【正文】 ? ? ? ?? ? ? ? nNn znhzX zYzH ?????? 10 選擇 filter structure選項(xiàng)框中的 DirectForm FIR選項(xiàng)，點(diǎn)擊窗口下方的 Import Filter按鈕，構(gòu)建直接 II 型結(jié)構(gòu)的帶阻濾波器，如圖 所示：南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 15 頁(yè) 圖 直接型結(jié)構(gòu)濾波器 直接型結(jié)構(gòu)濾波器和級(jí)聯(lián)型濾波器對(duì)濾波 器的性能參數(shù)的影響沒(méi)有很大差別，但是，查資料和仿真性能分析可以得知，級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)濾波器的穩(wěn)定性比直接型結(jié)構(gòu)濾波器更穩(wěn)定。觀察圖 與上圖 作比較，可以得知，直接型和級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)濾波器的基本指標(biāo)達(dá)到了題目的要求。 圖 級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)幅度特性圖 上面已經(jīng)分別對(duì)直接型和級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)對(duì)濾波器性能的影響，下面，利用表 觀測(cè)設(shè)計(jì)出來(lái)的濾波器的具體誤差和性能分析，可以得知，無(wú)論是直接型還是級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)，都能滿足題目設(shè)計(jì)的要求。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 15 頁(yè) 表 濾波器技術(shù)指標(biāo)比較 由于 DirectForm I 和 DirectForm II均屬于直接型結(jié)構(gòu)濾波器，因此均具有直接型所共有的上述誤差。直接 II型結(jié)構(gòu)由直接 I 型結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)延遲之路合并后得到，對(duì)于 50階差分方程需要 50 個(gè)延遲單元，所需延遲單元較多，軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)可節(jié)省存儲(chǔ)單元，硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)可節(jié)省寄存器。 比較發(fā)現(xiàn)：在參數(shù)字長(zhǎng)一定的情況下，兩種結(jié)構(gòu)的濾波器較初始設(shè)計(jì)在性能指標(biāo)方面均有誤差。 由于直接型濾波器的系數(shù)不是直接決定單個(gè)零極點(diǎn)，不能很好的進(jìn)行濾波器性能的控制，且直接型濾波器的極點(diǎn)對(duì)參數(shù)的變化過(guò)于敏感，從而使得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)對(duì)參數(shù)的變化也特別敏感，容易出現(xiàn)不穩(wěn)定或產(chǎn)生較大誤差；而級(jí)聯(lián)型濾波器每個(gè)二階系數(shù)單獨(dú)控制一對(duì)零、極點(diǎn)，有利于控制頻率響應(yīng)。因此直接型誤差比級(jí)聯(lián)型更大，受有限參數(shù)字長(zhǎng)影響更大。此外，級(jí)聯(lián)型的的幅頻響應(yīng)曲線的通帶的波動(dòng)穩(wěn)定性要稍好于直接型。 所以，參數(shù)字長(zhǎng)有限的情況下，級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)型濾波器對(duì)參數(shù)變化的反應(yīng)要比直接結(jié)構(gòu)型的更小，性能指標(biāo)誤差更小，濾波效果更好，更 能符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。 在實(shí)際的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)中，由于計(jì)算機(jī)或 DSP 芯片等的字長(zhǎng)和存儲(chǔ)空間有限，所以也只能對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)取有限的字長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而，如果字長(zhǎng)太短，則設(shè)計(jì)的濾波器誤差就會(huì)太大，造成濾波效果不佳。下面研究不同參數(shù)字長(zhǎng)對(duì)性能指標(biāo)的影響。 將計(jì)算獲得的基于最小方差法的微分器 FIR 數(shù)字濾波器的系數(shù)輸入 fadtool 中的 filter coefficients 工具中，并點(diǎn)擊 Import Filter 按鈕，生成數(shù)字濾波器。運(yùn)用 Set quantization Rp=1dB As=80dB 性能指標(biāo) 誤差 直接型 Wp1 Ws1 Wp1 Ws1 ?Wp1 ?Ws1 Wp2 Ws2 Wp2 Ws2 ?Wp2 ?Ws2 級(jí)聯(lián)型 Wp1 Ws1 Wp1 Ws1 ?Wp1 0/06 ?Ws1 Wp2 Ws2 Wp2 Ws2 ?Wp2 ?Ws2 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 15 頁(yè) parameters 按鈕，在 filter arithmetic 下拉菜單下選擇 Fixed Point 選項(xiàng)，輸入?yún)?shù)開(kāi)始設(shè)置濾波器。 數(shù)字濾波器直接型參數(shù)字長(zhǎng)及幅頻響應(yīng)特性變化 參數(shù)字長(zhǎng)取 18位對(duì)性能指標(biāo)的影響 將 numerator word length 的值改為 18，點(diǎn)擊下方的 Apply按鈕，此時(shí)設(shè)計(jì)的濾波器幅頻響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)如下圖所示： 圖 字長(zhǎng)為 18 時(shí)性能圖 8位對(duì)性能指標(biāo)的影響 將 numerator word length 的值改為 9，點(diǎn)擊下方的 Apply按鈕，此時(shí)設(shè)計(jì)的濾波器幅頻響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)如下圖所示： 圖 字 長(zhǎng)為 9 的性能圖 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 15 頁(yè) 設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)首先要計(jì)算出過(guò)渡帶，然后查表得到不同窗函數(shù)所需要的階數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，折衷處理，兼顧各項(xiàng)指標(biāo)，為了這次課程設(shè)計(jì)，自己自學(xué)了數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中插值濾波的有關(guān)知識(shí)。實(shí)際中遇到的離散時(shí)間信號(hào)總是有限長(zhǎng)的，因此不可避免地要遇到數(shù)據(jù)截?cái)鄦?wèn)題。而且，有關(guān)濾波器的設(shè)計(jì)、功率譜估計(jì)等基本概念也要用到插值濾波器。本次課程設(shè)計(jì)對(duì) MATLAB 實(shí)現(xiàn)函數(shù)做出了說(shuō)明，最后又結(jié)合具體的實(shí)例，對(duì)插值濾波 FIR 特性等進(jìn)行了介紹。 對(duì)于我來(lái)說(shuō)，數(shù)字信號(hào)處理本來(lái)就是一門(mén)很難的課程，在只學(xué)到 了皮毛的情況下，要我去做課設(shè)，我真的無(wú)從下手。整天拿著書(shū)本自學(xué)有關(guān)濾波器的知識(shí)，上網(wǎng)搜資料，忙的焦頭爛額，可還是收獲不大。直到有同學(xué)做了插值濾波器，問(wèn)到她的思路，我才開(kāi)始有目的的找資料，才開(kāi)始做。 通過(guò)這次學(xué)習(xí)，我不但掌握了 FIR 數(shù)字濾波器的基本知識(shí)及其實(shí)際應(yīng)用的技巧了，還提高了自己的編程和寫(xiě)報(bào)告的能力，收獲頗多。南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 15 頁(yè) 1. 陳楊生 ,顏鋼鋒 . 硬件實(shí)現(xiàn)基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的帶阻 FIR 濾波器 [J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào) (工學(xué)版 ),2021,07:11461149+1163. 2. 潘永才 ,王子旭 ,游治 ,黃漢華 ,傅俊菁 . 數(shù)字 FIR濾波器的 MATLAB設(shè)計(jì) [J]. 半導(dǎo)體技術(shù) ,2021,08:5254+57. 3. 扶蔚鵬 ,劉建華 . FIR 帶阻濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 [J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù) , 2021, 12:101 103. 4. 冉茂華 . 基于 DSP 的 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) [D].武漢理工大學(xué) ,2021. 5. 石金和 . 基于虛擬儀器的頻譜分析儀研制 [D].蘇州大學(xué) ,2021. 6. 王蔚 . MATLAB 環(huán)境下的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用 [D].蘇州大學(xué) ,2021. 7. 楊曉玲 . 礦用高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)綜 合保護(hù)若干問(wèn)題的研究與應(yīng)用 [D].北京化工大學(xué) ,2021. 8. 陳楊生 . 信號(hào)估計(jì)及濾波若干關(guān)鍵技術(shù)研究 [D].浙江大學(xué) ,2021. 9. 彭宇 . 基于嵌入式 Linux的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) [D].中南大學(xué) ,2021. 10. 張麗麗 . 基于色散器件級(jí)聯(lián)的微波光子濾波器研究 [D].天津理工大學(xué) ,2021. 11. 邢國(guó)泉 . 基于 MATLAB的 FIR帶阻數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) [J]. 北京生物醫(yī)學(xué)工程 ,2021, 06:596598+603. 12. 聶偉 ,楊勝姚 ,王巖嵩 .基于 FPGA 的通用 FIR 濾波器設(shè)計(jì) [J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理 ,2021, 10:6972. 13. 丁昊 ,宋杰 ,王國(guó)慶 ,關(guān)鍵 . 基于 FPGA 的數(shù)字幅頻均衡器設(shè)計(jì) [J]. 電子測(cè)量技術(shù) ,2021, 10:4851. 14. 祁春慧 . 基于光纖光柵的微波光子濾波器及發(fā)生器研究 [D].北京交通大學(xué) ,2021. 15. 于源 . 全光微波信號(hào)處理技術(shù)的研究 [D].華中科技大學(xué) ,2021. 16. 馮彥君 ,靳鴻 ,章曉眉 .應(yīng)用 MATLAB 分析語(yǔ)音信號(hào) [J].光電技術(shù)應(yīng)用 ,2021, 03:5760. 17. 張偉 . 示波器離線數(shù)據(jù)分析軟件設(shè)計(jì) [D].電 子科技大學(xué) ,2021. 18. 林戰(zhàn)平 . 一種巴特沃斯型 FIR 數(shù)字濾波器的新設(shè)計(jì) [J]. 廣西物理 ,2021,03:3134.