FIR滤波器的多级结构设计方法 课程设计

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1、 共 15 页 第 1 页 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 题目：题目：FIRFIR 滤波器的多级结构设计方法滤波器的多级结构设计方法 学院（系） ：学院（系） ： 年级专业：年级专业： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： 共 15 页 第 2 页 电气工程学院课程设计任务书电气工程学院课程设计任务书 课程名称： 数字信号处理课程设计 基层教学单位：仪器科学与工程系 指导教师： 学号 学生姓名 班级 设计题 目 21、 FIR 滤波器的多级结构设计方法 设 计 技 术 参 数 通带截止频率为 450Hz，阻带截止频率为 500Hz，采样频

2、率 96kHz，阻带最小衰减为 40dB。 设 计 要 求 采用采样率转换技术（上采样 upsample，下采样 downsample） 实现多级 FIR 滤波器，设计出各级低通滤波器。 （例如可采用 3 级实现） 参 考 资 料 数字信号处理方面资料 MA TLAB方面资料 周次 前半周 后半周 应 完 成 内 容 收集消化资料、学习 MA TLAB软 件，进行相关参数计算 编写仿真程序、调试 指导教 师签字 基层教学 单位主任 签字 说明：1、此表一式四份，系、指导教师、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学 生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院 教务科 共 15 页 第

3、 3 页 目目 录录 第一章 引言 . 4 第二章 设计目的 5 第三章 FIR 数字滤波器设计的原理 . 5 3.1 总体概述 5 3.2 频率抽样设计法（整数倍抽取） . 6 第四章 FIR 数字滤波器的设计 . 10 第五章 程序设计 . 11 第六章 仿真结果及分析 . 12 第七章 总结和分析 . 14 参考文献 15 共 15 页 第 4 页 第一章第一章 引言引言 随着通信与信息技术的发展，数字信号处理在该领域显得越来越重要， 同时数字信号处理在语音、自动控制、航空航天和家用电器等领域也得到 了广泛的应用，它已经成为当今一门极其重要的学科和技术。在数字信号 处理中起重要作用并获得

4、广泛应用的是数字滤波器，数字滤波器是数字信 号处理的基础。 Matlab(Matrix laboratory)是美国 Math Works 公司推出的具有强大 数值分析，矩阵运算，图形绘制和数据处理等功能的软件，现已广泛应用 到教学、科研、工程设计等领域。随着 Matlab 软件信号处理工具箱的推 出，Matlab 已成为信息处理，特别是数字信号处理（DSP）应用中分析和 设计的主要工具。就 Matlab 信号处理中的滤波器设计而言，在很大程度 上能快速有效的实现滤波器的分析、设计及仿真，大大节约了设计时间， 相对传统计算而言，简化了滤波器的设计难度。 本文将通过利用 MATLAB 采用采样率

5、转换技术实现 FIR 滤波器的多级 结构设计方法，设计出各级低通滤波器。 关键字：低通滤波器 采样率转换 共 15 页 第 5 页 第二章第二章 设计目的设计目的 为了实现线性相位滤波特性，一般采用 FIR 滤波网络结构，但这种结 构的滤波器选择性低， 实现窄带滤波器需用太多的加权系数 （几百到几千） ， 这样就是运算量太大，延时也很大。例如在地震数据处理中，采样速率为 100hz，要求滤出 0.1hz 以下的超低频信号量分量，采用过渡带最窄的矩 形窗设计法， 权系数 N 为 2000 左右， 考虑到线性相位时权系数的对称性， 每计算一点输出至少需要 1000 次乘法，滤波器延时 10 秒，这

6、种实现方案 是不切实际的。 下文采用降低采样速率（即对数据序列抽点）的算法可以方便的实现 窄带低通滤波器，且滤波性能良好，乘法运算量可减少百分之九十。下面 首先叙述其原理和对关键问题的分析。 第三章第三章 FIR 数字滤波器设计的原理数字滤波器设计的原理 3.1 总体概述总体概述 用 w 和 f 分别表示数字域频率和模拟域频率，它们之间的对应关系为 w=2*pi*fT，T 为信号的采样时间间隔，因此数字频率区间0,pi对应的模 拟频率区间为0,1/2fs,fs=1/T 为信号的采样频率，显然，对同一个数字 滤波器，数字信号的采样速率不同，对应的模拟滤波器响应指标也不同， 反之亦然。利用这一原理，对数字信号在抽点，降低采样速率，这就等价 于扩大数字域的带宽，设原始数字信号 x(n)的采样速率为 fs，若 M 点抽 共 15 页 第 6 页 取一点，会使采样速率降低，设原数字滤波器的 3db 截止频率为 Ws，则降 低采样速率后，对相同的模