【正文】 dlInitializeSizes =============================================== * Abstract: * The sizes information is used by Simulink to determine the Sfunction * block39。 if (!ssSetNumOutputPorts(S, 1)) return。 //ssSetSimStateCompliance(S, USE_DEFAULT_SIM_STATE)。 int_T lp。 /* not used in single tasking mode */ t=U(0)。 i=0。 coff[6]=。 coff[14]=。 coff[22]=。 coff[30]=。i++) {t1=y[i1]。 //real_T Ts=3。 int fir_count=0。 fir_sum = fir_sum + fir_fil[2]*fHn[2]。 fir_sum = fir_sum + fir_fil[10]*fHn[10]。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 第 頁 第四章 基于 MATLAB 的 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) IIR 濾波器基礎(chǔ)簡介 按脈沖響應(yīng)時間分類，數(shù)字濾波器被人們分為有限脈沖響應(yīng)濾波器 (FIR)和無限脈沖響應(yīng)濾波器 (IIR，這兩種濾波器的總體系統(tǒng)函數(shù)分別如下所示 : (FIR) (IIR) IIR 濾波器的特點(diǎn)是 :與 FIR 濾波器相比， IIR 濾波器的幅頻特性都比較好，但輸出信號相位非嚴(yán)格線性，通常只適用于對信號相位要求不嚴(yán)格的場合，比如人類的語音通話以及其他音頻處理過程。 Powergui 則是用來觀察和分析信號的。分別如圖 4圖 46 所示。 IIR 濾波器的仿真 這里使用的方法與之前的 FIR 濾波器的仿真基本類似，先根據(jù)圖 43搭建仿真圖。 return fir_sum/2。 fir_sum = fir_sum + fir_fil[8]*fHn[8]。 fir_sum = fir_fil[0]。 float fHn[FIRNUMBER]={ , , , , }。 real_T *x = ssGetContStates(S)。 } for(i=1。 coff[28]=。 coff[20]=。 coff[12]=。 coff[4]=。 // i++。 InputRealPtrsType uPtrs = ssGetInputPortRealSignalPtrs(S,0)。 ssSetModelReferenceSampleTimeDefaultInheritance(S)。 ssSetNumModes(S, 0)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 第 頁 ssSetInputPortWidth(S, 0, 1)。 float average。 圖 35 濾波前 FFT analysis 圖 36 濾波后 FFT analysis 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 第 頁 下面給出 Sfunction 中程序內(nèi)容： define S_FUNCTION_NAME f2 //define S_FUNCTION_NAME f2 //define S_FUNCTION_NAME f2 define S_FUNCTION_LEVEL 2 include //include include define pi define U(element) (*uPtrs[element]) /* Pointer to Input Port0 */ define ModRate 。 Powergui 則是用來觀察和分析信號的。我們可以通過點(diǎn)擊 Analysis 下的 Filter Coefficients 來觀察濾波器的系數(shù)，如圖 32 所示。如果選擇階數(shù)最小化，則軟件會根據(jù)設(shè)計(jì)者選取的濾波 器類型自動選擇適用于該類型的最小階數(shù) 。 主流 FIR 濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)方法 （ 1） 可編程邏輯器件 :可編程邏輯器件包括 CPLD 以及 FPGA，對于這兩種內(nèi)部邏輯模塊功能十分齊備而且內(nèi)部資源十分豐富的可編程邏輯器件來說，正好適合用于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)并行度極高的 FIR 數(shù)字濾波器，我們在對比可編程邏輯器件與 DSP芯片的優(yōu)劣后發(fā)現(xiàn)，該方法的優(yōu)勢在于更強(qiáng)大的并行性和可擴(kuò)展性 [28]。按照下面一套簡單的規(guī)則，你可以在 Sfunction 中實(shí)現(xiàn)自己的算法。 5 . MATLAB 圖像生成 :這個功能很具特色且功能強(qiáng)大，通過 MATLAB 我們可以把多種數(shù)據(jù)用圖像表示出來，包括矩陣和數(shù)組，生成的圖像的各種參數(shù) (顏色外觀形狀等 )都可以由使用者自定義 [24]。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 第 頁 第三章 基于 MATLAB 的 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) MATLAB 軟件簡介 MATLAB 介紹 MATLAB ( Matrix Laboratory，是一款商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用途廣泛功能強(qiáng)大，可以用于各類數(shù)據(jù)分析，數(shù)學(xué)算法開發(fā)，數(shù)據(jù)可視化以及數(shù)值計(jì)算 [17]。另外，它的下部還有一個【 Turn Quantization On】(量化 )選擇框，在開始設(shè)計(jì)時它總是空白的，一般是在濾波器初步設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，要考察系數(shù)量化對濾波器的影響時再把它打開，這時，圖像中將同時顯示量化前后濾波器的特性，用戶能夠方便地看出系數(shù)量化對濾波器性能的影響。最下面正中有一個【 design filter】按鈕，那是在菜單中設(shè)定全部參數(shù)后指揮計(jì)算安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 第 頁 機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的確認(rèn)鈕。第四種設(shè)計(jì)方法是非線性相位濾波器設(shè)計(jì)方法，它設(shè)計(jì)出 FIR 濾波器是非線性相位的，對應(yīng)的 MATLAB 函數(shù)為 cremez 。從使用要求來看，在對相位要求不敏感的場合，如語言通信等選用 IIR 較為合適，這樣可以充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn) 。窗 函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR 濾波器也僅給出了窗函數(shù)的計(jì)算公式，但是在計(jì)算通帶阻帶衰減時無顯示表達(dá)式。 FIR 濾波器傳遞函數(shù)的極點(diǎn)是固定在原點(diǎn)，是不能動的，它只能靠改變零點(diǎn)位置來改變它的性能，所以要達(dá)到高的選擇性，必須用高的階數(shù)，對于同樣的濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)， FIR 濾波器所要求的階數(shù)可能比 IIR濾波器高 510 倍，結(jié)果成本高信號延時也較大，如果按線性相位要求來說，則IIR 濾波器就必須加全通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位校正，同樣大大增加了濾波器的階數(shù)和復(fù)雜性。在 FIR 濾波器中可以得到精確的線性相位。 (4) FIR 濾波器可采用 FFT 算法實(shí)現(xiàn)，從而提高運(yùn)算效率。 FRI 和 IIR 濾波器不論是在性能還是在設(shè)計(jì)方法上都有著很大的區(qū)別 ,FIR 濾波器可以根據(jù)給定的頻率特性直接設(shè)計(jì) ,而 IIR 濾波器則需要使用通用模擬濾波器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì) ,但是不管 FRI 和 IIR,其設(shè)計(jì)步驟如下 [13]： (1)確定指標(biāo) :在設(shè)計(jì)一個濾波器前必須有一些指標(biāo)，這些指標(biāo)需要根據(jù)應(yīng)用確定。 第五章 為結(jié)論，主要是對本文所完成 FIR 和 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工作的一個總 結(jié)， 同時，也對后續(xù)工作進(jìn)行了展望。 根據(jù)濾波器對信號處理作用又將其分為選頻濾波器和其他濾波器。 但是，如果信號和干擾的頻譜相互重疊，則經(jīng)典濾波器不能有效地濾除干擾，最大限度地恢復(fù)信號，這時就需要現(xiàn)代濾波器，例如維納濾波器、卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器等最佳濾波器。 數(shù)字濾波器應(yīng)用廣泛 :在家用電器領(lǐng)域，電視機(jī)、電子計(jì)算機(jī)、收音機(jī)和影碟機(jī)等都需要濾波器 。 數(shù)字濾波技術(shù)作為數(shù)字信號處理的重要組成部分，其主要任務(wù)是從帶有噪聲干擾的信號中提取所需要的有效信號，同時抑制不需要的噪聲信號。與模擬信號處理系統(tǒng)相比，數(shù)字信號處理系統(tǒng)具有更好的靈活性和穩(wěn)定性，更高的精度和性能等優(yōu)勢，安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 第 頁 同時也便于大規(guī)模集成。信號處理的任務(wù)主要是對信號進(jìn)行采樣接收、頻譜分析、域變換、綜合和估值識別等。 信息無處不在，但在步入網(wǎng)絡(luò)信息時代之后，無論是信息的數(shù)量，還是其傳遞的速度，都在快速地增加。 本論文分為三部分 :第一部分為 緒論 ，簡單介紹數(shù)字信號處理中濾波器的作用 和前景；第二部分介紹 FIR 濾波器設(shè)計(jì)的原理，并且介紹使用 MATLAB 設(shè)計(jì) FIR數(shù)字濾波器的方法，同時在 MATLAB 下進(jìn)行仿真；第三部分介紹 IIR 濾波器設(shè)計(jì)的原理，并且介紹使用 MATLAB 設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字濾波器的方法，同時在 MATLAB 下進(jìn)行仿真。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 第 頁 摘要 信息無處不在，但在步入網(wǎng)絡(luò)信息時代之后，無論是信息的數(shù)量，還是其傳 遞的速度，都在快速地增加。而 MATLAB 及其附帶的工具箱功能十分強(qiáng)大，我們利用該軟件設(shè)計(jì)上述的兩種濾波器，可以做到隨時把結(jié)果曲線與目標(biāo)濾波特性曲線對比，從而做出改進(jìn)，節(jié)省時間和工作量，優(yōu)點(diǎn)十分顯著。這些無疑都為現(xiàn)有的電子科學(xué)技術(shù)提出了更多的挑戰(zhàn)，同時也為電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展指明了方向。信號處理的目的是對信號的特征參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，或?qū)⑿盘栟D(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯枰男问健? 隨著電子通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，單位時間內(nèi)有越來越多的數(shù)據(jù)等待發(fā)送和接收，這就對信號處理系統(tǒng)的實(shí)時性提出了越來越高的要求。然而在全球數(shù)字信號處理 (DSP)技術(shù)領(lǐng)域中，力能扛鼎的角色非數(shù)字濾波器莫屬 [3]。按照數(shù)字濾波器的的脈沖響應(yīng)時域特性我們把其分為兩種 :無限脈沖響應(yīng) (IIR, Infinite Impulse Response)濾波器和有限脈沖響應(yīng) (FIR ,Finite Impulse Response)濾波器 [810]。經(jīng)典濾波器的特點(diǎn)是其輸入信號中有用的頻率成分和希望濾除的頻率成分各占有不同的頻帶，通過一個合適的選頻濾波器濾除干擾，得到純凈信號，達(dá)到濾波的目的。它們的系統(tǒng)函數(shù)分別為： ???????? NkkkMjrjzazbzH101)( （ 11） ??? ?? 10 )()( Nn nznhzH （ 12） （ 11）式中的 H（ z）稱為 N階 IIR 數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)；（ 12）式中的 H（ z）稱為 N1 階 FIR 數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)。 第四章 為基于 MATLAB 的 IIR 濾波器設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行 IIR 濾波器的設(shè)計(jì)和仿真工作。對于無限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器 (IIR),它的輸出不僅取決于過去和現(xiàn)在的輸入 ,還跟過去的輸出有關(guān) 。 (3)由于 FIR濾波器一般為非遞歸結(jié)構(gòu)，因此在有限精度運(yùn)算下，不會出現(xiàn)遞歸型結(jié)構(gòu)中的極限震蕩等不穩(wěn)定現(xiàn)象 ，誤差較小 。在通帶中，通常希望具有線性相位響應(yīng)。選擇性越好，則相位非線性越嚴(yán)重。FIR 濾波器一般沒有封閉形式的設(shè)計(jì)公式。 從上面的簡單比較可以看到 IIR 與 FIR 濾波器各有所長，所以在實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)該從多方面考慮來加以選擇。第三種方法是最小二乘約束設(shè)計(jì)法，它是使設(shè)計(jì)的濾波器和理 想濾波器的誤差在整個頻段上積分，使得積分值最小，對應(yīng)的MATLAB函數(shù)有 fircls, fircls1。 FDATool 界面左下側(cè)排列了一組工具按鈕，其功能分別如下所述： ● 濾波器轉(zhuǎn)換（ TransForm Filter） ● 設(shè)置量化參數(shù)（ Set Quantization Parameters） ● 實(shí)現(xiàn)模型（ Realize Model） ● 導(dǎo)入濾波器（ Import Filter） ● 多速率濾波