【文章內(nèi)容簡介】 m after filted, through FFT processing 分別選中原信號 f、濾波后信號 3，信號 3 的頻譜 ，單擊各自列表下方的 View 按鈕，即可觀察他們的波形，如圖 所示。低通濾波器 filt1 使輸入信號 f 中頻率為 40hz 的正弦波信號通過，而將頻率為75hz和100hz的正弦波信號大大衰減。在圖 ，說明濾波的效果比較理想。這樣濾波后的信號波形非常清楚的展現(xiàn)在用戶面前。 3 結(jié)論 SPTOOL界面提供了簡單，直觀的，更加優(yōu)化的數(shù)字處理方式。我們可以根據(jù)原信號的特點，在 SPTOOL 界面中設(shè)計我們所需要的濾波器的特性，來對原信號進行處理，它能有效滿足信號處理要求，是一種更加靈活的濾波器設(shè)計方式，因此我們常常會選擇這種更加優(yōu)化的方式來設(shè)計濾波器。 5 IIR數(shù)字濾波器的仿真 SIMULINK仿真框圖設(shè)計 建立信號傳輸仿真模塊，我們首先打開 SIMULINK 工具箱，并且建立一個 Model，在這個空白Model中進行環(huán)節(jié)庫及框圖的建立， 在 SIMULINK菜單下找到Source， 雙擊Source圖標，將正弦信號源和常量信號源拉到Model中，然后分別找到DSP 離散正弦信號源,乘法器和加法器以及示波器，然后把需要用來設(shè)計 IIR 數(shù)字濾波器的模塊 FDATOOL 都拉到Model中，把環(huán)節(jié)都布好后，把各環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起來。 參數(shù)設(shè)定及載入 FDATOOL文件 下面就來仿真 中信號處理的模型，以框圖的方式直觀地現(xiàn)實信號處理的過程，信號源為f= sin(2*pi*t*40)+sin(3*pi*t*50)+sin(2*pi*t*100)， 在DSP 離散信號模塊中設(shè)定參數(shù)分別為40HZ，75HZ，100HZ,在 simulink環(huán)境中， ，生成仿真框圖和濾波效果如圖所示。 圖 仿真模型 Figure simulation model圖 濾波效果 Figure filting’s effect IIR濾波器設(shè)計思想IIR濾波器設(shè)計思想是：利用已有的模擬濾波器設(shè)計理論，首先根據(jù)設(shè)計指標設(shè)計一個合適的模擬濾波器，然后再通過脈沖響應不變法或雙線性變換法，完成從模擬到數(shù)字的變換。常用的模擬濾波器有巴特沃斯(Butterworth)濾波器、切比雪夫(Chebyshev) 濾波器、橢圓(Ellipse)濾波器、貝塞爾(Bessel)濾波器等，這些濾波器各有特點，供不同設(shè)計要求選用。濾波器的模擬數(shù)字變換，通常是復變函數(shù)的映射變換，也必須滿足一定的要求 由于數(shù)字濾波器傳輸函數(shù)只與頻域的相對值有關(guān)，故在設(shè)計時可先將濾波器設(shè)計指標進行歸一化處理，設(shè)采樣頻率為Fs，歸一化頻率的計算公式是： 利用完全設(shè)計法設(shè)計數(shù)字濾波器的步驟：（1）將設(shè)計指標歸一化處理。（2）根據(jù)歸一化頻率，確定最小階數(shù)N 和頻率參數(shù)Wn?？晒┻x用的階數(shù)選擇函數(shù)有:buttord，cheblord，cheb2ord，ellipord 等。（3）運用最小階數(shù)N 設(shè)計模擬低通濾波器原型。根據(jù)最小階數(shù)直接設(shè)計模擬低通濾波器原型，用到的函數(shù)有：butter, chebyl,cheby2, ellip 和bessel。如[B,A] = butter(N,Wn,39。type39。) 設(shè)計39。type39。型巴特沃斯(Butterworth)濾波器filter。N為濾波器階數(shù)，Wc為截止頻率， type決定濾波器類型， type= high，設(shè)計高通IIR濾波器，ftype= stop，設(shè)計帶阻IIR濾波器。（4）再用freqz 函數(shù)驗證設(shè)計結(jié)果。 IIR濾波器設(shè)計編程實現(xiàn)例如選擇設(shè)計IIR的Butterworth低通濾波器，其Fs=22050Hz，F(xiàn)p1=3400Hz，F(xiàn)s1=5000Hz,Rp=2dB,Rs=20dB 程序和效果圖（圖2）如下：Fs=22050；Fp1=3400；Fs1=5000；Rp=3；Rs=20；%設(shè)計指標wp1=2*Fp1 /Fs；ws1=2*Fs1 /Fs；%求歸一化頻率% 確定butterworth 的最小階數(shù)N 和頻率參數(shù)Wn[n,Wn]=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs)；[B,A] = butter(N,Wn)；%確定傳遞函數(shù)的分子、分母系數(shù) [h,f]=freqz(b,a,Nn,Fs_value)。%生成頻率響應參數(shù) plot(f,20*log(abs(h))) %畫幅頻響應圖plot(f,angle(h))。 %畫相頻響應圖%[N, Wn] = buttord(Wp, Ws, Rp, Rs) 確定butterworth 的N 和Wn%[N, Wn] = cheblord ( (Wp, Ws, Rp, Rs) 確定Chebyshev濾波器的N 和Wn%[N, Wn] = cheb2ord (Wp, Ws, Rp, Rs) 確定Chebyshev2濾波器的N 和Wn%[N, Wn] = ellipord (Wp, Ws, Rp, Rs) 確定橢圓(Ellipse) 濾波器 的N 和Wn%[B,A] = butter(N,Wn,39。type39。) 設(shè)計39。type39。型巴特沃斯(Butterworth)濾波器filter.%[B,A] = cheby1 (N,R,Wn, 39。type39。) 設(shè)計39。type39。型切比雪夫Ⅰ濾波器filter.%[B,A] = cheby2(N,R,Wn, 39。type39。) 設(shè)計39。type39。型切比雪夫Ⅱ濾波器filter.%[B,A] = ellip(N,Rp,Rs,Wn, 39。type39。) 設(shè)計39。type39。 型橢圓filter. 圖 2 Butterworth低通濾波器4 基于Matlab GUI的數(shù)字濾波器設(shè)計思路及實現(xiàn)4. 1 GUI界面設(shè)計概述 GUI設(shè)計面板是GUI設(shè)計工具應用的平面，面板上部提供了菜單和常用工具按鈕，左邊提供了多種如命令按鈕、單選按鈕、可編輯文本框、靜態(tài)文本框、彈出式菜單等。進行設(shè)計時, 首先單擊面板左邊所需的控件, 然后在右邊的圖形界面編輯區(qū)中再次單擊某一恰當位置, 這時將在該位上為圖形界面添加相應的控件。一個圖形界面的完成, 除了設(shè)計其外觀外, 還有相當?shù)囊徊糠质峭ㄟ^屬性的設(shè)來完成的。因此在設(shè)置這些屬性時, 要注意下面幾個常用又很重要的屬性設(shè)置： 控件風格和外觀 （1）BackgroundColor：設(shè)置控件背景顏色，使用[R G B]或顏色定義。 （2）CData：在控件上顯示的真彩色圖像，使用矩陣表示。 （3）ForegroundColor：文本顏色。 （4）String屬性：控件上的文本，以及列表框和彈出菜單的選項。 （5）Visible：控件是否可見。對象的常規(guī)信息 （1）Enable屬性： 表示此控件的使能狀態(tài)，設(shè)置為on”，表示可選，為“off”時則表示不可選。 （2）Style：控件對象類型。 （3）Tag：控件表示（用戶定義）。 （4）TooltipString屬性：提示信息顯示。當鼠標指針位于此控件上時，顯示提示信息。 （5）UserData：用戶指定數(shù)據(jù)。 （6）Position：控件對象的尺寸和位置。 （7）Units：設(shè)置控件的位置及大小的單位 （8）有關(guān)字體的屬性，如 FontAngle， FontName等。 控件回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行 （1）BusyAction：處理回調(diào)函數(shù)的中斷。有兩種選項：即Cancel：取消中斷事件，queue：排隊（默認設(shè)置）。 （2）ButtonDownF屬性：按鈕按下時的處理函數(shù)。 （3）CallBack屬性：是連接程序界面整個程序系統(tǒng)的實質(zhì)性功能的紐帶。該屬性值應該為一個可以直接求值的字符串，在該對象被選中和改變時，系統(tǒng)將自動地對字符串進行求值。 （4）CreateF：在對象產(chǎn)生過程中執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。 （5）DeleteF：刪除對象過程中執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。 （6）Interruptible屬性：指定當前的回調(diào)函數(shù)在執(zhí)行時是否允許中斷，去執(zhí)行其他的函數(shù)。 控件當前狀態(tài)信息 （1）ListboxTop：在列表框中顯示的最頂層的字符串的索引。 （2）Max：最大值。 （3）Min：最小值。 （4）Value：控件的當前值。應用MATLAB制作這樣一個過程是非常方便的, 我們可以通過GUI操作來看到。該環(huán)境下要設(shè)計一個界面友好的仿真軟件，一般應完成以下兩個步驟：（1）GUI界面設(shè)計。主要是通過不同的文本框、按鈕等許多工具的使用，設(shè)計出一個圖形用戶界面。要清楚這個圖形界面的功能是什么，即在圖形界面上的操作會引發(fā)什么樣的結(jié)果。（2）回調(diào)函數(shù)的設(shè)計。用戶應根據(jù)設(shè)計好的圖形界面的功能，針對各個不同的圖形對象來編寫出能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的函數(shù)代碼，確保這個圖形界面能夠完成所預定的功能。 “濾波器設(shè)計軟件”設(shè)計所實現(xiàn)任務 “濾波器設(shè)計軟件”設(shè)計所實現(xiàn)任務如下：能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互在下拉Digital Filter菜單里選擇IIR和FIR濾波器設(shè)計當選擇IIR濾波器時，能夠選擇巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫Ⅰ(ChebyshevⅠ)濾波器、切比雪夫Ⅱ(ChebyshevⅡ)濾波器、橢圓(Ellipse)濾波器當選擇FIR濾波器是，能夠選擇Boxar、Bartlett、Blackman、Hanning、Hamming、Kaiser窗口設(shè)計濾波器在下拉菜單Filter Type中選擇濾波器類型，能夠選擇Lowpass、Highpass、Bandpass、Bandstop四種類型在下拉菜單Display Type中選擇圖形顯示類型，能夠選擇Linear、Logarithmic兩種類型在設(shè)計濾波器階數(shù)時，可選擇自定義階數(shù)和利用最小階數(shù)設(shè)計濾波器，并顯示最小階數(shù) 在參數(shù)輸入中，可輸入抽樣頻率Fs、濾波器通帶臨界頻率（FpFp2）、濾波器阻帶臨界頻率（FstFst2）、通帶內(nèi)的最大衰減Rp、通帶內(nèi)的最小衰減Rs設(shè)計的濾波器的幅頻響應和幅頻響應顯示在界面中MATLAB中的屬性控制非常多, 要設(shè)置哪些對象的屬性, 哪些可以不設(shè)置, 都需針對具體問題具體分析解決。接下來再通過控件布置編輯器來設(shè)置控件的對齊方式及間距等, 以完善界面功能。按要求設(shè)計好的“濾波器設(shè)計軟件”主面板見圖4, 共包括5個區(qū)域：（1）圖形區(qū)：用于顯示各模塊的仿真曲線（2）參數(shù)設(shè)區(qū)：由個靜態(tài)文本框和個編輯框以及類型選擇按紐組成, 實時的進行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定和濾波器原型的選定（3）對象模型區(qū)：由下拉菜單選定數(shù)字濾波器類型, 當用戶的輸人參數(shù)發(fā)生變化時, 可通過單擊響應的“ Run”按鈕, 實現(xiàn)設(shè)計結(jié)果的實時刷新與顯示（4）數(shù)據(jù)顯示區(qū)：對應于圖形顯示結(jié)果, 實時顯示濾波器階次和分子分母多項式系數(shù)。圖 4 “濾波器設(shè)計軟件”主面板 基于Matlab GUI的數(shù)字濾波器設(shè)計實現(xiàn) “濾波器設(shè)計軟件”GUI界面設(shè)計在matlab命令行窗口中輸入guide或點擊matlab界面上面的菜單中的圖標，打開gui設(shè)計的圖形界面如圖5 。然后拖入所要的圖形控件，按需要修改外觀和空間屬性，直至滿足要求，如圖6。設(shè)置