基于FDATOOL工具箱实现数字滤波器设计

太原电力高等专科学校

数字信号处理课程设计报告

题目 基于FDATOOL工具箱实现数字滤波器设计

系别_____电子信息工程系_____ 专业 通信技术

班级 通信0910班

姓名__________ 黄俊飞 ______________

学号_______________0960131002_________________

指导教师___________任 淑 萍 ___________________

设计时间 2011 年 4 月 16 日

一、 二、 设计题目： 1、题目名称 基于FDATOOL工具箱实现数字滤波器设计 2、题目来源 自选 原始资料： 1、课题简介：本课程设计是利用学生已学过的MATLAB基础知识和基本MATLAB功能，使数字信号处理的理论得到实现——从信号的产生到数字滤波器设计并根据产生的信号进行滤波，观察滤波前后信号的频谱。加强学生对书本中基本公式的理解及学会应用的能力。 本课题是将理论知识的综合应用的课程设计，具体要求是： （1）利用滤波器的工具箱FDATOOL，分别设计IIR和FIR（低通、高通、带通、带阻）滤波器，涉及的算法是巴特沃斯，切比雪夫Ⅰ型、Ⅱ型及窗函数法，并比较设计IIR滤波器的三种算法的优缺点。要求报告中分别给出幅频和相频图，零极点图及脉冲响应图并有参数说明。 （2）信号处理工具箱SPTOOL，本工具箱具有信号频谱的分析，滤波器的设计，以及对混频信号或噪音信号进行滤波的功能。要求设计设计（低通、高通、带通、带阻）滤波器分别对两种频率的混频信号和三种频率的混频信号进行滤波，观察滤波前后信号的频谱。报告中要求附每种滤波器对应的信号频谱对比图。（在时间和能力允许的情况下可以选做） 2、MATLAB在数字信号处理中的应用，最新可参考论文。 3、PC机44台，MATLAB7.1版本软件。 三、设计说明书应包括的内容（课题简介的具体要求中有详细说明） 四、主要参考资料： MATLAB在数字信号处理中的应用，最新可参考论文 五、速度要求： 1、设计阶段 第 周（ 月 日） 至第 周（ 月 日）共 周

基于FDATOOL工具箱实现数字滤波器设计

利用滤波器的工具箱FDATOOL，分别设计IIR和FIR（低通、高通、带通、带阻）滤波器，涉及的算法是巴特沃斯，切比雪夫Ⅰ型、Ⅱ型及窗函数法，并比较设计IIR滤波器的三种算法的优缺点。要求报告中分别给出幅频和相频图，零极点图及脉冲响应图并有参数说明

一．利用巴特沃斯设计IIR的低通滤波器，其参数为：Fs=80Hz, Fpass=4Hz,Fstop=20Hz ，Apass:0。1 Astop : 50 Response Type: Lowpass

Design Method : IIR (Butterworth) Filter order : Minimum order

Option : Match exactly (passband) Frequency Specification: unit: Hz Fs=80Hz, Fpass=4Hz,Fstop=20Hz Magnitude Specifications: units: dB Apass:0。1 Astop : 50

输出图形为：幅度谱和零极点图

二 利用巴特沃斯型设计IIR的高通滤波器，其给定参数为：Fs=56000Hz fstop=8080Hzfpass=18000Apass:1 Astop : 100Response Type: Highpass Design Method : IIR (Butterworth) Filter order : Minimum order

Option : Match exactly (passband) Frequency Specification: unit: Hz

Fs=56000Hz fstop=8080Hz fpass=18000Hz Magnitude Specifications: units: dB Apass:1 Astop : 100

输出图形为：幅度谱和零极点图

三利用切比雪夫I型来设计带通滤波器，其给定参数为：Fs=36000Hz,Fs1=3000Hz,Fpass1=5000Hz,Fpass2=7200Hz,fstop2=9600Hz Apass:1 Astop : 80

Response Type: Bandpass

Design Method : IIR (chebyshev TypeI型) Filter order : Minimum order

Option : Match exactly (passband) Frequency Specification: unit: Hz

Fs=36000Hz,Fs1=3000Hz,Fpass1=5000Hz,Fpass2=7200Hz,fstop2=9600Hz Magnitude Specifications: units: dB Apass:1 Astop : 80

输出图形为：幅度谱和零极点图

I

四利用切比雪夫II型来设计带阻滤波器，其给定参数为：Fs =4500 Fstop1 =780 Fpass1= 960 Fpaass2 =1560 Fstop2 =1200 Ap1=1As1=80,Ap=1 Response Type: Bandpass

Design Method : IIR (chebyshev TypeII型) Filter order : Minimum order

Option : Match exactly (passband) Frequency Specification: unit: Hz

Fs =4500 Fstop1 =780 Fpass1= 960 Fpaass2 =1560 Fstop2 =1200 Magnitude Specifications: units: dB Ap1=1 As1=80 Ap=1

一利用FIR中的矩形窗来设计低通滤波器，其参数为：Fs=10050Hz，Fc=3200Hz Fiter Type: lowpass

Design method: FIR window Filter order:10

Window: Rectangular

Frequency Specification: UNITS:Hz Fs=10050Hz，Fc=3200Hz 输出图形为：幅度谱和相位谱

二利用FIR中的凯赛尔窗来设计高通滤波器，其参数为：Fs=6200Hz，Fstop=1200Hz Fpass=1500H Astop60 Apass1 Fiter Type: Highpass

Design method: FIR window Kaiser－basel Filter order:10

Window: Frequency Specification: UNITS:Hz Fs=6200Hz，Fstop=1200Hz Fpass=1500H 输出图形为：幅度谱和相位谱

三利用FIR中的哈明窗来设计带通滤波器，其参数为：Fs=6000Hz,Fc1=1100Hz,Fc2=1700Hz Fiter Type:Bandpass

Design method: FIR window Filter order:10 Window:Hamming

Frequency Specification: UNITS:Hz Fs=6000Hz,Fc1=1100Hz,Fc2=1700Hz 输出图形为：幅度谱和相位谱

四利用FIR中的哈明窗来设计带阻滤波器，其参数为：Fs=5800Hz Fc1=1000Hz Fc2=1600Hz

Fiter Type:Bandstop

Design method: FIR window Filter order:10

Window: Bartlett

Frequency Specification: UNITS:Hz

Fs=5800Hz Fc1=1000Hz Fc2=1600Hz 输出图形为：幅度谱和相位谱

五、IIR滤波器和FIR滤波器的优缺点：

通过上述对两种不同类型结构的滤波器的参、输出图形我们有了大概的一个了解！

FIR滤波器的最主要的特点是没有反馈回路，故不存在不稳定的问题;同时，可以在幅度特性是随意设置的同时，保证精确的线性相位。稳定和线性相位特性是FIR滤波器的突出优点。另外，它还有以下特点：设计方式是线性的;硬件容易实现；滤波器过渡过程具有有限区间；

IIR滤波器阶次较高，其延迟也要比同样性能IIR滤波器大得多。IIR滤波器的首要优点是可在相同阶数时取得更好的滤波效果。但是IIR滤波器设计方法的一个缺点是无法控制滤波器的相位特性。由于极点会杂散到稳定区域之外，自适应IIR滤波器设计中碰到的一个大问题是滤波器可能不稳定。因此，一般采用FIR滤波器作为自适应滤波器的结构

总之，IIR和FIR各有特点，在应用时要根据各方面的指标，综合考虑加以选择。 六．设计心得体会

在这次课程设计中，我的最大体会是要学会强迫自己动手，整合思路，查找资料，为己所用。平时所学的理论知识只是基础，真正应用软件做设计的时候才能知道自己的局限性。一味停留在老师的教学中自己能做的实在是少之又少。老师只是在较高的层次上为自己的学习指明道路，为数字信号处理的整体概念指出思路。至于具体的某个程序要怎么编写，某个新后要怎么处理，不可能手把手的交给自己。所以就应该学会利用资料，首先就是互联网，然后是图书馆。由于本次课设的时间，最合理的资料应该是互联网，快速，方便。搜集到资料以后不能照抄，应该仔细阅读，读懂，然后根据自己的要求改变参数。总之，只有知道怎么自己学习，才能知道怎么自己动手。 另一方面，即具体的方面，我的收获是了解了MATLAB这个软件，熟悉了MATLAB在数字信号处理过程中的应用，并能正确地运用它对语音信号进行采样、设计滤波器、分析频谱特性等。能将之前所学的理论知识和这次的设计及仿真结合起来，掌握了滤波器的设计和正确使用，加深了对数字信号处理的理解。比如之前对时域，频域，FFT等概念只是有了抽象上的了解，并没有很深刻的掌握，通过这次的反复利用，加深了理解和印象。对于FIR和IIR两种滤波器的设计，之前也只是知道大概步骤，并不知道各种滤波器到底怎么用，到底有什么不同，这次设计把这些滤波器全都利用了一遍，实在收获颇丰。