FIR数字滤波器设计实验_完整版

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FIR数字滤波器设计实验报告

一、实验目的

1．掌握FIR数字滤波器的设计方法；

2．熟悉MATLAB信号处理工具箱的使用；

3．熟悉利用MATLAB软件进行FIR数字滤波器设计，以及对所设计的滤波器进行分析；

4．了解FIR滤波器可实现严格线性相位的条件和特点；

5．熟悉FIR数字滤波器窗函数设计法的MATLAB设计，并了解利用窗函数法设计FIR滤波器的优缺点；

6．熟悉FIR数字滤波器频率采样设计法的MATLAB设计，并了解利用频率采样法设计FIR滤波器的优缺点；

7．熟悉FIR数字滤波器切比雪夫逼近设计法的MATLAB设计，并了解利用切比雪夫逼近法设计FIR滤波器的优缺点。

二、实验设备及环境

1．硬件：PC机一台；

2．软件：MATLAB（6.0版以上）软件环境。

三、实验内容及要求

1．实验内容：基于窗函数设计法、频率采样设计法和切比雪夫逼近设计法，利用MATLAB软件设计满足各自设计要求的FIR数字低通滤波器，并对采用不同设计法设计的低滤波器进行比较。

2．实验要求：

（1）要求利用窗函数设计法和频率采样法分别设计FIR 数字低通滤波

器，滤波器参数要求均为：0.3c w π=。其中，窗函数设计法要求分别利用矩形窗、汉宁窗和布莱克曼窗来设计数字低通滤波器，且

21N ≥,同时要求给出滤波器的幅频特性和对数幅频特性； 频率

采样法要求分别利用采样点数21N =和63N =设计数字低通滤波器，同时要求给出滤波器采样前后的幅频特性，以及脉冲响应及对数幅频特性。

（2）要求利用窗函数设计法和切比雪夫逼近法分别设计FIR 数字低通

滤波器，滤波器参数要求均为：

0.2π,0.25dB,0.3π,50dB p p s s ωαωα====

其中，窗函数设计法要求利用汉明窗来设计数字低通滤波器，且

66N ≥，同时要求给出滤波器理想脉冲响应和实际脉冲响应，汉

名窗和对数幅频特性； 切比雪夫逼近法要求采用切比雪夫Ⅰ型，同时要求给出滤波器的脉冲响应、幅频特性和误差特性。 （3）将要求（1）和（2）中设计的具有相同参数要求，但采用不同设

计方法的滤波器进行比较，并以图的形式直观显示不同设计设计方法得到的数字低通滤波器的幅频特性的区别。

四、实验步骤

1．熟悉MATLAB 运行环境，命令窗口、工作变量窗口、命令历史记录窗口，FIR 常用基本函数；

2．熟悉MATLAB 文件格式，m 文件建立、编辑、调试；

3．根据要求（1）的内容，设计FIR数字低通滤波器，建立M文件，编写、调试、运行程序；

4．根据要求（2）的内容，设计FIR数字低通滤波器，建立M文件，编写、调试、运行程序；

5．将要求（1）和（2）中设计的具有相同参数要求，但采用不同设计方法的滤波器进行比较分析；

6．记录实验结果；

7．分析实验结果；

8．书写实验报告。

五、实验预习思考题

1．FIR滤波器有几种常用设计方法？这些方法各有什么特点？

2．FIR滤波器线性相位的条件和特点是什么？

3. FIR数字滤波器窗函数设计法的流程是什么？具有什么样的优缺点？

4．FIR数字滤波器频率采样设计法的流程是什么？具有什么样的优缺点？

5．FIR数字滤波器切比雪夫逼近设计法的流程是什么？具有什么样的优缺点？

6．利用MATLAB设计FIR数字滤波器以及进行分析时，都有哪些常用的基本函数？

六、实验结果记录

（一）满足实验要求（1）的数字低通滤波器设计实验记录

1、利用窗函数法设计FIR低通滤波器得到的实验结果：

滤波器的幅频特性和对数幅频特性如下：（N=21）

012340

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

01234

-140

-120-100-80

-60

-40

-20020

2、利用频率采样法设计FIR 低通滤波器得到的实验结果：

(1) 采样点数21N 时，通滤波器采样前后的幅频特性，以及脉冲响应及对数幅频特性如下：

0.51

H d (k

)

5

10

15

20

脉冲响应

h (n )

0.5

1

0.5

1

幅度响应

H (w )

0.51

-60

-40-200

幅度响应

w in pi

20l o g H (w )

(2) 采样点数63N 时，通滤波器采样前后的幅频特性，以及脉冲响应及对数幅频特性如下：

0.51

H d (k

)

20

40

60

脉冲响应

h (n )

0.5

1

0.5

1

幅度响应

H (w )

0.51

-60

-40-200

幅度响应

w in pi

20l o g H (w )

（二）满足实验要求（2）的数字低通滤波器设计实验记录 1、利用窗函数法设计FIR 低通滤波器得到的实验结果：

滤波器的理想脉冲响应和实际脉冲响应，汉名窗和对数幅频特性如下：

20

40

60

理想脉冲响应

h d (n )

020

4060

汉明窗

w (n )

20

40

60

实际脉冲响应

h (n )

00.51

幅度响应

d B

2、利用切比雪夫逼近法设计FIR 低通滤波器得到的实验结果： 滤波器的脉冲响应、幅频特性和误差特性如下：