matlab中fdatool使用说明

基于MATLAB的滤波器设计

由于MATLAB的广泛使用和功能的不断更新，基于MATLAB的滤波器设计方法以其方便快捷的特点，受到了设计者的欢迎。下面将举例说明基于MATLAB的FIR滤波器的设计。

1 基于FDATool的FIR滤波器设计

使用FDATool设计FIR滤波器的具体步骤如下：

滤波器指标

若需要设计一个16阶的FIR滤波器（h(0)=0），给定的参数如下：

(1) 低通滤波器

(2) 采样频率F

S 为48kHz，滤波器F

C

为

(3) 输入序列位宽为9位（最高位为符号位）

在此利用MATLAB来完成FIR滤波器系数的确定。

打开MATLAB的FDATool

MATLAB集成了一套功能强大的滤波器设计工具FDATool（Filter Design & Analysis Tool），可以完成多种滤波器的设计、分析和性能评估。

单击MATLAB主窗口下方的“Start”按钮，如图所示，选择菜单“ToolBox”→“Filter Design”→“Filter Design & Analysis Tool（FDATool）”命令，打开FDATool，如图所示。

图 FDATool的启动

图 FDATool的主界面

另外，在MATLAB主命令窗口内键入“fdatool”，同样可打开FDATool程序界面。

选择Design Filter

FDATool界面左下侧排列了一组工具按钮，其功能分别如下所述：

●滤波器转换（TransForm Filter）

●设置量化参数（Set Quantization Parameters）

●实现模型（Realize Model）

●导入滤波器（Import Filter）

●多速率滤波器（Multirate Filter）

●零极点编辑器（Pole-zero Editor）

●设计滤波器（Design Filter）

选择其中的按钮，进入设计滤波器界面，进行下列选择，如图所示。

图 FDATool设计FIR滤波器

●滤波器类型（Filer Type）为低通（Low Pass）

●设计方法（Design Method）为FIR，采用窗函数法（Window）

●滤波器阶数（Filter order）定制为15

●窗口类型为Kaiser，Beta为

● F

S 为48kHz，F

C

为

最后单击Design Filter 图标，让MATLAB 计算FIR 滤波器系数并作相关分析。 其系统函数H(z)可用下式来表示：

H(z)=∑=-16

1k k k z b

显然上式可以写成:

H(z)=∑=--15

1

k k

k z

b z

即可以看成是一个15阶的FIR 滤波器的输出结果经过了一个单位延时单元1

-z ，所以在FDATool 中,把它看成15阶FIR 滤波器来计算参数。 滤波器分析

计算完FIR 滤波器系数以后，往往需要对设计好的FIR 滤波器进行相关的性能分析，以便了解该滤波器是否满足设计要求。分析操作步骤如下：

选择FDATool 的菜单“Analysis ”→“Magnitude Response ”，启动幅频响应分析如图所示，x 轴为频率，y 轴为幅度值（单位为dB ）。

图 FIR 滤波器幅频响应

在图的左侧列出了当前滤波器的相关信息：

● 滤波器类型为Direct Form FIR （直接I 型FIR 滤波器） ● 滤波器阶数为15

选择菜单“Analysis ”→“Phase Response ”，启动相频响应分析，如图所示。由该图可以看到设计的FIR 滤波器在通带内其相位响应为线性的，即该滤波器是一个线性相位的滤波器。

图滤波器相频响应

图显示了滤波器幅频特性与相频特性的比较，这可以通过菜单“Analysis”→“Magnitude and Phase Response”来启动分析。

图滤波器幅频和相频响应

选择菜单“Analysis”→“Group Delay Response”，启动群时延分析。

FDATool还提供了以下几种分析工具：

●群时延响应分析。

●冲激响应分析（Impulse Response），如图所示。

●阶跃响应分析（Step Response），如图所示。

●零极点图分析（Pole/Zero Plot），如图所示。

图冲激响应

图阶跃响应

图零极点图

求出的FIR滤波器的系数可以通过选择菜单“Analysis”→“Filter Coefficients”来观察。如图所示，图中列出了FDATool计算的15阶直接I型FIR滤波器的部分系数。

图滤波器系数

量化

可以看到，FDATool计算出的值是一个有符号的小数，如果建立的FIR滤波器模型需要一个整数作为滤波器系数，就必须进行量化，并对得到的系数进行归一化。为此，单击FDATool左下侧的工具按钮进行量化参数设置。量化参数有三种方式：双精度、单精度和定点。在使用定点量化前，必须确保MATLAB中已经安装定点工具箱并有相应的授权。

导出滤波器系数

为导出设计好的滤波器系数，选择FDATool菜单的“File”→“Export”命令，打开Export（导出）对话框，如图所示。

图滤波器系数Export对话框

在该窗口中，选择导出到工作区（Workplace）。这时滤波器系数就存入到一个一维变量Num中了。不过这时Num中的元素是以小数形式出现的：

Num=