電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于matlab的fir濾波器的設(shè)計(jì)與仿真(參考版)
2025-01-20 01:46本頁面
【正文】 axis([0,1,100,10])。幅度響應(yīng)(dB)39。stem(w/pi,db)。)。title(39。subplot(223)。漢寧窗 w(n)39。stem(n,w_ham)。)。title(39。%實(shí)際阻帶波紋subplot(221)。ap=(min(db(1:1:wp/delta_w+1)))。%截取得到實(shí)際的單位脈沖響應(yīng)[db,mag,pha,w]=freqz_m2(h,[1])。%理想低通濾波器的單位沖激響應(yīng)w_ham=(hanning(N))39。wc=(ws+wp)/2。N=ceil(*pi/tr_wdith)+1。ws=*pi。clear all。寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院信息工程系 第 31 頁 共 35 頁參考文獻(xiàn)【1】丁玉美，高西，數(shù)字信號(hào)處理，第三版，西安電子科技大學(xué)出版社，2022【2】劉衛(wèi)國(guó)，MATLAB 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用。本文基于信號(hào)與系統(tǒng)理論知識(shí)，結(jié)合 MATLAB 軟件對(duì) FIR 數(shù)字濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要用窗函數(shù)法實(shí)現(xiàn)濾波器的功能，并且相互比較各種窗做出來的濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)，適用范圍。第六章 總結(jié)MATLAB 是一款高校，直觀且操作方便的工程軟件，在利用其設(shè)計(jì) FIR數(shù)字濾波器的過程中更是體現(xiàn)了這些特點(diǎn)。 單擊開始按鈕開始仿真。 設(shè)計(jì)仿真模塊 打開 simulink 的模型窗口，構(gòu)建出如圖 58 所示模型. 圖 58simulink 仿真圖寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院信息工程系 第 28 頁 共 35 頁 設(shè)置輸入信號(hào)，并導(dǎo)入濾波器（1）構(gòu)造以基波為主的原始信號(hào) x（t）=15sin(10πｔ)+10sin(30πｔ)+15sin(600πｔ).（2）把設(shè)計(jì)好的濾波器導(dǎo)入到 Digital Filter Design 模塊，通過波形觀察窗口和頻譜觀查仿真結(jié)果。寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院信息工程系 第 26 頁 共 35 頁 （3）幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)比較 “Analysis”→Magnitude and Phase Response來啟動(dòng)分析，如圖 55 所示。 圖 53 漢寧窗的幅頻響應(yīng)（2）濾波器的相頻響應(yīng)選擇“Analysis”→“Phasc Rcsponsc”,啟動(dòng)相頻響應(yīng)分析，如圖 54 所示。 圖 52 設(shè)計(jì)好的濾波器將設(shè)計(jì)好的濾波器以 名字保存。寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院信息工程系 第 24 頁 共 35 頁 圖 51 設(shè)計(jì) FIR 濾波器按照以上指標(biāo)設(shè)計(jì)濾波器，單擊“Design Filter”圖標(biāo)，指標(biāo)要求的濾波器就設(shè)計(jì)好了。 （2）打開 MATLAB 的 FDATOOL 設(shè)計(jì)濾波器并保存單擊 MATLAB 主窗口下方的“start”按鈕，選擇“ToolBox”→Filter Design→Filter Designamp。 FDATOOL設(shè)計(jì)濾波器 （1）首先根據(jù)前面用窗函數(shù)設(shè)計(jì)的濾波器確定下濾波器的指標(biāo)：①前面已經(jīng)算過，濾波器的階數(shù)為 34；②低通濾波器；③采用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)；④fs 取 220kHZ,fc 取 33kHZ。 （5）對(duì)于同一性能指標(biāo)下不同窗函數(shù)生成的過渡帶寬和阻帶最小衰減是不同的，隨著旁瓣的減小，主瓣寬度相應(yīng)增加了. （6）從五個(gè)窗比較三角窗，矩形窗，漢寧窗，漢明窗，窗設(shè)計(jì)的濾波器的仿真結(jié)果旁瓣衰減逐步增加，主瓣相應(yīng)增寬。 （3）矩形窗通帶波紋 ap =，阻帶最小衰減 as =29，通帶波紋太大，影響濾波器在同代的穩(wěn)定性，而且阻帶衰減太小，與預(yù)期的相差很大，旁瓣波動(dòng)太大，不符合濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)。 式（43） (3)加窗得到設(shè)計(jì)結(jié)果 式（4)()(nhnd???1 323344w()=[os]R6. ]()R()017wn=2n3???????????寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院信息工程系 第 20 頁 共 35 頁4） （4）進(jìn)行 matlab 仿真 仿真結(jié)果 (1)漢寧窗仿真結(jié)果0 10 20 30 0 位 位 位 位 位 位 位 位 hd(n)0 10 20 30 4001 位 位 位 w(n)0 10 20 30 0 位 位 位 位 位 位 位 位 hd(n)0 1100500位 位 位 位 (dB)圖 41 漢寧窗函數(shù)仿真結(jié)果 ap =，as =44，tr_wdith =； （2）哈明窗仿真結(jié)果寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院信息工程系 第 21 頁 共 35 頁0 10 20 30 0 位 位 位 位 位 位 位 位 hd(n)0 10 20 30 4001 位 位 位 w(n)0 10 20 30 0 位 位 位 位 位 位 位 位 hd(n)0 1100500位 位 位 位 (dB)圖 42 哈明窗函數(shù)仿真結(jié)果 ap =，as =52，tr_wdith =； （3）矩形窗仿真結(jié)果0 10 20 30 0 位 位 位 位 位 位 位 位 hd(n)0 10 20 30 4001 boxcarw(n)0 10 20 30 0 位 位 位 位 位 位 位 位 hd(n)0 1100500位 位 位 位 (dB) 圖 43 矩形窗函數(shù)仿真結(jié)果 ap =，as =29，tr_wdith =； （4）三角窗仿真結(jié)果寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院信息工程系 第 22 頁 共 35 頁0 10 20 30 0 位 位 位 位 位 位 位 位 hd(n)0 10 20 30 4001 bartlett(n)0 10 20 30 0 位 位 位 位 位 位 位 位 hd(n)0 1100500位 位 位 位 (dB)44 三角窗函數(shù)仿真結(jié)果 ap =，as =27，tr_wdith =； 仿真結(jié)果分析 （1）漢寧窗的通帶的波紋 ap =，阻帶最小衰減 as =44，通帶波紋小，濾波器在通帶中的平穩(wěn)性好，并且阻帶衰減很接近指標(biāo)要求的50db,旁瓣衰減逐漸減小，能量更加集中在主瓣中，通帶、阻帶波動(dòng)減小，從而增大了阻帶的衰減，能更好的達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。為 線 性 相 位 所 需 的 移 位,21 ,)](sin[21)( )(?? ????????????N ndedenh jnjd c? ?????????? 式（42） (2)由阻帶衰減確定窗函數(shù),由過渡帶寬確定 N 值。要求:通帶截止頻率:,阻帶起始頻率:,阻帶最小衰減:50dB。 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)步驟(1)、首先是給定所要求的頻率響應(yīng)函數(shù) ；)(?jdeH(2)、其次，求單位沖激響應(yīng) ；??nhnjdd)(21)(??? (3)、再次，有過渡帶寬及阻帶最小衰減的要求，查表選定窗函數(shù)及 N的大小，一般 N 的大小要通過幾次試探而后確定； (4)、求得所設(shè)計(jì)的 FIR 濾波器的單位沖激響應(yīng)； ，n=0，1，…,N1；)()(nhd??(5)求 ，檢驗(yàn)是否滿足設(shè)計(jì)要求，如不滿足，???0nnjjeeH?則需要重新設(shè)計(jì)。寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院信息工程系 第 18 頁 共 35 頁 （3)邊瓣譜峰漸進(jìn)衰減速度 D(dB/cot)。當(dāng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 N 時(shí)，矩形窗主瓣兩個(gè)過零點(diǎn)之間的寬度
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