数字滤波器的MATLAB设计与DSP上的实现(精)
matlab数字带阻滤波器设计以及DSP设计(精)
数字滤波器设计是用硬件或者软件实现的一种算法,这个算法是为了达到滤波的目的而对数字输入信号进行运算产生数字输出信号。
数字滤波器这个词是指执行滤波算法的特定硬件或者软件程序,数字滤波器经常作用的对象是数字化的模拟信号,或者刚好是存储在计算机存储器里代表某些变量的数据。
下图给出了一个具有模拟输入信号和输出信号的实时数字滤波器的简化框图。
带限模拟信号x(t)被周期地抽样,然后通过量化转化成一数字序列x(n)(n=0,1,……)。
数字处理器依据滤波器的计算算法执行滤波运算,把输入系列x(n)映射到输出系列y(n)。
DAC把数字滤波后的输出转化成模拟值,这些模拟值接着被模拟滤波器平滑,并且消去不想要的高频分量.利用MATLAB的强大运算功能,基于MATLAB信号处理工具的数字滤波器设计法可以快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器,设计方便、快捷,极大的减轻了工作量。
在设计过程中可以对比滤波器特性,随时更改参数,以达到滤波器设计的最优化。
1、MATLB仿真源程序fs=15000;T=1/fs; >> rp=1;rs=40;>> wp1=0.11*pi;wp2=0.81*pi;ws1=0.31*pi;ws2=0.61*pi; %数字带阻滤波器技术指标 >> wc1=(2/T)*tan(wp1/2); %频率预畸变 >>wc2=(2/T)*tan(wp2/2);wr1=(2/T)*tan(ws1/2);wr2=(2/T)*tan(ws2/2); >>w0=sqrt(wc1*wc2);B=wc2-wc1;>> wp=1; %归一化通带截止频率 >> ws=wp*(wr1*B)/(w0^2-wr1^2); %归一化阻带截止频率 >> [N,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); %求滤波器阶数和3dB截止频率 >> [Z,P,K]=buttap(N);>> [Md,Nd]=zp2tf(Z,P,K); %将零极点形式转换为传输形式 >>[M,N]=lp2bs(Md,Nd,w0,B); %对低通滤波器进行频率变换,转换为带阻滤波器 >> [h,w]=freqs(M,N); %模拟带阻滤波器的幅频响应 >> xlabel('频率/Hz');ylabel('幅度');title('模拟带阻滤波器');>> [b,a]=bilinear(M,N,15000); %对模拟滤波器双线性变换 >> figure(1);>> freqz(b,a);[H,W]=freqz(b,a); %绘出频率响应 >> axis([0,1,-100,20]);>> figure(2);>> plot(W*fs/(2*pi),abs(H));grid on;>> xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值'); >> title('数字滤波器幅频响应|H(ejOmega)| ');指标参数:sl=0.5062 rad, sl=0.5536 rad,pl=0.3750 rad, pu=0.6750 rad,p=1dB, s=40 dB由MATLAB可得出系统函数系数:Bz=[ 0.3521 0.1819 1.0416 0.3576 1.0416 0.1819 0.3521]Az=[ 1.0000 0.3531 1.0547 0.3038 0.7232 0.0645 0.0095]系统函数为:H(Z)= (0.3521+0.1819 *z-1+1.0416*z-2+ 0.3576*z-3+ 1.0416*z-4+ 0.1819*z +0.3521*z)/(1.0000+ 0.3531*z+ 1.0547*z+ 0.3038*z+-4-5-60.7232*z+ 0.0645*z+ 0.0095*z)DSP带阻源程序:#include"math.h"#define IIRNUMBER 30#define SIGNAL1F 2200#define SAMPLEF 8000#define PI 3.1415926 -5-6-1-2-3float InputWave();float IIR();float fAn[IIRNUMBER]={0.3521,0.0575735,0.649911,-0.0395743,0.0979831,-0.0727494,-0.190606,0.100419,0.113193,-0.0413053,0.00630108,-0.0526857,-0.0620213,0.0971701,0.0441409,-0.0611411,-0.00629462,-0.0124744,-0.00798267,0.0583348,-0.000312435,-0.0489819,0.0065404,0.0078924,0.00173493,0.023966,-0.0142577,-0.0264339,0.0152646,0.00930233,-0.00260476}float fXn[IIRNUMBER]={ 0.0 };float fInput,fOutput;float fSignal1,fSignal2,fSignal3;float fStepSignal1,fStepSignal2,fStepSignal3;float f2PI;int i;float fIn[256],fOut[256];int nIn,nOut;main(){nIn=0; nOut=0;fInput=fOutput=0;f2PI=2*PI;fSignal1=0.0;fSignal2=0.0;fSignal3=0.0;fStepSignal1=PI*0.4;fStepSignal2=PI*0.55;fStepSignal2=PI*0.7;while ( 1 ){fInput=InputWave();fIn[nIn]=fInput;nIn++; nIn%=256;fOutput=IIR();fOut[nOut]=fOutput;nOut++; // break pointif ( nOut>=256 ){nOut=0;}}}float InputWave(){for ( i=IIRNUMBER-1;i>0;i-- ){fXn[i]=fXn[i-1];}fXn[0]=sin((double)fSignal1)+sin((double)fSignal2)+sin((double)fSignal3); fSignal1+=fStepSignal1;if ( fSignal1>=f2PI ) fSignal1-=f2PI;fSignal2+=fStepSignal2;if ( fSignal2>=f2PI ) fSignal2-=f2PI;fSignal3+=fStepSignal3;if ( fSignal3>=f2PI ) fSignal3-=f2PI;return(fXn[0]);}float IIR(){float fSum;fSum=0.0;for ( i=0;i<IIRNUMBER;i++ ){fSum+=(fXn[i]*fAn[i]);}return(fSum);}。
数字滤波器的MATLAB设计与DSP上的实现
数字滤波器的MAT LAB设计与DSP上的实现数字滤波器的MATLAB 设计与DSP上的实现公文易文秘资源网佚名2007-11-15 11:56:42我要投稿添加到百度搜藏摘要:以窗函数法设计线性相位FIR数字滤波器为例,介绍用MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和在定点DSP上的实现。
实现时,先在CCS5000仿真开发,然后将程序加载到TMS320VC5409评估板上实时运行,结果实现了目标要求。
文中还讨论了定标、误差、循环寻址等在DSP上实现的关键问题。
关键词摘要:以窗函数法设计线性相位 FIR数字滤波器为例,介绍用 MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和在定点DSP上的实现。
实现时,先在 CCS5000仿真开发,然后将程序加载到 TMS320VC5 409评估板上实时运行,结果实现了目标要求。
文中还讨论了定标、误差、循环寻址等在DSP上实现的关键问题。
关键词:数字滤波器MATLAB DSP引言随着信息时代和数字世界的到来,数字信号处理已成为今一门极其重要的学科和技术领域。
数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。
在数字信号处理应用中,数字滤波器十分重要并已获得广泛应用。
1数字滤波器的设计1.1数字滤波器设计的基本步骤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。
IIR滤波器的特征是,具有无限持续时间冲激响应。
种滤波器一般需要用递归模型来实现,因而有时也称之为递归滤波器。
FIR滤波器的冲激响应只能延续一定时间,在工程实际中可以采用递归的方式实现,也可以采用非递归的方式实现。
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Chebyshev逼近法等等。
随着 MATLAB软件尤其是MATLAB的信号处理工作箱的不断完善,不仅数字滤波器的计算机辅助设计有了可能,而且还可以使设计达到最优化。
用MATLAB仿真和DSP设计来实现FIR数字滤波器
用MATLAB仿真和DSP设计来实现FIR数字滤波
器
随着计算机和信息技术的快速发展,数字信号处理技术在通信与电子技术、航空航天、仪器仪表等诸多领域得到了广泛应用,数字滤波器作为数字信号处理技术的一个重要工具,可用来过滤时间离散信号和数字信号。
在数字信号处理中,数字滤波器占有极其重要的地位,滤波器可以用软件滤波或专用的硬件滤波两种方法实现。
硬件滤波器稳定性差,易老化,精度低。
用软件来实现数字滤波器的优点是随着滤波器参数的改变,很容易改变滤波器性能,从而满足设计需求。
本设计采用具有严格线性相位、稳定性好的FIR数字滤波器来实现滤波器的设计。
MATLAB作为设计FIR滤波器的强有力工具,为设计应用提供了相应的工具箱,从而将复杂的程序设计简单化为函数调用,简化难度的同时还提高了效率。
TMS320F2812DSP是TI公司推出的一款用于控制和数字信号处理领域的多功能、高性价比的芯片,其优良的性价比使其在数字信号的实时处理中得到了广泛的应用。
本文介绍了采用MATLAB仿真技术和DSP来设计实现FIR数字滤波器。
1 数字滤波器原理
对于数字滤波器,描述系统特性用差分方程。
设其输入序列为x(k),输出序列为y(k),则它们之间的关系可以用差分方程来表示:
y(k})+b1y(k-1)+…+bMy(k-M)=a0x(k)+a1x(k-1)+…+anx(k-N) (1)
其中,y(k)系数一般取1;b1,…bM及a0,…aN为常系数;对于特定的系统,M和N为常数,分别代表输出最高阶数和输入最高阶数。
基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计与DSP实现开题报告
《基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计与DSP实现》开题报告一、课题的目的和意义1、研究目的我选择了《基于MATLAB的IIR滤波器的设计》这个课题作为毕业设计其主要目的是通过此次课程设计进一步学习和巩固数字信号处理和DSP及其相关知识,并学会利用所学的知识技能,在设计过程中能综合运用所学知识内容,进一步熟悉和掌握MATLAB和DSP的使用方法;对IIR滤波器的原理及其实现有较深的了解;为即将进入社会参加工作打下坚实的基础;掌握收集资料、消化资料和综合资料的能力等等。
2、研究意义随着信息时代和数字世界的到来,数字信号处理已成为今一门极其重要的学科和技术领域。
数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。
在数字信号处理应用中,数字滤波器十分重要并已获得广泛应用。
随着电子工业的发展,对滤波器的性能要求越来越高,功能也越来越多,并且要求它们向集成方向发展。
我国滤波器研制和生产与上述要求相差甚远,为缩短这个差距,电子工程和科技人员负有重大的历史责任。
从事电子通信业而不能熟练操作使用MATLAB电子线路设计软件,在工作和学习中将是寸步难行的。
在数学、电子、金融等行业,使用MATLAB等计算机软件对产品进行设计、仿真在很早以前就已经成为了一种趋势,这类软件的问世也极大地提高了设计人员在通信、电子等行业的产品设计质量与效率。
二、文献综述数字滤波器是具有一定传输选择特性的数字信号处理装置,其输入、输出均为数字信号,实质上是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统。
它的基本工作原理是利用离散系统特性对系统输入信号进行加工和变换,改变输入序列的频谱或信号波形,让有用频率的信号分量通过,抑制无用的信号分量输出。
数字滤波器和模拟滤波器有着相同的滤波概念,根据其频率响应特性可分为低通、高通、带通、带阻等类型,与模拟滤波器相比,数字滤波器除了具有数字信号处理的固有优点外,还有滤波精度高(与系统字长有关)、稳定性好(仅运行在0与1两个电平状态)、灵活性强等优点。
FIR数字滤波器的MATLAB设计与DSP实现
FIR数字滤波器的MATLAB设计与DSP实现摘要: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MATLAB工具来设计数字滤波器的方法及在定点DSP上的实现。
通过CCS5000开发工具和在DES3200实验箱上运行,实现了达到目标要求的滤波器。
关键词: matlab;fir;dsp;ccs开发环境1、引言随着信息和数字技术的发展,数字信号处理已成为当今极其重要的学科和技术领域之一通信语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。
在数字信号处理的基本方法中,通常会涉及到变换、滤波、频谱分析、调制解调和编码解码等处理。
其中,滤波是应用非常广泛的一个环节,数字滤波器的理论与相关设计也一直都是人们研究的重点之一。
数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性,可分为无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤波器。
其中FIR滤波器具有严格的相位特性,同时系统函数的极点固定在原点上,因而该类型的滤波器是稳定的。
滤波器的设计方法主要有窗函数法、频率取样法和最优线性相位设计法。
其中窗函数设计方法由于其运算简便、物理意义直观,已成为工程实际中应用最广泛的方法,本文从FIR 数字滤波器的原理与基本设计步骤出发,对FIR数字滤波器在MATLAB中的仿真与设计的基本思路做了阐述,并在定点DSP上实现了满足要求的FIR滤波器。
目录1、滤波器基本原理 (3)1.1 数字滤波器的基本概念 (3)1.2 FIR滤波器的基本结构 (3)1.3 FIR滤波器的主要特点 (4)1.4开发环境CCS简介 (4)2、数字滤波器的设计 (6)2.1数字滤波器MATLAB设计的基本步骤 (6)2.2 FIR数字滤波器的DSP实现 (8)2.3结论 (9)3.心得体会 (10)4.附录 (10)参考文献 (16)1、滤波器基本原理1.1数字滤波器的基本概念数字滤波器的设计问题就是寻找一组系数和,使得其性能在某种意义上逼近所要求的特性。
FIR数字滤波器的MATLAB设计及DSP的实现
2 1 年第 6期 00 C m u e DS f w r n p ] c t o s o p t rC o ta ea dA p ia i n 软件设计开发
FR数字滤波器的 MA L B设计及 D P的实现 I TA S
伍 永 锋
( 宁夏大学物理电气信 息学院,银川 70 2 ) 5 0 1
摘 要 :数 字滤波 器是数 字信号 处理 的 重要 组成 部分 。本 文主要 介绍 应 用 MAT A 设计 F R 数 字滤 波器 的方法 ,并 LB I 探讨 基 于 T 公 司 T 3 0 5 XDS I MS 2 C 4 P的 Fr 字滤 波 系统 的 实现 。 i数 关键 词 :MA L B T A ;D P I S ;FR;数 字滤波 器
一
、
引言
iea i puse rsp se d l m l e on
数字 滤波 是语 音处 理 、图像 处理 、模式 识别 、频谱 分析 等应 用 的基 本处 理算法 。数 字滤 波具 有稳 定性好 、精 确度 高、 不受环 境 影响 、灵活 性好 的特 点 。数 字滤 波器 分 为无 限冲 激 响应滤 波器 (I )和有 限冲激 响 应滤波 器 (I )滤波 器 。F R 数字 滤波器 IR FR I 不含反 馈环路 、稳 定和 可 以实现严 格线 性相位 等优 点 。 二 、F R滤波器 的 M T A I A L B设计 FR 滤波 器 的设计 方法 有窗 函数设 计法 、频 率采样 设计 法和 I 等波纹 逼近法 。窗函数 法设计 F R 波器 是工程 实 践中应 用最广 I滤 泛 的设 计方法 。窗 函数 设计 FR滤波 器 的基本 思想 :根据给 定 的 I 滤 波器 技术指 标 ,选择 滤波 器长度 M 窗 函数 wN ,使其 具有最 和 () 窄的主 瓣和最 小 的旁瓣 。其 核心 是从给 定 的频率特 性 通过 加窗 以 确 定有 限长单 位脉 冲响应 序列 h n 。实 际实现 的滤波 器的单 位取 () 样 响应 为 hn ,长度 为 N () ,其 系统 函数 为 H Z 。工程 实际 中常用 ( ) 的窗 函数有 6 ,即矩形 窗 、三角 窗、汉 宁窗 、哈 明窗 、布莱 克 种 曼 窗和 凯泽 窗。 滤波 器设 计需 要进行 大量 复杂 的运算 , 利用 M TA ALB强 大的计 算 功能 进行计 算机 辅助 设计 ,可 以快速 有效 地设 计数 字滤波 器 , 大 大地 简化 了计算 量 。 应用 M TA A LB设计 F r数字滤 波器 时 , i 先根 据 给定 过渡 带宽度 和 阻带最 小衰减 的选 择合 适 的窗 函数 ,之 后 , 调 用窗 函数编 译相应 的程 序计 算滤 波器 的阶数 M a ) () 、h( 、h/ 和 n 1 实 际的 幅频特 性 ,之 后 由输 出验证 设计是 否满 足性 能指标 要求 。 例 :用 窗函数 法设 计一个 带通 滤波 器 ,指标要 求如 下 :低端 阻 带截止 频率 w l02Ⅱ;低 端通 带截止 频 率 w lO 3 ;高端 s= . p :. 阻带截止 频率 w 20 8 ; 端通 带截止 频率 w p= . 5 ; 带 p: . 高 s2 O6 Ⅱ 通 最 大衰减 R 1B p d ;阻带 最小衰 减 A=0B = 5d 。 M TA 部 分源程 序如 下 : AL B 凯泽 窗设 计低通 . : m
dsp实验基于MATLAB的IIR数字滤波器设计
实验五基于MATLAB的IIR数字滤波器设计一、实验目的:1.加深对IIR数字滤波器常用指标的理解;2.学会设计IIR数字滤波器;3.根据指标要求设计数字滤波器,并进行信号的处理。
二、实验原理:补充:(1)filter函数用来实现数字滤波器对数据的滤波,函数调用格式为:y=filter(b,a,x)其中,b,a分别为滤波器系统函数H(z)的分子和分母多项式的系数,x为滤波器的输入,y为滤波器的输出,y与x具有相同大小的向量。
(2)filtfilt函数实现零相位前后与后向结合滤波,其调用格式为:y=filtfilt(b,a,x)其中,b,a分别为滤波器系统函数H(z)的分子和分母多项式的系数,x为滤波器的输入,y为滤波器的输出,y与x具有相同大小的向量,这个函数实现的滤波后其输出信号与输入信号的相位一致,也就是没有改变信号波形形状。
但filter函数滤波后有一些延迟,改变了信号的形状。
三、实验内容:1.假设一个信号x(t)= sin(2*pi*f1*t)+0.5cos(2*pi*f2*t),其中f1=5Hz,f2=30Hz。
请设计一个数字滤波器能把f2滤除掉,请写出程序,并画出原信号波形以及原信号通过该数字滤波器后输出信号的波形。
四、实验分析:根据要求,先设计出满足需要的模拟带通滤波器,再转化为数字滤波器,最后利用数字滤波器的输出函数,画出波形五、实验结论:设计程序%设计模拟带通滤波器wp=[4 6]*2*pi;ws=[1 9]*2*pi;Rp=1;Rs=10;[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,Rs,'s'); %求的滤波器的最小阶数和截止频率[b,a]=butter(N,wc,'s'); %设计模拟巴特沃斯滤波器%转化为数字滤波器FS=100;[numd,dend]=impinvar(b,a,FS);%输入信号验证dt=1/100; %模拟信号采样间隔f1=5;f2=30;t=0:dt:2;x=sin(2*pi*f1*t)+0.5*cos(2*pi*f2*t);y=filter(numd,dend,x)%画出图形subplot(2,1,1)plot(t,x);title('输入信号');subplot(2,1,2)plot(t,y);title('输出信号');六、实验心得:通过本次实验,学会了设计一个数字滤波器的方法,加深理解了数字滤波器的技术指标以及具体功能,如何进行数字滤波。
FIR数字带通滤波器的MATLAB设计与DSP实现
图 5 滤波前图形
图 6 滤波后图形
通过以上 3 个图形对比可以看出 : 原始信号 是幅值为 1 的数字正弦信 号, 经过与 fy 频率信号 的叠加之后 , 成为一种不标准的正弦信号 , 再经过 数字带通滤波器后, 信号又变成幅值为 1 的数字正
图 7 主程序流程图
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车辆与动力技术
收稿日期 : 2010 - 07- 13 作者简介 : 王永山 ( 1986 - ) , 男 , 硕士研究生, 主要研究方向为数字信号处理 .
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车辆与动力技术
2010 年
达到高的选择性 , 必须用高的阶数. 由于 F I R 滤波 器系统总是稳定的, 容易实现线性相位而且可以设 计多通带 (或多阻带 ) 滤波器, 这些都是 II R 系统不 易实现的
1 2 1 1
2 Beijin g north w a ll pho toelectric instrum ent Co. , LTD, Beijin g 100053 , China ) Abstract : Ai m ing at th e dig ita l filter process requirem en t o f guided in strum ent infor m atio n field testin g , a kind of F I R dig ita l band pass filter has been designed based on FDAT oo l filter design analyze soft w are in MATLAB and the process function o f dig ita l sig na l in TM S320F 28335 ch ip . Th is filter has been ful f illed on DSP by M ix ed prog ramm in g using C language and assem bly language . By analyzing th e test re su l, t this digita l band pass filter is accurate, stable , easily transp lantab le . K ey w ord s : DSP; FDAT oo; l FI R dig ita l band pass filter 通常制导仪信息场检测电路中主要通过 4 个模 拟电路的陷波器检测 4 个调制频率信号. 用模拟电 路检测数字信号存在电压漂移和温度漂移严重、噪 声大和灵活性差等缺点, 而随着信息技术和计算机 技术的飞速发展 , 数字信号处理技术在众多领域得 到广泛应用 , 用数字滤波器进行制导仪信息场的检 测可以克服模拟电路上述几个缺点. 数字滤波是数字信号处理的基本方法 . 由于其 精度高、稳定性好、使用灵活 , 因而被广泛应用在 各种数字信号处理领域 . 数字滤波器根据冲击响应 函数的时域特性, 可以分为 F I R (有限长冲击响应 ) 滤波器和 II R ( 无限长冲击响应 ) 滤波器. IIR 数字 滤波器传递函数包括零点和极点 2 组可调因素, 对 极点的唯一限制是必须在单位圆内. 因此可用较低 的阶数获得高的选择性. 但是 IIR 滤波器不一定能 保证其稳定性 , 并且不能实现严格意义上的线性相 位. 而 F I R 滤波器传递函数的极点是固定在原点, 它可以通过改变零点位置来改变它的性能, 所以要
基于Matlab和DSP数字滤波器的设计与实现
基于Matlab和DSP数字滤波器的设计与实现邓婷【摘要】A method of designing a FIR filter is introduced based on digital signal processor. Firstly,Matlab toolbox FDATool is used to design a low-pass filter meeting the performance required, and extract the impulse response coefficients, and then used a circular buffer and dual-operand indirect addressing in the TMS320C5416 DSP chip to implement the filter in three different frequency sine wave signals. It is indicates that the experiment results can meet the expected performance.%介绍了一种基于DSP实现FIR滤波器的设计方法.首先利用Matlab工具箱FDATool设计符合性能指标的低通滤波器,并提取单位冲激响应系数.然后采用循环缓冲区和双操作数间接寻址方式在TMS320C5416 DSP芯片上实现三个不同频率正弦波信号的低通滤波.实验结果表明,该滤波器基本满足预期性能指标要求.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)019【总页数】5页(P4597-4601)【关键词】FIR滤波器;FDATool;DSP【作者】邓婷【作者单位】华南理工大学广州汽车学院,广州510800【正文语种】中文【中图分类】TN713.7随着信息技术和计算机技术的高速发展,数字信号处理技术广泛应用在通信、车载、智能家电以及各种数字仪器等众多领域。
(完整版)基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计与DSP实现毕业设计
1 绪论 (1)1.1课题分析 (1)1.2数字滤波器在国内外发展概况 (1)1.3MATLAB简介 (3)1.4数字信号处理(DSP)器简介 (5)1.5DSP芯片开发工具 (6)2 IIR数字滤波器设计的方案选择及原理分析 (12)2.1总体方案比较 (12)2.2IIR滤波器的基本原理 (13)2.3IIR数字滤波器的设计方法 (16)3 IIR滤波器的MATLAB设计与仿真 (21)3.1FDAT OOL界面设计 (21)3.2程序设计 (25)3.3IIR数字滤波器的仿真 (27)4 IIR滤波器在DSP上的实现 (40)4.1IIR数字滤波器在DSP上的实现步骤和条件 (40)4.2IIR数字滤波器在TMS320VC5416DSP上的实现过程 (40)5 总结 (45)参考文献 (46)致谢 (47)附录一:XP-IIR-AD.C (47)附录二:XP-IIR-AD.CMD...............................错误!未定义书签。
1绪论1.1 课题分析在现代通信系统中,由于信号中经常混有各种复杂成分,所以很多信号的处理和分析都是基于滤波器而进行的。
但是,传统数字滤波器的设计使用繁琐的公式计算,改变参数后需要重新计算,从而在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。
利用MATLAB信号处理箱(Signal Processing Toolbox)可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真。
本课题正是利用MATLAB软件进行IIR数字滤波器的设计并进行仿真,这使得滤波器的设计更加快速和有效。
21 世纪是信息科学与技术的世纪, 其中, 数字信号处理技术(DSP) 已经成为当今一门极其重要的学科。
数字信号处理(DSP) 在通信, 语音, 图像, 自动控制, 雷达, 军事, 航空航天, 医疗和家用电器等很多领域已经得到广泛的应用。
[10]近年来,在数字信号处理领域具有绝对优势的DSP技术得到了迅速发展,不仅应用于通信、计算机领域,还逐渐渗透到其他科学研究领域。
FIR数字滤波器的MATLAB仿真和DSP的实现
FIR数字滤波器的MATLAB仿真和DSP的实现随着计算机和信息技术的快速发展,数字信号处理技术在通信与电子技术、航空航天、仪器仪表等诸多领域得到了广泛应用,数字滤波器作为数字信号处理技术的一个重要工具,可用来过滤时间离散信号和数字信号。
在数字信号处理中,数字滤波器占有极其重要的地位,滤波器可以用软件滤波或专用的硬件滤波两种方法实现。
硬件滤波器稳定性差,易老化,精度低。
用软件来实现数字滤波器的优点是随着滤波器参数的改变,很容易改变滤波器性能,从而满足设计需求。
本设计采用具有严格线性相位、稳定性好的FIR 数字滤波器来实现滤波器的设计。
MATLAB 作为设计FIR 滤波器的强有力工具,为设计应用提供了相应的工具箱,从而将复杂的程序设计简单化为函数调用,简化难度的同时还提高了效率。
TMS320F2812DSP 是TI 公司推出的一款用于控制和数字信号处理领域的多功能、高性价比的芯片,其优良的性价比使其在数字信号的实时处理中得到了广泛的应用。
本文介绍了采用MATLAB 仿真技术和DSP 来设计实现FIR 数字滤波器。
1 数字滤波器原理对于数字滤波器,描述系统特性用差分方程。
设其输入序列为x(k),输出序列为y(k),则它们之间的关系可以用差分方程来表示:y(k})+b1y(k-1)+…+bMy(k-M)=a0x(k)+a1x(k-1) +…+anx(k-N) (1) 其中,y(k)系数一般取1;b1,…bM及a0,…aN为常系数;对于特定的系统,M 和N 为常数,分别代表输出最高阶数和输入最高阶数。
2 FIR 数字滤波器设计方案数字滤波器的设计有无限冲激响应滤波器(IIR)和有限冲激响应滤波器(FIR)两种选择。
无限冲激响应滤波器的设计是借助模拟滤波器转换的设计方法,一般有公式和图表可查询,另外还有一些典型模拟滤波器可供选择,这种方法相对比较简单。
有限冲激响应滤波器主要采用非递归结构,可以保证绝对的稳定,这有利于对谐波相位的分析。
基于MATLAB的IIR数字滤波器设计与DSP实现
基于MATLAB的IIR数字滤波器设计与DSP实现[摘要]对IIR数字滤波器进行研究,站在全面的角度来分析,对函数设计与计算方案的形成进行相应的探讨,找到相关的技术支持手段;通过对IIR数字过滤器中的信号处理技术,将MATLAB常用设计函数手段与DSP进行完善连接,同时,本文也将该技术实施中的参考手段与技术标准呈现了出来,以供参考。
[Abstract]To study the IIR digital filter,stand in the overall point of view to analyze the formation of the function,design and calculation programs were discussed,to find the relevant technical support;the signal processing technology of IIR digital filter in common use of MATLAB,the design method and the DSP function to improve connection,at the same time,this paper will also reference means and technical standards in the implementation of the technology were presented,for reference.[关键词]MATLAB;IIR数字滤波器;DSP[Keyword]MATLAB;IIR digital filter;DSP首先,对近年来的数字技术的发展来看,DSP技术已经作为直接性的科技领军技术产品来带动数字融合手段的发展了,在数字滤波器的带动下,它得以得到全面快速的发展;其次,结构简单的IIR数字过滤器得到了完善发展,其运算速度更快、占用空间更小,实现了DSP的质的突破与进步。
基于DSP与MATLAB的IIR数字滤波器的设计
学校代码学号本科实训论文题目基于DSP的IIR数字滤波器设计院系专业名称年级学生姓名指导教师2012年06月20日基于DSP的IIR滤波器设计摘要在现代通信系统中,由于信号中经常混有各种复杂成分,所以很多信号分析都是基于滤波器而进行的,而数字滤波器是通过数值运算实现滤波,具有处理精度高、稳定、灵活、不存在阻抗匹配问题,可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。
在基于DSP设计一个24阶带通IIR滤波器过程中,首先在matlab中产生一个模拟信号,其次在MATLAB中设计实现了IIR数字滤波器,最后将IIR数字滤波器移植到TI C5402 DSP芯片上关键字:数字滤波器,DSP芯片,MATLABDESIGN OF IIR DIGITAL FILTER BASED ON DSPAuthor:Tutor:ABSTRACTIn the modern communication system, because often mixed with various signal complex composition, so many signal analysis is based on the filter, and digital filter is through the numerical computation realize filtering, has the processing precision, stability, flexible, does not exist impedance matching problem, can simulate the filter can't achieve special filter function. Based on DSP in design a 24 order bandpass filter IIR process, first in matlab produce a simulation signal and secondly in matlab design and realize the IIR digital filters, finally will IIR digital filters transplanted to TI C5402 DSP chip.Keywords:IIR Filter,DSP , MATLAB目录1 绪论 (1)1.1选题背景 (1)1.2选题意义 (1)2 数字滤波器基本原理 (2)2.1 数字滤波器的基本概念 (2)2.1.1 数字滤波器的概念 (2)2.1.2数字滤波器的分类 (2)2.1.3数字滤波器的性能指标 (4)2.2 数字滤波器的原理 (4)2.2.1 数字滤波器的基本结构 (4)2.2.2 IIR滤波器的基本结构 (5)2.3滤波器设计概述 (6)3. DSP芯片概述 (8)3.1DSP定义 (8)3.2 DSP原理 (8)3.3 DSP的特点 (8)3.4 DSP的应用 (9)4 数字滤波器的实现 (10)4.1在matlab中产生模拟叠加信号 (10)4.2 IIR滤波器在matlab中的三种设计方案 (11)4.2.1 巴特沃斯滤波器 (11)4.2.2 切比雪夫滤波器 (11)4.2.3 椭圆滤波器 (12)4.2.4 三种滤波器的比较 (13)4.3 IIR带通滤波器的在DSP上的移植 (13)4.3.1编程的思想 (13)4.3.2移植结果 (14)4.4 CCS中实现的结果与matlab中实现结果对比 (14)5. 总结 (16)致谢 (17)参考文献 (18)附录ⅠIIR在MATLAB中实现IIR数字滤波器的程序 (19)附录II IIR在CCS中实现IIR数字滤波器的程序 (24)1 绪论1.1选题背景数字信号处理(DigitalSignal Processing,简称DSP)是一门涉及许多科学而又广泛应用于许多领域的新兴学科。
基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计及DSP实现12
基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计及DSP实现12————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计(MATLAB在通信中的应用—-———课程论文)论文作者:王紫艳专业:通信工程专业10—-04班学号:311009020405指导老师:候艳芳基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计摘要:在现代通信系统中,由于信号中经常会混有各种复杂成分,很多信号分析都是基于滤波器而进行的,而数字滤波器是通过数值运算实现滤波的,具有处理精确度高、稳定、灵活、不存在阻抗匹配问题,可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤功能。
数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性,可以分为两类:无限长冲激响应(IIR)数字滤波器和有限长冲激响应(FIR)数字滤波器。
传统的数字滤波器设计使用繁琐的公式计算,尤其是设计高阶滤波器时工作量很大。
利用MATLAB数字信号处理(DSP)工具箱(signal processing toolbox)可以快速有效的实现数字滤波器的设计与仿真。
MATLAB软件的频谱分析和滤波器的分析设计功能很强,从而使数字信号处理变得十分简单。
本文比较了设计IIR数字滤波器的两种方法,介绍了利用双线性变换法设计IIR滤波器的原理、步骤,并在MATLAB下进行了仿真。
关键字:MATLAB IIR 数字滤波器 DSP一引言随着数字时代的到来,数字信号处理技术在电子产品中得到越来越广泛的应用,竞争的激烈也促使是数字信号处理技术的不断发展。
而数字滤波在数字信号处理过程中占有举足轻重的低位,数字滤波的优劣直接关系到数字信号处理的好坏,常用的数字滤波器有FIR数字滤波器和IIR数字滤波器,其中IIR数字滤波器具有结构简单,运算速度快,占用存储空少,较高的计算精度和较低的阶数实现,较好的选频特性等优点,等到广泛的应用。
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。
数字滤波器的MATLAB设计与DSP上的实现
数字滤波器的MATLAB设计与DSP上的实现
郑佳春
【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》
【年(卷),期】2003(000)007
【摘要】以窗函数法设计线性相位FI R数字滤波器为例,介绍用MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和在定点DSP上的实现.实现时,先在CCS5000仿真开发,然后将程序加载到TMS320VC5409评估板上实时运行,结果实现了目标要求.文中还讨论了定标、误差、循环寻址等在DSP上实现的关键问题.
【总页数】4页(P28-31)
【作者】郑佳春
【作者单位】集美大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN713
【相关文献】
1.基于MATLAB的IIR数字滤波器设计及DSP实现 [J], 郭平
2.基带脉冲成形数字滤波器的MATLAB设计与DSP上的实现 [J], 严城
3.基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计及DSP实现 [J], 蒋渊渊;张旺
4.用MATLAB设计ⅡR数字滤波器并在DSP上的实现 [J], 樊景峰;吴加富
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数字滤波器的MATLAB设计与DSP上的实现摘要:以窗函数法设计线性相位FIR数字滤波器为例,介绍用MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和在定点DSP上的实现。
实现时,先在CCS5000仿真开发,然后将程序加载到TMS320VC5409评估板上实时运行,结果实现了目标要求。
文中还讨论了定标、误差、循环寻址等在DSP上实现的关键问题。
关键词:数字滤波器 MATLAB DSP引言随着信息时代和数字世界的到来,数字信号处理已成为今一门极其重要的学科和技术领域。
数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。
在数字信号处理应用中,数字滤波器十分重要并已获得广泛应用。
1 数字滤波器的设计1.1 数字滤波器设计的基本步骤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。
IIR滤波器的特征是,具有无限持续时间冲激响应。
种滤波器一般需要用递归模型来实现,因而有时也称之为递归滤波器。
FIR 滤波器的冲激响应只能延续一定时间,在工程实际中可以采用递归的方式实现,也可以采用非递归的方式实现。
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Chebyshev逼近法等等。
随着MATLAB软件尤其是MATLAB的信号处理工作箱的不断完善,不仅数字滤波器的计算机辅助设计有了可能,而且还可以使设计达到最优化。
数字滤波器设计的基本步骤如下:(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,数字滤波器常常被用来实现选频操作。
因此,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。
第一种是绝对指标。
它提供对幅度响应函数的要求,一般应用于FIR滤波器的设计。
第二种指标是相对指标。
它以分贝值的形式给出要求。
在工程实际中,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人有线性相位。
运用线性相位响应指标进行滤波器设计具有如下优点:①只包含实数算法,不涉及复数运算;②不存在延迟失真,只有固定数量的延迟;③长度为N的滤波器(阶数为N-1),计算量为N/2数量级。
因此,本文中滤波器的设计就以线性相位FIR滤波器的设计为例。
(2)逼近确定了技术指标后,就可以建立一个目标的数字滤波器模型。
通常采用理想的数字滤波器模型。
之后,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。
1.2 滤波器的MATLAB设计(1)MATLABMATLAB是一套用于科学计算的可视化高性能语言与软件环境。
它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,构成了一个界面友好的用户环境。
它的信号处理工具箱包含了各种经典的和现代的数字信号处理技术,是一个非常优秀的算法研究与辅助设计的工具。
在设计数字滤波器时,通常采用MATLAB来进行辅助设计和仿真。
(2)FIR滤波器的MATLAB设计下面以设计线性相位FIR滤波器为例介绍具体的设计方法。
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。
其核心是从给定的频率特性,通过加窗确定有限长单位脉冲响应序列h(n)。
工程中常用的窗函数共有6种,即矩形窗、巴特利特(Bartlett)窗、汉宁(Hanning)窗、汉明(Hamming)窗、布莱克曼(Blackman)窗和凯塞(Kaiser)窗。
假设实际工程需要设计一个线性相位带通FIR滤波器指标如下:fn=[1000,1375,3625,4000];a=[0,1,0];dev=[0.0005,0.05,0.0005];阻带最小衰减60dB,再设采样频率fs=10kHz,则根据阻带最小衰减来选择凯塞(Kaiser)窗,利用MATLAB的求阶函数和FIR滤波器的设计函数,可以快速地设计出所需的数字滤波器。
这两个设计函数如下:[N,Wn,beta,ftype]=kaiserord(fn,a,dev,fs);b=fir1(n,Wn,ftype,Kaiser(n+1,beta);最后,利用的滤波器分析函数freqz分析所设计出的滤波器的幅频特性和相频特性,并用图形显示函数plot将它们显示出来,如图1所示。
由图1可见,设计结果满足指标要求。
2 数字滤波器的实现方法数字滤波器的实现方法一般有以下几种。
①采用加法器、乘法器、延时器设计专用的滤波电路。
②在通用计算机系统中加上专用的加速处理机设计实现。
③用通用的可编程DSP芯片实现。
④用专用的DSP芯片实现。
在一些特殊的场合,要求的信号处理速度极高,用通用DSP芯片很难实现。
这种芯片将相应的滤波算法在芯片内部用硬件实现,无需进行编程。
⑤采用FPGA/CPLD设计实现。
在上述几种方法中,第②种方法的缺点是速度较慢,一般可用于DSP算法的模拟。
第①、④种方法专用性强,应用受到很大的限制。
第③、⑤种方法都可以通[page_break]过编程来实现各种数字滤波,但是,第③种因有专用的指令来实现滤波运算编程实现容易,而第⑤种方法编程实现较为困难。
3 数字滤波器的DSP实现DSP是一种实时、快速、特别适合于实现各种数字信号处理运算的微处理器。
由于它由具有丰富的硬件资源、改进的哈佛结构、高速数据处理能力和强大的指令系统,而在通信、航空、航天、雷达、工业控制、网络及家用电器等各个领域得到广泛应用。
DSP 分为定点和浮点两种,下面以定点DSP芯片为例,讨论FIR滤波器实现的几个关键问题。
所讨论的这些问题,在DSP系统设计中有实际的参考和应用价值。
3.1 定点数的定标在定点DSP芯片中,采用定点数进行数值运算,其操作数一般采用整型数来表示。
一个整型数的最大表示范围取决于DSP芯片所给定的字长,一般为16位或24位。
显然,字长越长,所能表示的数的范围越大,精度也越高。
在滤波器的实现过程中,DSP所要处理的数可能是整数,也可能是小数或混合小数;然而,DSP在执行算术运算指令时,并不知道当前所处理的数据是整数还是小数,更不能指出小数点的位置在哪里。
因此,在编程时必须指定一个数的小数点处于哪一位,这就是定标。
通过定标,可以在16位数的不同位置上确定小数点,从而表示出一个范围大小不同且精度也不同的小数。
例如:在Q15中,1080H=0.12890625;在Q0时,1080H=4224。
在使用定点DSP时,如何选择合适的Q值是一个关键性问题。
就DSP运算的处理过程来说,实际参与运算的都是变量,有的是未知的,有的则在运算过程中不断改变数值,但它们在一实际工程环境中作为一个物理参量而言都有一定的动态范围。
只要个动态范围确定了,Q值也就确定了。
因此,在程序设计前,首先要通过细致和严谨的分析,找出参与运算的所有变量的变化范围,充分估计运算中可能出现的各种情况,然后确定采用何种定标标准才能保证运算结果正确可靠。
这里,所讨论的理论分析法和统计分析法确定变量绝对值最大值max,然后根据max再确定Q值。
但是,DSP操作过程中的意外情况是无法避免的,即使采用统计分析法也不可能涉及到所有情况。
因此,在定点运算过程中应该采取一些判断和保护措施(特别是在定点加法中)。
另外,在数字信号处理中的大量运算是乘法和累加,应尽量采用纯整数或纯小数运算,即全部变量都用Q0或Q15格式表示。
这样做的好处是操作简单、编程方便。
只有当纯整数或纯小数运算不能满足变量的动态范围和精度要求时,才采用混合小数表示法进行定点运算。
3.2 误差问题因为在用定点DSP实现时,所有的数据都是定长的,运算也都是定点运算,因而会产生有限字长效应。
所产生的误差主要包括:数模转换引起的量化误差、系数量化引起的误差以及运算过程中的舍入误差。
在用定点DSP时,产生误差是不能避免的,但是可以通过一些方法减小误差。
如,可以用两个存储单元来表示一个数,运算时使用双字运算;可以根据需要要将滤波器系数都用双字表示,也可以只将一半的系数用双字表示,视需要而定。
另外,FIR数字滤波器和IIR数字滤波器所引入的量化误差是不一样的。
FIR数字滤波器主要采用非递归结构,因而在有限精度的运算中都是稳定的;而IIR数字滤波器是递归结构,极点必须在z平面单位圆内才能稳定,这种结构运算中的四舍五入处理有时会引起寄生振荡。
除了有限字长效应以外,不同结构引入的误差也有所不同。
在实际设计中,要注意实现中的误差问题。
在选择不同的结构时,应考虑它们所引入的误差,并用高级语言进行定点仿真,以比较不同结构下误差的大小,从而作出合理选择。
3.3 循环寻址循环寻址(circular addressing)是DSP中经常用到的一种寻址方式。
该寻址方法可以对一块特定存储区实现循环的操作。
可以把循环寻址理解为实现一个滑动窗,新数据引入后将覆盖老的数据,便得该窗中包含了需处理的最新数据。
在数字信号处理中的FIR、卷积等运算中,循环寻址具有极其重要的意义。
在TI的DSP中,循环寻址通过如下方法实现。
①设定BK(寄存器块大小)值,以确定循环寻址缓冲区的大小,也可将它看作是循环的周期。
②设定缓冲区的底部地址。
必须注意:其低N位为零,其中N为满足式(1)的最小N值。
2 N>BK (1)③用辅助寄存器间接寻址循环缓冲区。
图2 输入数据频谱图图3 输出数据频谱图3.4 实现举例根据上述设计出来的FIR滤波器,考虑工程实际的需要(精度的要求)和采用定点DSP芯片的方便实现,选择Q15定标。
为此,必须对输入数据和滤波器的系数进行归一化处理。
输入数据的归一化处理可通过设置A/D转换的参考电平来实现。
滤波器的系数归一化只要求取系数中的最大值,再用这个最大值去系数便可。
由于一个N(设N为偶数)阶的FIR滤波器具有系数对称特性,其输出方程可以写为:y(n)=ao[x(n)+x(n-N+1)]+a1[x(n-1)+x(n-N+2)]+…+aN/2-1[X(n-N/2+1)+x(n-N/2)] (2)根据式(2)可建立如下实现算法:①在数据存储中开辟两个循环缓冲区,New循环缓冲区存放新数据,O1d循环缓冲区中存放老数据。
循环缓冲区的长度为N/2。
②设置循环缓冲区指针,AR2指向New缓冲区中最新的数据,AR3指向O1d缓冲区中最老的数据。
③在程序存储器中设置系数表。
④(AR2)+(AR3)→AH(累加器A的高位);(AR2)-1→AR2;(AR3)-1→AR3。