的结束n，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下： 1.根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n。 2.选择具体的电路形式。 3.根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程 组。 4.解方程组求出电路中元件的具体数值。 5.安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。 根据滤波器所能通过信号的频率围或阻带信号频率围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器。 a)有源二阶低通滤波器（LPF） 图1 压控电压源二阶低通滤波器 b)有源二阶高通滤波器（HPF）
图2 压控电压源二阶高通滤波器 c)有源带通滤波器（BPF） 图3 压控电压源二阶带通滤波器 d)带阻滤波器（NF） 图4 压控电压源双T 二阶有源带阻滤波器 三、实验仪器 1.示波器 2.信号源 3.万用表 4.直流稳压电源 四、实验容
1.二阶低通滤波器 ①参照图4 电路安装二阶低通滤波器。元件值取：R1 = R2 = R = 1.6kΩ，R3 = 17k Ω，R4 =10k Ω， C1 = C2 = C =0.1μF，计算截止频率fc、通带电压放大倍数Auo 和Q 的值。 ②利用MULTISIM 电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真 结果。 ③取Ui = 2V，由低到高改变输入信号的频率（注意：保持Ui = 2V 不变），用万用 表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，并将 测量结果与理论值相比较。 2.二阶高通滤波器 ①参照图6 电路安装二阶高通滤波器。元件值取：R1 = R2 = R = 1.6kΩ，R3 = 1.7k Ω，R4 = 10kΩ，C1 = C2 = C = 0.1μF，Q = 0.707，计算截止频率fc 和通带电压放大倍数Auo 的值。 ②利用MULTISIM 电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真 结果。 ③取Ui = 2V，由低到高改变输入信号的频率（注意：保持Ui = 2V 不变），用万 用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，并 将测量结果与理论值相比较。 3.二阶带通滤波器 ①参照图9 电路安装二阶带通滤波器。元件值取：R1 = R2 = R = 1.5kΩ，R3 = 2R = 3kΩ，R4 = 10kΩ， R5 = 19kΩ，C1 = C2 = C = 0.1μF，计算截止频率fc、通带电压放大倍数Auo 和 Q 的值。 ②利用MULTISIM 电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真 结果。 ③取Ui = 2V，由低到高改变输入信号的频率（注意：保持Ui = 2V 不变），用万 用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，测 出带宽BW，并将测量结果与理论值相比较。 4.二阶带阻滤波器 ①参照图12 电路安装二阶带通滤波器。元件值取：R1 = R2 =R = 3kΩ，R3 = 0.5R = 1.5kΩ，R4 = 20kΩ， R5 = 10kΩ，C1 = C2 = C = 0.1μF，C3 = 2C = 0.2μF，计算截止频率fc、通带 电压放大倍数Auo 和Q 的值。 ②利用MULTISIM 电路仿真软件对上述电路进行仿真，给出幅频特性曲线的仿真 结果。 ③取Ui = 2V，由低到高改变输入信号的频率（注意：保持Ui = 2V 不变），用万 用表测量滤波器的输出电压和截止频率fc，根据测量值，画出幅频特性曲线，测 出带宽BW，并将测量结果与理论值相比较。 五、实验预习和仿真 1.压控电压源型有源二阶低通滤波器 仿真电路：
FIR数字滤波器设计实验_完整版
班级： 姓名： 学号： FIR 数字滤波器设计实验报告 一、实验目的 1．掌握FIR 数字滤波器的设计方法； 2．熟悉MATLAB 信号处理工具箱的使用； 3．熟悉利用MATLAB 软件进行FIR 数字滤波器设计，以及对所设计的滤波器 进行分析； 4．了解FIR 滤波器可实现严格线性相位的条件和特点； 5．熟悉FIR 数字滤波器窗函数设计法的MATLAB 设计，并了解利用窗函数法 设计FIR 滤波器的优缺点； 6．熟悉FIR 数字滤波器频率采样设计法的MATLAB 设计，并了解利用频率采 样法设计FIR 滤波器的优缺点； 7．熟悉FIR 数字滤波器切比雪夫逼近设计法的MATLAB 设计，并了解利用切 比雪夫逼近法设计FIR 滤波器的优缺点。 二、实验设备及环境 1．硬件：PC 机一台； 2．软件：MATLAB （6.0版以上）软件环境。 三、实验内容及要求 1．实验内容：基于窗函数设计法、频率采样设计法和切比雪夫逼近设计法，利用MATLAB 软件设计满足各自设计要求的FIR 数字低通滤波器，并对采用不同设计法设计的低滤波器进行比较。 2．实验要求： （1）要求利用窗函数设计法和频率采样法分别设计FIR 数字低通滤波 器，滤波器参数要求均为：0.3c w π=。其中，窗函数设计法要求分别利用矩形窗、汉宁窗和布莱克曼窗来设计数字低通滤波器，且 21N ≥,同时要求给出滤波器的幅频特性和对数幅频特性； 频率
采样法要求分别利用采样点数21N =和63N =设计数字低通滤波器，同时要求给出滤波器采样前后的幅频特性，以及脉冲响应及对数幅频特性。 （2）要求利用窗函数设计法和切比雪夫逼近法分别设计FIR 数字低通 滤波器，滤波器参数要求均为： 0.2π, 0.25dB, 0.3π, 50dB p p s s ωαωα==== 其中，窗函数设计法要求利用汉明窗来设计数字低通滤波器，且 66N ≥，同时要求给出滤波器理想脉冲响应和实际脉冲响应，汉 名窗和对数幅频特性； 切比雪夫逼近法要求采用切比雪夫Ⅰ型，同时要求给出滤波器的脉冲响应、幅频特性和误差特性。 （3）将要求（1）和（2）中设计的具有相同参数要求，但采用不同设 计方法的滤波器进行比较，并以图的形式直观显示不同设计设计方法得到的数字低通滤波器的幅频特性的区别。 四、实验步骤 1．熟悉MATLAB 运行环境，命令窗口、工作变量窗口、命令历史记录窗口，FIR 常用基本函数； 2．熟悉MATLAB 文件格式，m 文件建立、编辑、调试； 3．根据要求（1）的内容，设计FIR 数字低通滤波器，建立M 文件，编写、调试、运行程序； 4．根据要求（2）的内容，设计FIR 数字低通滤波器，建立M 文件，编写、调试、运行程序； 5．将要求（1）和（2）中设计的具有相同参数要求，但采用不同设计方法的滤波器进行比较分析； 6．记录实验结果； 7．分析实验结果； 8．书写实验报告。 五、实验预习思考题 1．FIR 滤波器有几种常用设计方法？这些方法各有什么特点？
数字系统设计软件实验报告
实验一QuartusⅡ9.1软件的使用 一、实验目的： 1、通过实现书上的例子，掌握QUARTUSII9.1软件的使用； 2、编程实现3-8译码电路以掌握VHDL组合逻辑的设计以及QUARTUSII9.1软件的使用。 二、实验流程： 1、仔细阅读书上的操作指南，学会在QuartusⅡ9.1中创建新的工程，创建过程如下所示： 1）、建立新设计项目： ①启动QuartusⅡ9.1软件，在软件的管理器窗口选File下拉菜单，即File→New Project Wizard，则出现新建工程向导窗口。如下所示： ②点击Next按钮，将弹出新建工程设置窗口，如下图所示。在新建工程设置窗口中设置好工程的存放路径、工程名称等。
③点击Next进入添加文件窗口，如下图。由于尚未创建文件，跳过该步骤。 ④点击Next按钮，进入选择目标芯片窗口。在这里我们选择Cyclone系列的EP1C6Q240C8，如下图：
⑤点击Next按钮，进入EDA工具设置窗口，通常选择默认的“None”，表示选择QuartusⅡ自带的仿真器和综合器。如下图： ⑥点击Next按钮，弹出New Project Wizard概要对话框，在这个窗口中列出了所有前面设置的结果。若有错误则点击Back回去修改，否则点击Finish结束，即完成新工程的设定工作。如下图：
2）、文本设计输入： ①在QuartusⅡ主界面菜单栏中选择File下拉菜单中的New，弹出新建设计文件窗口，选择VHDL File项，点击OK按钮即可打开VHDL文本编辑窗口，其默认文件名为“Vhdl.vhd”。 ②出现文本编辑窗口后，我们可以直接在空白界面中键入所设计的VHDL文本。这时我们将书本中的程序输入到文本编辑环境中去。程序如下： library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity count10 is port(clk,load,en:in std_logic; data_in:in std_logic_vector(3 downto 0); seg:out std_logic_vector(6 downto 0)); end count10; architecture beha of count10 is signal qout:std_logic_vector(3 downto 0); signal q_temp:std_logic_vector(3 downto 0); begin process(clk,load) begin
有源滤波器实验报告
实验七 集成运算放大器的基本应用(H)—有源滤波器 一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 图7 —1四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内 的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的 选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图7 —1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性 (a)低通 (C)带通(d)带阻
衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器(LPF) 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。 如图7 —2 (a)所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，弓I入适量的正反馈，以改善幅频特性。 图7—2 ( b)为二阶低通滤波器幅频特性曲线。 图7 —2二阶低通滤波器 电路性能参数 R f A UP=^- 二阶低通滤波器的通带增益 R I 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 状。 2、高通滤波器(HPF 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。 只要将图7—2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图7 —3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照 LPH分析方法，不难求得HPF的幅频特性。 1 2ΠR 1 3 -A UP 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形 (a) 电路图(b)频率特性
有限脉冲响应数字滤波器设计实验报告
成绩： 《数字信号处理》作业与上机实验 （第二章） 班级： 学号： 姓名： 任课老师： 完成时间： 信息与通信工程学院 2014—2015学年第1 学期
第7章有限脉冲响应数字滤波器设计 1、教材p238： 19.设信号x(t) = s(t) + v(t),其中v(t)是干扰，s(t)与v(t)的频谱不混叠，其幅度谱如题19图所示。要求设计数字滤波器,将干扰滤除，指标是允许|s(f)|在0≤f≤15 kHz频率范围中幅度失真为±2%（δ1 = 0.02）;f > 20 kHz,衰减大于40 dB（δ2=0.01）;希望分别设计性价比最高的FIR和IIR两种滤波器进行滤除干扰。请选择合适的滤波器类型和设计方法进行设计，最后比较两种滤波器的幅频特性、相频特性和阶数。 题19图 (1)matlab代码： %基于双线性变换法直接设计IIR数字滤波器 Fs=80000; fp=15000;fs=20000;rs=40; wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs; Rp=-20*log10(1-0.02);As=40; [N1,wp1]=ellipord(wp/pi,ws/pi,Rp,As); [B,A]=ellip(N1,Rp,As,wp1); [Hk,wk1]=freqz(B,A,1000); mag=abs(Hk);pah=angle(Hk);
%窗函数法设计FIR 数字滤波器 Bt=ws-wp; alph=0.5842*(rs-21)^0.4+0.07886*(rs-21); N=ceil((rs-8)/2.285/Bt); wc=(wp+ws)/2/pi; hn=fir1(N,wc,kaiser(N+1,alph)); M=1024; Hk=fft(hn,M); k=0:M/2-1; wk=(2*pi/M)*k; %画出各种比较结果图 figure(2); plot(wk/pi,20*log10(abs(Hk(k+1))),':','linewidth',2.5); hold on plot(wk1/pi,20*log10(mag),'linewidth',2); hold off legend('FIR 滤波器','IIR 滤波器'); axis([0,1,-80,5]);xlabel('w/\pi');ylabel('幅度/dB'); title('损耗函数'); figure(3) plot(wk/pi,angle(Hk(k+1))/pi,':','linewidth',2.5); hold on plot(wk1/pi,pah/pi,'linewidth',2); hold off legend('FIR 滤波器','IIR 滤波器'); xlabel('w/\pi');ylabel('相位/\pi'); title('相频特性曲线'); (2)两种数字滤波器的损耗函数和相频特性的比较分别如图1、2所示： 图1 损耗函数比较图 图2 相频特性比较图 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.6 0.7 0.8 0.9 1 -80-70 -60-50-40-30-20-100w/π 幅度/d B 损耗函数 FIR 滤波器IIR 滤波器 0.10.20.30.4 0.50.60.70.80.91 -1-0.8 -0.6-0.4-0.200.20.40.60.81w/π 相位/π 相频特性曲线 FIR 滤波器IIR 滤波器
数字滤波器的设计实验
实验二IIR数字滤波器的设计 实验内容及步骤: 数字滤波器的性能指标：通带临界频率fp、阻带临界频率fr；通带内的最大衰减Ap；阻带内的最小衰减Ar；采样周期T； (1)、fp=0.3KHz,Ap=0.8dB, fr=0.2KHz,Ar=20dB,T=1ms；设计一Chebyshev高通滤波器；观察其通带损耗和阻带衰减是否满足要求。 程序如下： fp=300; fr=200; Ap=0.8; Ar=20; T=0.001;fs=1/T; wp=2*pi*fp*T; wr=2*pi*fr*T; Wp=2/T*tan(wp/2); Wr=2/T*tan(wr/2); [N,Wn]=cheb1ord(Wp,Wr,Ap,Ar,'s'); [B,A] = cheby1(N,Ap,Wn,'high','s'); [num,den]=bilinear(B,A,1/T); [h,w]=freqz(num,den); plot(w*fs/(2*pi),20*log10(abs(h))); %衰减及频率都用归一化的1为单位显示axis([0,500,-30,0]); title('Chebyshev高通滤波器'); xlabel('频率'); ylabel('衰减'); grid on; 根据下图知道通带损耗与阻带衰减满足要求
(2)、fp=0.2KHz,Ap=1dB, fr=0.3KHz,Ar=25dB,T=1ms；分别用脉冲响应不变法及双线性变换法设计一Butterworth数字低通滤波器，观察所设计数字滤波器的幅频特性曲线，记录带宽和衰减量，检查是否满足要求。比较这两种方法的优缺点。 程序如下： fp=200; fr=300; Ap=1;Ar=25; T=0.001;fs=1/T; wp=2*pi*fp*T; wr=2*pi*fr*T; Wp=2/T*tan(wp/2); Wr=2/T*tan(wr/2); [N,Wn]=buttord(Wp,Wr,Ap,Ar,'s'); [B,A] = butter(N,Wn,'s'); [num1,den1]=impinvar(B,A,1/T); %脉冲响应不变法得出设计的传递函数 [num2,den2]=bilinear(B,A,1/T); %双线性变换法得出设计的传递函数[h1,w]=freqz(num1,den1); plot(w*fs/(2*pi),20*log10(abs(h2)),w*fs/(2*pi),20*log10(abs(h1)), 'r.');grid on; %衰减及频率都用归一化的1为单位显示 axis([0,500,-30,0]); title('Butterworth低通滤波器（红线—脉冲响应不变法蓝线—双线性变换法）'); xlabel('?μ?ê');
- 数字滤波器设计及应用综合实验样本
- 数字滤波器设计实验报告
- 实验四数字滤波器的设计实验报告
- 实验七 IIR数字滤波器的设计讲解
- 数字滤波器设计实验报告
- FIR数字滤波器的设计实验报告
- 实验5FIR数字滤波器设计与软件实现汇总
- FIR数字滤波器设计实验_完整版
- 实验五--FIR数字滤波器设计与软件实现
- 实验二-IIR数字滤波器的设计
- 实验五IIR数字滤波器设计及软件实现
- IIR数字滤波器的设计实验报告
- 实验报告基于MATLAB的数字滤波器设计
- 实验四iir数字滤波器的设计实验报告
- (整理)实验四IIR数字滤波器的设计.
- 实验四IIR数字滤波器的设计实验报告
- 数字滤波器的设计实验
- 实验四 IIR数字滤波器的设计实验报告
- 实验四IIR数字滤波器的设计实验报告
- 实验六IIR数字滤波器的设计