实验三 FIR滤波器的DSP实验报告

实验三FIR滤波器的DSP实验报告

一、实验目的

1. 了解MATLAB的FIR滤波器设计方法与编程；

2. 掌握FIR滤波器算法基本原理和C语言的编程方法；

二、实验内容

FIR滤波器设计流程为，根据给出的滤波器设计（通带带宽、阻带衰减、相位要求）要求，在Matlab环境下仿真得到滤波器系数，得到了滤波器系数后在CCS下编程设计DSP 的FIR滤波器。

1.使用Matlab中的FDAtool设计FIR滤波器

设计实现fir低通滤波器，阶数为20，采样频率fs=8000Hz，截止频率fc=1500Hz，窗口设置为汉明窗Hamming。经过的信号频率是1000HZ和2000HZ的混叠波。

2.参阅FIR基本理论及C语言编程方法，研读、分析实验指导书中的代码；

3. 双击，启动CCS的配置程序选项，选择“C5502 Simulator”；

4. 启动CCS，打开实验工程文件，再编译并装载程序；

5. 仿真波形

A．输入信号波形

B．输入信号频

C输出信号波形

D 输出信号频谱

从输入信号和输出信号的频谱对比中可以看出，输出信号有1KHZ 和2KHZ 的混叠信号。经过FIR 低通录波器后，滤掉了2KHZ 的频谱。只剩下1KHZ 的频谱。

4.修改代码：滤波器设计要求：线性相位低通滤波器，模拟信号通带为0~1kHz ，阻带衰减在5kHz 处为-60dB 。采样率为20kHz 。

采用凯塞窗口设计此低通滤波器，设计过程如下：

通带边界频率为1KHZ ，阻带边界频率是5KHZ 有60dB 的衰减，可得：

rad rad s p 22052,102012ππωππω====

过渡带πωωω52=

-=∆p s ，A=60dB 设计凯塞窗口的长度N 和参数β分别为：

29285.28=∆-≈ω

A N 65326.5)7.8(1102.0=-=a β

使用MA TLAB 设计此滤波器，过程如下：

1）在Matlab 的Start 菜单中选择Toolboxes -> Filter Design -> Filter Design & Analysis Tools(fdatool)，或者在命令行中输入fdatool 来启动滤波器设计分析器。

2）选择设计fir低通滤波器，阶数为29，采样频率fs=20000Hz，截止频率fc=3000Hz，窗口设置为凯塞窗口，凯塞窗口参数为5.65326

（2）用SPtool 验证所设计滤波器的功能

在FDATool 里设计了一个FIR 低通滤波器后，用SPTool 来分析所设计的滤波器.

1)在MATLAB 环境下产生一个混叠波信号，在MATLAB 命令窗口输入：

Fs=20000;

t=(0:200)/Fs;

s=sin(2*pi*t*1000)+sin(2*pi*t*5000);

subplot(1,1,1);

plot(t,s);

axis([0 0.005 -2 2]);

grid

产生了1000Hz 和5000Hz 的混叠波，并且变量Fs、t、s 将显示在workspace列表中。

2)在FDATool 的界面里选择File→Export to →SPTool，然后在将导入SPTool的滤波器命名为filter点击Apply,这样,设计的滤波器就导入了SPTool 中。

3)在弹出的SPTool 主界面里点击菜单File→Import 将信号s 导入,采样频率Fs导入。

4）产生输入输出频谱后，得到

5）可以观察到输入信号的波形和频谱为

6）可以观察到输出信号的波形和频谱为

可以看到，5000HZ频率的信号已被滤波器滤掉。

7）将此滤波器的参数输出到C语言头文件中，修改CCS中fir滤波器的代码为Float fir[30]

={0.0004001965019842,0.0001796782579809,-0.001610915830384,-0.003928668671765, -0.002911158381528, 0.004441058624642, 0.01416335142997, 0.01444447680484,

-0.004466774967774, -0.03524603325736, -0.04900562431329, -0.01223772579527,

0.0834377913716, 0.2040327190773, 0.2883076291491, 0.2883076291491,

0.2040327190773, 0.0834377913716, -0.01223772579527, -0.04900562431329,

-0.03524603325736,-0.004466774967774, 0.01444447680484, 0.01416335142997,

0.004441058624642,-0.002911158381528,-0.003928668671765,-0.001610915830384,

0.0001796782579809,0.0004001965019842};

8)得到输入波形与频谱如下：

8)得到输出波形与频谱如下：

从结果可以看出，滤波器已经顺利将频率为5000HZ的信号滤掉。

5.通过代码修改、仿真，理解定点运算和浮点运算相比的优缺点。

6.通过仿真波形的分析、理解滤波器阶数与滤波器延时以及滤波器的阻带衰减之间的关系。