有源滤波器中数字低通滤波器的设计及其DSP实现(精)
数字滤波器的设计及在DSP上的实现
所要设计 滤波器脉 冲响应为 ：
ｒ
ｈ ｉ ＝ １ ｗ １ 【 】
ｈ ｎ ＝ ，ｎ１ ２ （）０ ＞１
１数字滤波器的设计
数字滤波 器根据其 冲激响 应函数的时 域 特性 ．可分 为两种 ，即 无限 长冲激响 应 （ ）滤 渡 器和 有限 长冲 激响 应 Ｉ Ｒ Ｉ （＇Ｒ）滤 波器。数字滤波 器的设计方ｊ ３ １ １ 击 有 多种 ．如双线性 变换 法 、窗函数 设计 法 ，插 值逼 近 法 和 契 比雪 夫逼 近 法 等 等 １ １数字滤波器设计的基 本步骤 ． （ １）确定 指标 在设 ｌ 十一个滤 波器 之前 ．必 须首先 根据 工程 实际的需要确定滤波器的技术指 标 。在 很多实际 应用 中，指标 的形 式一 般在频 域中给 出幅度和 相位响 应 幅度 指标 主要以两种 方式给 出， 相对于 对幅 度响 应函数的要 求 ，分 吼值 这种指标 最 受欢 迎。对于 相位响 应指标 形式 ，通常 希 望系统在通频 带中 只有线性 相位 。本 文中滤波器的设计就以线性相位 Ｆ Ｒ滤波 Ｉ 器的 设 计为例 。
薛琳 王浩 山东科技 大学信息与电气工程学院 ２ ６ １ ６５０
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dsp原理与应用
dsp原理与应用数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一种利用数字技术来分析、处理和修改信号的方法。
它广泛应用于音频、视频、图像等领域，并在现代通信、媒体、医疗等行业中发挥着重要作用。
本文将介绍DSP的原理和应用。
一、DSP的原理数字信号处理的原理基于离散时间信号的采样和量化，通过数学算法对信号进行处理和分析。
其核心内容包括信号的数字化、滤波、频谱分析和变换等。
1.1 信号的数字化DSP处理的信号需要先经过模数转换器（ADC），将连续时间的模拟信号转换为离散时间的数字信号。
转换后的信号由一系列采样值组成，这些采样值能够准确地表示原始信号的变化。
1.2 滤波滤波是DSP中最基本、最常用的操作之一。
通过选择性地改变信号的某些频率分量，滤波可以实现信号的去噪、降噪、降低失真等功能。
常用的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
1.3 频谱分析频谱分析是对信号频率特性进行分析的过程。
通过应用傅里叶变换等数学变换，可以将时域信号转换为频域信号，提取出信号中的各种频率成分。
常用的频谱分析方法有离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）。
1.4 变换变换是DSP的核心之一，它通过应用数学算法将信号从一个时域变换到另一个频域，或者从一个频域变换到另一个时域。
常见的变换包括离散傅里叶变换（DFT）、离散余弦变换（DCT）、小波变换等。
二、DSP的应用DSP在各个领域都有广泛的应用。
以下列举了一些常见的DSP应用：2.1 音频处理在音频处理中，DSP被广泛应用于音频信号的滤波、均衡、降噪、混响、变速变调等处理。
通过DSP的处理，可以改善音频质量，提升音乐和语音的清晰度和逼真度。
2.2 视频处理DSP在视频处理中扮演着重要角色，包括视频编解码、视频压缩、图像增强、运动估计等。
通过DSP的处理，可以实现视频的高清播放、流畅传输等功能。
2.3 通信系统在通信系统中，DSP用于调制解调、信道编码解码、信道均衡、自适应滤波等方面。
基于DSP实现的FIR低通滤波器
基于DSP实现的FIR低通滤波器FIR（有限脉冲响应）低通滤波器是一种常见的数字信号处理（DSP）滤波器。
它的设计和实现非常灵活，可以用于去除数字信号中高频成分，使得信号能在一定的频率范围内进行平滑处理。
FIR低通滤波器有很多种设计方法，其中最简单的方法是基于窗函数设计，例如矩形窗、汉宁窗、布莱克曼窗等。
这些窗函数的选择取决于滤波器的性能要求和频率响应的形状。
在DSP中，FIR低通滤波器的实现可以采用直接形式、级联形式、并行形式和迭代形式等多种结构。
其中直接形式是最简单和直观的实现方式，也是最容易理解和实现的一种结构。
直接形式的FIR低通滤波器由一个延迟线、一组乘法器和加法器组成。
延迟线用于延迟输入信号，乘法器用于对延迟后的信号进行调制，而加法器则将调制后的信号相加得到输出信号。
```----------------------，，，x(n) -->， Delay ，-->， Multiply，-->--+ Sum ，--> y(n)Line ，，，----------------------```在实现过程中，需要注意的是延迟线的设置和乘法器的系数。
延迟线的长度决定了滤波器的阶数，即滤波器对输入信号的响应范围。
乘法器的系数则决定了滤波器的频率响应，可以通过窗函数的选取来确定。
通常，FIR滤波器的实现可以通过查表法或者卷积法来实现。
查表法通过预先计算所有可能的输入组合，并将其存储在一张查找表中，以减少计算量。
卷积法则通过将输入信号和滤波器的冲击响应进行卷积运算来得到输出信号。
当实现FIR低通滤波器时，还需要考虑滤波器的性能指标和算法的优化。
常见的性能指标包括滤波器的截止频率、抗混叠性能、通带和阻带的幅频特性等。
算法的优化可以从以下几个方面考虑：乘法器的系数选择、滤波器结构的选择、滤波器长度的选择和存储器的优化等。
总之，基于DSP实现的FIR低通滤波器是一种常用的数字信号处理滤波器，它可以用于去除数字信号中的高频成分，平滑信号的频谱。
(完整版)基于DSP的FIR数字低通滤波器设计
电气控制技术应用设计题目基于DSP的FIR数字低通滤波器设计二级学院电子信息与自动化学院专业电气工程及其自动化班级 113070404学生姓名黄鸿资学号 11307991032学生姓名姜天宇学号 11307991015指导教师蒋东荣时间：2016年8月29日至2016年9月9日考核项目平时成绩20分设计35分报告15分答辩30分得分总分考核等级教师签名一绪论 (3)（一）课题设计的目的 (3)（二）课题内容 (3)（三）设计方法 (3)(四）课程设计的意义 (4)二FIR滤波器基本理论 (4)（一）FIR滤波器的特点 (4)（二）FIR滤波器的基本结构 (4)（三）Chebyshev逼近法 (5)三用MATLAB辅助DSP设计FIR滤波器 (5)（一）利用fir函数设计FIR滤波器并在在MATLAB环境仿真 (6)（二） Matlab中自带工具箱FDATool快速的实现滤波器的设计 (10)1.确定一个低通滤波器指标 (10)2.打开MATLAB的FDATool (10)3.选择Design Filter (11)4.滤波器分析 (11)5.导出滤波器系数 (13)（三）滤波器设计总结 (13)（四）DSP所需文件配置 (14)四基于DSP的FIR滤波器实现 (14)（一）DSP中滤波器的算法实现 (15)1.线性缓冲区法 (15)2.循环缓冲区法 (15)（二）C语言实现FIR (15)（三）CSS仿真调试 (17)（四）滤波器的仿真测试 (18)五 DSP数字滤波器与硬件低通滤波器对比 (21)（一）二阶有源低通滤波电路的构建 (21)（二）二阶低通滤波器参数计算 (22)（三）在protues环境下的仿真测试 (22)（四）实物硬件连接以及测试结果 (22)（五）利用FilterPro的低通滤波器设计 (23)1 选择filter类型 (24)2 滤波器参数设定 (24)3 滤波器的算法选择 (25)4 滤波器的拓扑结构选择 (25)（六） DSP数字滤波器与硬件电路滤波器对比总结 (26)六课程设计总结 (26)参考文献 (28)摘要DSP芯片是一种特别适合数字信号处理运算的微处理器，主要用来实时、快速实现各种数字信号处理算法。
数字信号处理的滤波器设计
数字信号处理的滤波器设计数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是指对离散时间信号进行数字化处理的技术。
在数字信号处理领域中，滤波器是一项重要的技术，用于对信号进行去噪、频率调整和信号分析等操作。
本文将探讨数字信号处理中滤波器的设计原理和方法。
一、滤波器的基本原理滤波器是一种能够改变信号频谱特性的系统。
根据频率选择性，滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等几种类型。
滤波器的设计目标通常是在满足特定频率响应要求的前提下，降低噪声、改善信号质量。
数字滤波器主要分为无限脉冲响应（Infinite Impulse Response，IIR）滤波器和有限脉冲响应（Finite Impulse Response，FIR）滤波器两类。
IIR滤波器具有较高的灵敏度和较低的阶数，但可能引起不稳定性；而FIR滤波器具有稳定性好、相位线性等特点，但需要更高的阶数来达到相同的频率响应。
二、滤波器设计方法滤波器设计的一般步骤包括：确定滤波器类型、选择滤波器规格、设计滤波器传递函数、进行滤波器实现和性能评估。
根据具体应用需求，选择合适的滤波器类型与设计方法。
1. IIR滤波器设计IIR滤波器的设计方法主要包括模拟滤波器转换法、频率变换法、窗函数法和优化法等。
其中，窗函数法是一种简单且广泛使用的方法。
窗函数法通过将理想滤波器的频率响应与一个窗函数相乘，来设计出具有较好近似特性的滤波器。
2. FIR滤波器设计FIR滤波器的设计方法主要包括窗函数法、频率采样法、最小均方误差法和频率响应约束法等。
其中窗函数法同样是一种常用的设计方法，通过将理想滤波器的频率响应与一个窗函数相乘，来得到FIR滤波器的系数。
三、性能评估与优化滤波器的性能评估通常包括频率响应、相位特性、阶数和计算复杂度等指标。
在滤波器设计中，常常需要在不同的性能指标之间进行平衡，找到最优设计方案。
为了满足实际应用需求，滤波器的设计也可以进行优化。
数字滤波器的设计(DSP课程设计)
摘要在数字信号处理中,数字滤波器是一种被广泛使用的信号处理部件。
数字滤波器的设计是数字信号处理技术的基础，也是DSP芯片的重要组成部分。
滤波器性能的好坏直接影响着DSP的运行速度和精度，对现代电子技术的发展起决定性作用。
本文针对有限长冲激响应(FIR)数字滤波器的原理,讨论了窗函数法设计线性相位FIR数字滤波器的基本思路,介绍了用MATLA中数字滤波器设计与分析工具（FDATool）来设计FIR带阻滤波器的方法及在DSP上的实现。
并应用DSP 集成开发环境——CCS实现了达到目标要求的滤波器的设计和仿真。
关键词：FIR，数字滤波器，DSP1.设计内容1.1设计背景数字滤波是数字信号处理的基本方法。
数字滤波与模拟滤波相比有很多优点，它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外，还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求。
DSP（数字信号处理器）与一般的微处理器相比有很大的区别，它所特有的系统结构、指令集合、数据流程方式为解决复杂的数字信号处理问题提供了便利，本文选用TMS320C54X作为DSP处理芯片，通过对其编程来实现数字滤波器。
对数字滤波器而言,从实现方法上,有有限长冲激响应（FIR）滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器之分。
由于FIR滤波器只有零点,因此这一类系统不像IIR系统那样易取得比较好的通带与阻带衰减特性。
但是FIR系统有自己突出的优点:①系统总是稳定的;②易实现线性相位;③允许设计多通带(阻带)滤波器。
其中后两项是IIR系统不易实现的。
1.2设计要求及技术指标1.2．1 设计要求：已知x1(n)=sin(2*pi*f11*n*T);x2(n)=0.7*sin(2*pi*f12*n*T) x3(n)=0.5*sin(2*pi*f13*n*T);x(n) = x1(n)+ x2(n)+ x3(n)其中：f11=500Hz; f12=2000Hz; f13=4000Hz; fs=10000Hz要求设计一个基于DSP的FIR高通滤波器，把f11和f12滤掉，保留f13。
滤波器设计与实现方法总结
滤波器设计与实现方法总结滤波器是信号处理中常用的工具，用于降低或排除信号中的噪声或干扰，保留所需的频率成分。
在电子、通信、音频等领域中，滤波器发挥着重要作用。
本文将总结滤波器的设计与实现方法，帮助读者了解滤波器的基本原理和操作。
一、滤波器分类滤波器根据其频率特性可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
它们分别具有不同的频率传递特性，适用于不同的应用场景。
1. 低通滤波器低通滤波器将高频信号抑制，只通过低于截止频率的信号。
常用的低通滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
设计低通滤波器时，需要确定截止频率、阻带衰减和通带波动等参数。
2. 高通滤波器高通滤波器将低频信号抑制，只通过高于截止频率的信号。
常见的高通滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
设计高通滤波器时，需要考虑截止频率和阻带衰减等参数。
3. 带通滤波器带通滤波器同时允许一定范围内的频率通过，抑制其他频率。
常用的带通滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
设计带通滤波器时，需要确定通带范围、阻带范围和通带波动等参数。
4. 带阻滤波器带阻滤波器拒绝一定范围内的频率信号通过，允许其他频率信号通过。
常见的带阻滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
设计带阻滤波器时，需要确定阻带范围、通带范围和阻带衰减等参数。
二、滤波器设计方法1. 传统方法传统的滤波器设计方法主要基于模拟滤波器的设计原理。
根据滤波器的频率特性和参数要求，可以利用电路理论和网络分析方法进行设计。
传统方法适用于模拟滤波器设计，但对于数字滤波器设计则需要进行模拟到数字的转换。
2. 频率抽样方法频率抽样方法是一种常用的数字滤波器设计方法。
它将连续时间域的信号转换为离散时间域的信号，并利用频域采样和离散时间傅立叶变换进行设计。
频率抽样方法可以实现各种类型的数字滤波器设计，包括有限冲激响应（FIR）滤波器和无限冲激响应（IIR）滤波器。
数字带通滤波器在有源滤波器中的应用
数字带通滤波器在有源滤波器中的应用随着电子科技的飞速发展，滤波器作为电子领域中非常重要的一个组成部分，在各种电子设备中起到了至关重要的作用。
有源滤波器作为一种常见的滤波器类型，其中数字带通滤波器的应用具有特别重要的意义。
本文将就数字带通滤波器在有源滤波器中的应用进行探讨。
一、有源滤波器的基本原理有源滤波器是一种利用运算放大器等有源器件实现的滤波器，它具有增益高、频率选择性好、阻抗变化小等特点。
有源滤波器一般由运算放大器和无源元件（电阻、电容、电感）组成，通过对其电路结构进行合理设计可以实现不同类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
二、数字带通滤波器的基本原理数字带通滤波器是一种数字信号处理器件，通过对输入信号进行采样和离散化处理，实现对特定频率段的信号进行滤波。
数字带通滤波器通常由数字信号处理器（DSP）和滤波算法组成，其优点是可以实现精确的频率选择和滤波效果，并且可以通过软件编程实现各种滤波功能。
三、数字带通滤波器在有源滤波器中的应用1. 频率选择数字带通滤波器可以实现对特定频率范围的信号进行精确滤波，对于有源滤波器来说，数字带通滤波器可以作为前置滤波器，对输入信号进行初步处理，从而减小有源滤波器的工作负荷，提高整体的滤波性能。
2. 参数调节数字带通滤波器可以通过软件编程实现对滤波器的一些参数进行实时调节，如增益、中心频率、带宽等，这为有源滤波器的优化调整提供了更大的灵活性，可以根据实际需要进行动态调整，提高了滤波器的适用性和性能。
3. 噪声滤除在一些特殊的应用场合中，有源滤波器往往会受到输入信号中的噪声干扰，而数字带通滤波器可以通过对输入信号进行数字化处理，实现对噪声信号的滤除，进一步提高了整体滤波器的抗干扰能力。
4. 功耗控制在一些对功耗要求比较严格的应用环境下，有源滤波器的功耗控制成为一个比较重要的问题。
数字带通滤波器可以通过对算法的优化和硬件的设计，实现低功耗的滤波效果，在保证性能的同时降低整体系统的功耗。
基于DSP实现的FIR低通滤波器
基于DSP实现的FIR低通滤波器FIR（Finite Impulse Response）低通滤波器是一种数字信号处理（DSP）算法，用于滤除输入信号中高于一些截止频率的频域成分，并使输出信号只包含低于该截止频率的成分。
FIR低通滤波器通常由一组脉冲响应函数（Impulse Response）的加权和组成，其中权重决定了滤波器的频率响应。
实现FIR低通滤波器的一种常见方法是使用离散时间线性卷积运算。
滤波器的输入信号通过一个延迟线数组，然后与一组权重向量进行内积。
该内积计算的结果即为滤波器的输出。
在DSP领域，用于实现FIR低通滤波器的算法有很多种，其中最常用的是基于迭代结构（Direct Form）的算法。
此算法按照滤波器的脉冲响应函数的长度进行迭代，每次迭代处理输入信号的一个样本。
该算法的优点是实现简单、稳定可靠。
下面是一个基于DSP实现的FIR低通滤波器的伪代码示例：```python#定义滤波器的截止频率和脉冲响应函数长度def cutoff_frequency = 1000 # 截止频率为1kHzdef length = 101 # 脉冲响应函数长度为101#初始化滤波器的权重向量def weights = [0.0] * length#计算滤波器的脉冲响应函数for i in range(length):#计算当前权重对应的频率frequency = i * sampling_rate / length#如果当前频率小于截止频率，则设置权重为1，否则为0weights[i] = 1 if frequency <= cutoff_frequency else 0#初始化输入和输出信号数组def input_signal = [0.0] * signal_lengthdef output_signal = [0.0] * signal_length#循环处理输入信号的每个样本for i in range(signal_length):#延迟线数组移位，并将当前输入样本放入延迟线的第一个位置delay_line[1:] = delay_line[:-1]delay_line[0] = input_signal[i]#计算滤波器的输出output_signal[i] = sum(delay_line * weights)```这段示例代码实现了一个FIR低通滤波器，截止频率为1kHz，脉冲响应函数长度为101、首先，根据截止频率计算出权重向量。
基于DSP的FIR数字滤波器的设计与实现
摘要数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置，可作为应用系统对信号的前期处理。
用DSP芯片实现的数字滤波器具有稳定性好、精确度高、灵活性强及不受外界影响等特性。
因此基于DSP实现的数字滤波器广泛应用于语音图像处理、数字通信、频谱分析、模式识别、自动控制等领域，具有广阔的发展空间。
本文首先介绍了数字滤波器的概念及分类，以及数字滤波器的实现方法。
在理解FIR滤波器的工作原理及其设计方法的基础上，在MATLAB环境下利用矩形窗设计实现FIR滤波器。
然后通过DSP结合CCS2.0软件进行编程，最终实现了基于DSP的FIR数字低通滤波器的设计。
仿真结果表明，基于DSP实现的滤波器具有稳定性好、精确度高、灵活性强等优点，并能实现对信号的实时滤波。
关键词FIR数字滤波器；DSP；窗函数法；MATLAB；TMS320C5402Design and Realization of FIR digital filter Based on DSPSang JianjunDepartment of Physics and Electronic information , Huai Bei Normal University 235000Abstract A digital filter, which is one of the most important parts of digital signal processing, is an algorithm or a device made of digital on time-multiplier, adder and delay of elements. It can be used to be the pretreatment of signal by application program. The FIR digital filter Based on DSP has many features ,such as uninfluenced ,high accuracy ,good stability and highly flexible .The digital filter is widely used in fields of speech image processing, digital communication, spectrum analysis, pattern recognition and automatic control, etc. It will has broad space for development.This paper firstly introduces the concept of digital filter ,classification, and the realization method of digital filter. On the basis of understanding FIR filters working principle and design method , we use rectangular window to realize the design of FIR low-pass filters under the MATLAB environment. Then ,making the design of FIR digital low-pass filters come true through programming by combination of the DSP and CCS2.0. The simulation results show that the filter based on DSP realizing have good stability, high precision, flexibility,etc, and can also realize real-time filtering.Key words FIR digital filter；DSP；Window method；MATLAB；TMS320C5402目次1 引言 (1)1.1数字滤波器的概念 (1)1.2数字滤波器的分类 (1)1.3数字的滤波器的发展及其优越性 (2)1.4数字滤波器的实现方法 (2)2 FIR数字滤波器的设计原理及MATLAB的实现 (4)2.1FIR数字滤波器的基本网络结构 (4)2.2FIR数字滤波器的设计方法 (4)2.3FIR数字滤波器的MATLAB的实现 (7)3 基于DSP的FIR数字滤波器的设计与实现 (9)3.1DSP芯片的概述 (9)3.2FIR数字滤波器的DSP实现 (11)结论 (15)参考文献 (16)致谢 (17)1 引言随着信息时代的到来，数字信号处理已成为当今一门极其重要的学科和技术领域。
数字滤波器原理及实现步骤
数字滤波器原理及实现步骤数字滤波器是数字信号处理中常用的一种技术，用于去除信号中的噪声或对信号进行特定频率成分的提取。
数字滤波器可以分为FIR（有限脉冲响应）滤波器和IIR（无限脉冲响应）滤波器两种类型，在实际工程中应用广泛。
FIR滤波器原理FIR滤波器是一种线性时不变系统，其输出只取决于当前输入信号和滤波器的前几个输入输出。
FIR滤波器的输出是输入信号与系统的冲激响应序列的卷积运算结果。
其基本结构是在输入信号通过系数为h的各级延时单元后，经过加权求和得到输出信号。
对于FIR滤波器的理想频率响应可以通过频率采样响应的截断来实现，需要设计出一组滤波器系数使得在频域上能够实现所需的频率特性。
常见的设计方法包括窗函数法、频率采样法和最小均方误差法。
FIR滤波器实现步骤1.确定滤波器的类型和需求：首先需要确定滤波器的类型，如低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器，并明确所需的频率响应。
2.选择设计方法：根据需求选择适合的设计方法，比如窗函数法适用于简单滤波器设计，而最小均方误差法适用于需要更高性能的滤波器。
3.设计滤波器系数：根据选定的设计方法计算出滤波器的系数，这些系数决定了滤波器的频率特性。
4.实现滤波器结构：根据滤波器系数设计滤波器的结构，包括各级延时单元和加权求和器等。
5.进行滤波器性能评估：通过模拟仿真或实际测试评估设计的滤波器性能，检查是否满足需求。
6.优化设计：根据评估结果对滤波器进行优化，可能需要调整系数或重新设计滤波器结构。
7.实际应用部署：将设计好的FIR滤波器应用到实际系统中，确保其能够有效去除噪声或提取目标信号。
FIR滤波器由于其稳定性和易于设计的特点，在许多数字信号处理应用中得到广泛应用，如音频处理、图像处理和通信系统等领域。
正确理解FIR滤波器的原理和实现步骤对工程师设计和应用数字滤波器至关重要。
滤波器简介介绍
设计滤波器的方法和步骤包括确定滤波器的类型、阶数、截止频率等参数，然后根据这 些参数选择合适的数学方法进行计算和设计。例如，对于巴特沃斯滤波器，可以使用最 小二乘法进行设计；对于切比雪夫滤波器，可以使用切比雪夫多项式进行设计。在设计
过程中，还需要考虑滤波器的稳定性、线性相位等性能指标。
06
带通滤波器
总结词
允许一定频率范围内的信号通过，抑制低于和高于该范 围的信号的滤波器
详细描述
带通滤波器（Band Pass Filter, BP）是一种允许特定频 率范围内的信号通过，同时抑制低于和高于该范围的信 号的电路或数字滤波器。在频域上，带通滤波器的频率 响应曲线表现为一个特定的频带范围。在该频带范围内 ，信号幅度不受影响；低于或高于该频带范围的信号将 被衰减或抑制。带通滤波器常用于提取特定频段的信号 、消除干扰等。
极点和零点
极点位置
极点位置决定了滤波器的类型（如低通、高通、带通或带阻）和系统的稳定性 。极点在复平面上不同的位置会导致不同的系统特性。
零点位置
零点位置也会影响系统的特性，尤其是在频率响应方面。通过合理配置极点和 零点的位置，可以设计出具有特定性能指标的滤波器。
03
常见滤波器类型
低通滤波器
总结词
高通滤波器要点一源自总结词允许高频信号通过，抑制低频信号的滤波器
要点二
详细描述
高通滤波器（High Pass Filter, HP）是一种让高频信号通 过而抑制低频信号的电路或数字滤波器。在频域上，高通 滤波器表现为一个上凸的频率响应曲线，其截止频率是滤 波器允许通过的最低频率。在截止频率以下，信号幅度受 到抑制；超过截止频率的信号幅度不受影响。高通滤波器 常用于提取高频成分、消除低频噪声等。
数字滤波器的设计及在DSP上的实现
数字滤波器是指完成信号滤波处理功能的、用有限精度算法实现的离散时间线形非时变系统，其输入是一组数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。
因此，它本身既可以是数字硬件装配成的一台完成给定运算的专用数字计算机，也可将所需的运算编成程序，让通用计算机来执行。
数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等突出优点。
随着数字技术的发展，用数字技术实现滤波器的功能越来越受到人们的注意和广泛的应用。
１ 数字滤波器的设计数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应（ＩＩＲ）滤波器和有限长冲激响应（ＦＩＲ）滤波器。
数字滤波器的设计方法有多种，如双线性变换法、窗函数设计法、插值逼近法和契比雪夫逼近法等等。
１．１ 数字滤波器设计的基本步骤（１）确定指标在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需要确定滤波器的技术指标。
在很多实际应用中，指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。
幅度指标主要以两种方式给出，相对于对幅度响应函数的要求，分贝值这种指标最受欢迎。
对于相位响应指标形式，通常希望系统在通频带中只有线性相位。
本文中滤波器的设计就以线性相位ＦＩＲ滤波器的设计为例。
数字滤波器的设计及在ＤＳＰ上的实现阴法强 黄鹤松 薛琳 王浩 山东科技大学信息与电气工程学院 ２６６５１０（２）逼近技术指标确定后，就可以建立一个目标的数字滤波器模型。
通常，首先采用理想的数字滤波器模型，然后利用数字滤波器的设计方法，设计出一个实际滤波器模型来逼近给定的目标。
（３）性能分析和计算机仿真上两步的结果是得到以差分或系统函数或冲激响应描述的滤波器。
根据这个描述就可以分析其频率特性和相位特性，以验证设计结果是否满足指标要求；或者利用计算机仿真实现设计的滤波器，再分析滤波结果来判断设计的效果。
１．２ 设计举例线性相位ＦＩＲ滤波器通常采用窗函数法设计。
窗函数法设计ＦＩＲ滤波器的基本思想是：根据给定的滤波器技术指标，选择滤波器长度Ｎ和窗函数ω（ｎ），使其具有最窄宽度的主瓣和最小的旁瓣。
基于DSP的数字滤波器设计
基于DSP的数字滤波器设计数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一种利用数字技术对模拟信号进行采样、量化、编码等处理的技术。
在实际应用中，我们经常需要对信号进行滤波以去除噪声、增强特定频率分量等。
而数字滤波器是一种用于对数字信号进行滤波处理的算法或者设备。
数字滤波器设计是数字信号处理中的重要环节之一，它的设计目标是在频域或时间域对输入信号进行加工，实现对信号频率、幅度和相位等特性的调整。
而在实际应用中，为了降低复杂度和实现高效运算，我们通常采用基于DSP技术的数字滤波器。
数字滤波器设计的第一步是确定滤波器的类型，常见的有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
接下来，需要确定滤波器的阶数，阶数决定了滤波器的频率响应曲线的陡峭程度。
一般来说，阶数越高，滤波器的性能越好，但计算复杂度也越高。
为了实现数字滤波器的设计，我们通常采用滤波器的差分方程或者传递函数来进行描述。
差分方程是一种描述滤波器输入输出关系的方程，可以通过离散变量来表示。
传递函数则是描述滤波器输入输出之间的关系的函数，通过频率变量来表示。
常用的数字滤波器设计方法有时域设计法、频域设计法和最优设计法等。
其中最优设计法主要有脉冲响应设计法和极点配置设计法。
这些设计方法基于不同的设计目标，选择合适的设计算法，结合滤波器类型和阶数，以及特定的性能要求，进行滤波器参数的确定。
在具体的数字滤波器设计过程中，需要考虑以下几个方面。
首先，需要确定滤波器的频率响应特性，即所需的频带宽度、截止频率以及所需的增益和衰减等。
其次，需要选择适合的滤波器结构和滤波器的阶数。
阶数的选择需要综合考虑滤波器的计算复杂度、性能要求和实际应用场景等因素。
最后，需要确定滤波器的参数，包括传递函数的系数或者差分方程的系数等。
在实际设计中，我们常常使用Matlab等工具来进行数字滤波器的设计和仿真。
利用这些工具，我们可以方便地进行滤波器性能分析和参数调整。
IIR数字低通滤波器设计及DSP实现
IIR 数字低通滤波器的设计及DSP 实现一、设计要求设计一个通带截止频率为5KHz 的数字低通滤波器，其中采样频率为100KHz ，其它设计参数自拟。
并利用DSP 编程实现对输入为1.5KHz 、10KHz 、20KHz 的合成波形的滤波。
二、设计过程1. 设计目标根据所给的设计要求，确定设计目标如下：在通带截止频率5KHz 处的衰减不大于3dB ，在阻带截止频率10KHz 处的衰减不小于30dB ，A/D 采样频率为100KHz 。
用双线性变换法进行设计，巴特沃斯型低通滤波器。
2. 模拟参数转化为数字参数通带截止频率p ω=p FsΩ=0.1π，阻带截止频率s ω=sFsΩ=0.2π。
通带最大衰减为p α=3dB ，阻带最小衰减为s α=30dB ，同时根据巴特沃斯滤波器的“通带最平幅度”特性可以定出通带最大衰减在p ω处，而阻带最小衰减在s ω处。
3．利用MATLAB 获取滤波器的参数 （1）MATLAB 程序如下： clear;close;Fs=100000; Ap=3;As=30;Wp=2*Fs*tan(pi/20);Ws=2*Fs*tan(pi/10);%预畸变处理 [n,Wn]=buttord(Wp,Ws,Ap,As,'s'); [b,a]=butter(n,Wn,'s');%离散化处理[bn,an]=bilinear(b,a,Fs) %没有加分号，方便获取参数 [H1,W]=freqz(bn,an);plot(W*50/pi,20*log10(abs(H1)/max(H1)));grid; xlabel('频率（KHz ）');ylabel('幅度（dB ）');（2）得到参数如下： bn =1.0e-003 *0.0678 0.3388 0.6776 0.6776 0.3388 0.0678 an =1.0000 -3.9564 6.3496 -5.15512.1137 -0.3497（3）得到差分方程为：012345()()(1)(2)(3)(4)(5)y n b x n b x n b x n b x n b x n b x n =+-+-+-+-+-12345((1)(2)(3)(4)(5))a y n a y n a y n a y n a y n --+-+-+-+-（4）得到的滤波器的幅频特性图如图1：频率（KHz ）幅度（d B ）图1（5）对幅频特性图局部放大以查看其是否满足设计的要求频率（KHz ）幅度（d B ）频率（KHz ）幅度（d B ）图2 （5KHz 处放大图） 图3 （10KHz 处放大图） 从以上两张图中可以读出所设计的滤波器在10KHz 处恰好满足衰减30dB ，而在5KHz 处的衰减为2.45dB ，小于3dB ，有富裕产生，满足要求。
数字滤波器的MATLAB设计与仿真及在DSP上的实现
数字滤波器的MATLAB设计与仿真及在DSP上的实现数字滤波器的MATLAB设计与仿真及在DSP上的实现概述：数字滤波器是数字信号处理（DSP）中的重要组成部分，常用于信号去噪、频率选择、滤波等应用。
本文将介绍数字滤波器的设计、仿真以及在DSP上的实现。
我们将使用MATLAB软件进行数字滤波器设计和仿真，并利用DSP芯片进行实现。
第一部分：数字滤波器的设计与仿真1. 信号基础知识在设计数字滤波器之前，我们需要了解信号的基础知识，如信号的采样率、带宽、频率等。
这些基础知识将有助于我们选择合适的滤波器类型和参数。
2. 滤波器类型数字滤波器可以分为两大类别：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。
IIR滤波器具有无限的冲激响应，因此可以实现更为复杂的频率响应特性；而FIR滤波器降低了系统的非线性，同时具有线性相位特性，适用于需要精确延迟的应用。
3. 滤波器设计方法常用的数字滤波器设计方法包括窗函数法、最小二乘法和频率抽取法等。
根据具体的应用需求，我们可以选择合适的设计方法，并通过MATLAB进行滤波器的设计和参数调整。
4. 滤波器性能评估在设计完成后，我们需要评估数字滤波器的性能。
常见的评价指标包括滤波器的频率响应、幅频特性、相频特性、群延迟等。
通过MATLAB的仿真，我们可以直观地观察并分析滤波器的性能。
第二部分：数字滤波器在DSP上的实现1. DSP概述数字信号处理器（DSP）是一种专门设计用于处理数字信号的微处理器。
与通用微处理器相比，DSP具有更高的运算速度和更低的功耗，适用于实时信号处理应用。
2. DSP开发环境搭建为了实现数字滤波器的DSP上的实现，我们首先需要搭建DSP开发环境。
选择合适的DSP芯片，安装开发工具，编写代码并进行调试。
在本文中，我们以TMS320F28335为例，使用CCS开发工具进行开发。
3. 数字滤波器的DSP实现根据数字滤波器的设计结果，我们可以将其转化为DSP上的实现代码。
基于DSP的数字滤波器的设计与仿真及利用DSP实现自适应滤波
2.1系统功能介绍一个实际的应用系统中，总存在各种干扰。
数字滤波器在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像信号等各种信号处理中都有广泛的应用，数字滤波器也是使用最为广泛的信号处理算法之一。
在本设计中，使用MATLAB模拟产生合成信号，然后利用CCS进行滤波。
设定模拟信号的采样频率为48000Hz，。
设计一个FIR低通滤波器，其参数为：滤波器名称：FIR低通滤波器采样频率：Fs=48000Hz通带截止频率：15000Hz阻带截止频率：16000Hz通带最大衰减：0.1dB阻带最少衰减：80dB滤波器系数：由MATLAB根据前述参数求得。
2.2 总体设计方案流程图图1 总体设计方案主要内容和步骤3.1 滤波器原理对于一个FIR 滤波器系统，它的冲击响应总是又限长的，其系统函数可记为：()()10N n n H z h n z --==∑ 其中1N -是FIR 的滤波器的阶数，n z -为延时结，()h n 为端口信号函数。
最基本的FIR 滤波器可用下式表示：()()()10N k y n h k x n k -==-∑ 其中()x n k -输入采样序列，()h k 是滤波器系数，N 是滤波器的阶数()Y n 表示滤波器的输出序列，也可以用卷积来表示输出序列()y n 与()x n 、()h n 的关系，如下： ()()()y n x n h n =*3.2 操作步骤（1）打开FDATOOL ,根据滤波要求设置滤波器类型、通带截止频率、指定阶数、采样频率等。
指定完设计参数后单击按钮Design Filter ，生成滤波器系数。
（2）把生成的滤波器系数传到目标DSP 。
选择菜单Targets->Export to CodeComposer Studio(tm)IDE ，打开Export to C Header File 对话框，选择C headerfile ，指定变量名(滤波器阶数和系数向量)，输出数据类型可选浮点型或32 b ，16 b整型等，根据自己安装选择目标板板号和处理器号，单击OK ，保存该头文件，需指定文件名(filtercoeff ．h)和路径(保存在c ：\ti\myprojects\fir 工程中)。
数字滤波器的DSP实现
摘要当前我们正处于数字化时代，数字信号处理技术受到了人们的广泛关注，其理论与算法随着计算机技术和微电子技术的发展得到了飞速的发展，被广泛应用于语音图象处理、数字通信、谱分析、模式识别、自动控制等领域。
数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，几乎出现在所有的数字信号处理系统中。
数字滤波器是指完成信号滤波处理的功能，用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统，其输入是一组(由模拟信号取样和量化的)数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。
相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以达到很高，容易集成等，这些优势决定了数字滤波器的应用越来越广泛。
同时DSP(数字信号处理器)的出现和FPGA的迅速发展也促进了数字滤波器的发展，并为数字滤波器的硬件实现提供了更多的选择。
本论文的主要研究了数字滤波器的基本理论与其算法。
基于TI公司的数字信号处理器TMS320VC5509设计了一款稳定度高，低功耗的数字滤波器系统，并完成了软硬调试工作。
主要工作如下：(1)研究了数字滤波器的基本理论，以与数字滤波器的实现方法。
通过学习识字滤波器的结构、数字滤波器的设计理论，掌握了各种数字滤波器的原理和特性。
为实现数字滤波器奠定了理论基础。
(2)研究分析了如何利用MATLAB仿真软件来设计出符合各种要求的数字滤波器。
并采用了相关的函数设计了几款常用的数字滤波器，并得到了滤波器的相关系数，为利用DSP实现数字滤波做好了一些前期的工作。
(3)根据TI公司5000系列数字信号处理器的基本结构和特征，充分利用其片上资源t结合MATLAB软件的仿真，用软件实现高性能稳定的数字滤波器。
关键字：数字滤波器，DSP，IIR(无限长单位脉冲响应)，FIR(有限长单位脉冲响应)AbstractNowadays we are in the digital time，the technology of digital signal process are got extensive attention by people.．Accompany with the development of technology of computer and microelectronics．the theory and arithmetic of digital signal processdevelopment quickly，Digital filters are extemsively used in audio and video process，digital communications，frequency analyse，autocontrol and so on．Digital filter is one of the most important part of digital signal process，almost appeared in all digital signal process system．Digital filter is a discrete LIT system can accomplish the signal filter using finite precision arithmetic，with a group of digital signal input(which sampled and measure with analog signals)and another group of changed digital signal output．Digital filter is one of the important contents of digital signal process． Relative to analog filter,the digital filter without excursion，be able to process low frequency signal，the characteristic of frequency response close to ideal value，with high precision．and easy to integrated．These advantages de,de the application of digital filter become more and more extensively．While the developing of DSP (digital signal processor)and FPGA,provide more choice for digital filter．The mostly important task of this paper is researching the basic theories of digital filter,base on the TMS320VC5509 of TI company design digital filter system with high stability and low power consume，accomplish the hardware and software debug．main task as following：(1)Reach the basic theory of digital filter and the method of realize of digital filter,grasp theprinciple and characteristic of each digital filter．(2)Reach and analyse how to use the simulate software of MATLAB to design the requireddigital filter．Use several function design some universal digital filter,get the coefficient of digital filter,prepare the prophase task of design a digital filter base onDSP．(3)According to the basic structure and characteristic of spectrum 5000 digital signalprocessor of TI，make the best of of the resource On chip，combined with simulate software MATLAB，realized a high performance and high stability digital filterKey Words：Digital filter,DSP(Digital Signals Processor)，IIR(Infinity Impulse Response)，FIR(Finity Impulse Respons)///目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1数字滤波器的优点 (1)1.2数字滤波器的发展动态 (1)1.3数字滤波器的实现方法 (2)1.4数字滤波器的设计过程 (3)1.5论文研究内容 (3)1.6本章小结 (3)第2章数字滤波器理论研究 (4)2.1数字滤波器概述 (4)2.2数字滤波器的设计方法 (8)2.3IIR数字滤波器结构 (8)2.4 FIR数字滤波器结构 (11)2.5IIR与FIR数字滤波器的比较 (12)第3章数字滤波器的计算机辅助设计 (14)3.1滤波器的表达方式 (14)3.2 IIR滤波器的MATLAB辅助设计 (17)3.3 FIR滤波器的MATLAB辅助设计 (19)3.4 MATLAB软件数字滤波器仿真结果 (21)第4章数字滤波器的DSP实现 (30)4.1 DSP的基本特征 (30)4.2 TMS320C55X DSP的硬件结构 (31)4.3 DSP系统的设计与开发 (33)4.4 FIR滤波器的DSP实现 (35)4.5 IIR滤波器的DSP实现 (40)第5章结束语 (45)5.1全文总结 (45)5.2心得体会 (45)5.3工作展望 (45)参考文献： (47)专业外文翻译 (49)致谢 (78)第1章绪论1.1数字滤波器的优点滤波器是指用来对输入信号进行滤波的硬件或软件。
低通滤波器代码
低通滤波器代码一、数字低通滤波器原理简介数字低通滤波器是一种在数字信号处理中常用的滤波器，用于去除高频噪声和保留低频信号。
在这里，我们主要介绍一阶低通滤波器的原理。
1.一阶低通滤波器的传递函数从自动控制原理的角度看，一阶低通滤波器实际上是一个一阶惯性环节。
其传递函数表达式如下：H(s) = 1 / (sT + 1)其中，s表示复频域变量，T表示离散化过程中的单个步长时间。
2.滤波器的差分方程为了将传递函数转化为差分方程，我们需要对s域传递函数进行离散化。
离散化方法有多种，如后向差分法、前向差分法和双线性变换法等。
这里我们以后向差分法为例，求取低通滤波器的差分方程。
二、数字低通滤波器的实现方法在实际应用中，数字低通滤波器通常通过编程实现。
有以下几种实现方法：1.编程实现低通滤波器根据滤波器的设计参数（如截止频率、通带衰减等），编写相应的代码来实现低通滤波器。
在编程过程中，需要注意以下问题：- 选择合适的离散化方法，如后向差分法、前向差分法和双线性变换法等；- 根据滤波器类型（如Butterworth、切比雪夫等）设计相应的传递函数；- 编写相应的代码实现差分方程，并进行数字信号处理；- 调试和优化代码，以达到满意的滤波效果。
2.不同实现方法的比较与选择在实际应用中，不同实现方法有各自的特点和适用场景。
例如：- 后向差分法：简单易实现，但可能导致滤波器不稳定；- 前向差分法：稳定性较好，但计算复杂度较高；- 双线性变换法：精度较高，但计算复杂度较高。
在选择实现方法时，需要根据实际应用需求和硬件条件进行权衡。
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有源滤波器中数字低通滤波器的设计及其DSP 实现高学军, 周志华, 温世伶(三峡大学电气信息学院, 摘要:介绍了基于瞬时无功功率理论的i p q , 分析讨论了数字低通滤波器的类型、。
利用Matlab 仿真软件设计了二阶巴特沃思(Butterworth , i p q 谐波检测算法进行了仿真研究, 并结合TI 公司推出的浮点算法在定点IQ math Library , 完成了i pi q 谐波检测方法在TMS320F2812DSP 中的实现, 。
关键词:; 瞬时无功功率理论; 巴特沃思数字低通滤波器; 数字信号处理器中图分类号:TP274文献标识码:ADesign of Digital Low Pass Filter in Active Pow er Filter andIts Implementation Using DSPGAO Xue Οjun ,ZHOU Zhi Οhua ,WEN Shi Οling(College of Elect ric Engineering &I nf ormation S cience , T hree GorgesUniversit y , Yichang 443002, H ubei Province , ChinaAbstract :The i p i q harmonic detection method based on the instantaneous reactive power theory and therequirements of the low pass filter (L PF in this algorithm were introduced. The effects of type , order and cutΟoff frequency of L PF were analyzed. The second Οorder Butterworth digital low pass filter was designed withthe Matlab software , and the algorithm of i pi q transformation Οbased harmonic detection was also simulatedand implemented with digital signal processor TMS320F2812DSP combined with the IQ math Library. The experiment results verify the efficiency of the digital low pass filter and the correctness of simulation.K ey w ords :active power filter ;instantaneous reactive power theory ;Butterworth digital low pass filter ;dig 2ital signal processor (DSP作者简介:高学军(1966- , 男, 博士, 副教授,Email :gaoxj @ctgu. edu. cn有源电力滤波器(A PF 是近年来发展起来的一种抑制电网谐波的先进手段[1]。
随着电力电子技术及数字信号处理技术(DSP 的发展, 电力电子器件功率的增加及控制方法的改进, 对电能质量提出了越来越高的要求, 使A PF 在电力系统中的研究与应用也越来越广泛。
有源滤波器的主要原理是向电网中注入一个与负载电流大小相等、方向相反的补偿电流, 从而达到消除负载谐波电流对电网污染的目的[2]。
在A PF 设计中, 高精度及实时性的谐波检测是高性能补偿的关键。
目前A PF (特别是三相A PF 中谐波检测采用较多的是基于瞬时无功功率理论的方法, 其中谐波的检测效果与采用的高通滤波器(HPF 或低通滤波器(L PF 性能有很大的关系[1～4]。
文献[5]中用Matlab 仿真讨论和分析了对基于瞬时无功功率理论的谐波检测电路, 采用低通滤波器的谐波检测电路较高通滤波器无论从设计制造上还是从动态响应过程和检测精度方面都有优势。
近年来, 随着数字信号处理技术及高性能数字处理芯片(DSP 的快速发展, 为相关谐波检测算法的实现提供了保证。
本文基于瞬时无功功率理论的i p i q 谐波检测方法, 介绍了利用Matlab 仿真软件进行数字滤波器的设计方法, 对Butterwort h 低通滤波器及ip i q 谐波检测方法进行了仿真研究; 重点结合TI 公司推出的把浮点型运算转化为定点型运算的函数库IQ math Library , 在TMS320F2812DSP 上实现了上述算法, 取得了预期的效果, 仿真和试验结果都证6电气传动2008年第38卷第1期EL ECTRIC DRIV E 2008Vol. 38 No. 1明了所选的数字低通滤波器具有一定的实用价值。
1基于瞬时无功功率理论的i p i q 谐波检测方法有源电力滤波器中谐波及无功电流检测方法一般有:基于FF T 的谐波电流检测方法、基于Fryze 功率定义的检测方法、基于瞬时无功功率理论的检测方法、d q 坐标变换的检测方法、基于小波变换的检测方法[6]及基于人工神经元(ANN [7]等, i p i q , , 变换获得谐波电流[]。
图1是i p i q 谐波检测的原理图, 图1中i a , i b , i c 是三相电流的瞬时值, e a 是a 相电压的瞬时值, PLL 为锁相环, 其与正余弦发生电路实现输入电流与电网电压同相位, L PF 为低通滤波器, i a f , i b f , i c f 是坐标变换后分解出的系统电流的基波分量; i a h , i b h , i c h 是系统电流的谐波分量; C 32是三相到两相的坐标变换矩阵。
C 32=1-1/2-1/22-C =sinωt -cos t -co s ωt-sin C 23=C T32图1i p i q 运算方式原理图Fig. 1Principle of i pi q transformation由图1可得i p i =CC 32i ai bi =3sin ωt -cos t -cos ωt -sin ×1-1/2-1/20/2-/i a i b i (1计算出i p , i q 之后经过L PF 分别得到各自直流分量i p 和i q , 再经过后面的反变换得到系统各相的基波电流为i afi bfi cf=C 23i p i =1022-2×sin ωt -co s t -co s ωt-sin ωi p i (2然后用系统电流减去得到的基波电流而间接获得谐波分量i a h , i b h 和i c h , 即:i a h =i a -i a fi b h =i b -i b f i c h =i c -i c f(32数字低通滤波器的选择及Mat 2lab 设计由以上的计算过程可知, i pi q 算法关键是对三相系统电流基波分量的检测, 也即是对低通滤波器(L PF 的设计。
低通滤波器(L PF 的作用是提取其中的直流分量, 再反变换得到电流的基波分量, 因此要求低通滤波器滤除直流以外的部分, 需要满足:截止频率低, 动态响应快, 延时尽可能小等要求。
所以在设计数字低通滤波器时对滤波器类型的选择及参数的精度都有很严格的要求, 同时还要考虑该算法在有源滤波器主控制器DSP 中的实现问题。
数字低通滤波器根据结构分为无限脉冲冲击响应滤波器(IIR 和有限脉冲冲击响应滤波器(FIR , IIR 的优点是实现的阶数低, 对于实现相同要求的数字滤波器, FIR 的阶数要比IIR 阶数高5～10倍; IIR 滤波器的设计相对简单, 可以从对应的模拟滤波器转换过来, 但因其是反馈型的, 即传递函数存在极点, 要求滤波器的参数精度较高, 否则可能引起振荡、发散的情况。
FIR 滤波器的优点是采用非递归结构, 可以得到严格的线性相位, 运算的误差较小, 设计较IIR 灵活, 其传递函数不存在极点, 不存在震荡和发散的情况, 稳定性很好, 但阶数较大, 会引起数据存储空间的不足及运算速度的缓慢, 给实现造成一定的影响。
16高学军, 等:有源滤波器中数字低通滤波器的设计及其DSP 实现电气传动2008年第38卷第1期综合IIR 滤波器和FIR滤波器的优缺点, 并考虑到DSP 芯片的处理性能, 选用IIR 滤波器, 结合瞬时无功功率理论的i p i q 算法对实时性要求、检测精度及TMS320F2812DSP 运算速度及其对字长的要求, 本文选用二阶巴特沃思(But 2terwort h 低通滤波器。
对于有源滤波器中的数字低通滤波器, 一般是根据所要求的滤波对象、滤波性能选择对应滤波器的模拟滤波器, 然后采用冲击响应不变法、阶跃响应不变法或双线性变换法等映射成数字滤波器[8], 中间的计算过程较为复杂和烦琐, 真软件Matlab 数字滤波器。
第1器设计工具Sptool (GU I 进行FIR 和IIR 滤波器的设计[9]。
第2种是采用Matlab 中的Simulink 仿真模块, 可直接调用Simulink Library browser >DSP Blockset >Filtering >Filter Designers 下的模块进行数字低通滤波器设计。
图2是利用第2种方法设计的简单的数字低通滤波仿真模型。
在直流信号上叠加一离散化的正弦信号, 经过采样频率为9000Hz , 截止频率分别为20Hz ,10Hz ,5Hz 的二阶Butterwort h 数字低通滤波器后输出信号到示波器, 图3是其对应的滤波后的波形。
图2数字低通滤波Matlab 仿真模型Fig. 2Simulation model of digital low pass filter由图3可以看出, 当滤波器的阶数固定, 采样频率一定时, 截止频率愈低, 滤波效果愈好, 但所需要的稳定时间也愈长。
考虑到基于瞬时无功功率理论的有源滤波器数字低通滤波器最终算法要在DSP2812中实现, 所以在通过Matlab Simulink 仿真得到数字滤波器的效果后, 可得出对应滤波器的传递函数, 再变换得到其离散控制系统的差分方程, 与i p i q 谐波检测算法中坐标变换过程结合, 选择利用Mat 2lab 语言编写可执行M 函数对i p i q 谐波检测算法进行仿真, 其可为该算法在DSP 的编程实现奠定基础。