毕业设计（论文）-基于现代dsp技术的fir数字滤波器的设计方法

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1、编号：03063005南阳师范学院2003届毕业生毕业论文（设计）题目：基于现代DSP技术的FIR数字滤波器设计完成人：班级：2003-03学制：4年专业：电子信息与科学技术指导教师：完成日期：2007-03-31目录摘要1引言(1)1.1FIR数字滤波器的介绍(1)1.2数字滤波器的表示方法(1)1.3FIR数字滤波器的优缺点(2)2FIR滤波器的基本理论和设计(2)2.1FIR滤波器实现基本结构(2)2.2FIR数字滤波器设计原理(2)2.33阶常系数FIR滤波器的设计(5)2.44阶FIR滤波器的设计(7)2.5

2、16阶FIR滤波器模型设计(10)3使用MATLAB的滤波器设计工具(12)3.1滤波器指标(12)3.2打开MATLAB的FDATool(12)3.3选择DesignFilter(12)3.4滤波器分析(13)3.516阶FIR滤波器的硬件实现(16)3.5.1由Simulink模型转成VHDL(16)3.5.2综合(16)3.5.3适配下载(17)4结论(17)参考文献……………………………………………………………………………….(17)Abstract(18)基于现代DSP技术的FIR数字滤波器的设计方法作者：张

3、银平指导老师：张帅摘要：介绍一种基于现代DSP技术快速有效地设计常规FIR数字滤波器的方法，并给出了设计实例。本文分析了传统设计过程中的一些弊端，进而提出了一种改进型的FIR滤波器设计方法．即基于Matlab的DSP系统级设计方法。此方法将Matlab和DSP_Builder及FPGA开发板连接起来，使系统的设计过程得到了很大简化．方便了设计。关键词：FIR数字滤波器；现代DSP技术；DSP_Builder1引言1.1FIR数字滤波器的介绍数字滤波器(DigitalFilter，简称为DF)是指用来对输入信号进行滤波的

4、硬件和软件。所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的器件。FIR滤波器的结构主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈。并且FIR滤波器很容易获得严格的线性相位特性，避免被处理信号产生相位失真。而线性相位体现在时域中仅仅是h(n)在时间上的延迟，这个特点在图像信号处理、数据传输等波形传递系统中是非常重要的。此外，它不会发生阻塞现象，能避免强信号淹没弱信号，因此特别适合信号强弱相差悬殊的情况。其主要的不足之处是，其较好的性能是以较高的阶数为代价换来的。因此，在保证相同性能的前提下

5、，努力降低其阶数是FIR数字滤波器设计的重要因素之一。使用DSPBuilder可以方便地在图形化环境中设计FIR数字滤波器，而且滤波器系数的计算可以借助Matlab强大的计算能力和现成的滤波器设计工具来完成[2]。1.2数字滤波器的表示方法有两种表示方法：方框图表示法、流图表示法.数字滤波器中,信号只有延时，乘以常数和相加三种运算。所以DF结构中有三个基本运算单元：加法器，单位延时，乘常数的乘法器。第19页（共19页）1.3FIR数字滤波器的优缺点在许多数字信号处理系统中，FIR滤波器是最常用的组件之一，它完成信号预调

6、、频带选择和滤波等功能。FIR滤波器在截止频率的边沿陡峭性能虽然不及IIR滤波器，但是，考虑到FIR滤波器严格的线性相位特性和不像IIR滤波器存在稳定性的问题，因此FIR滤波器在数字信号处理领域得到广泛的应用。FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到有严格的线性相位特性。设FIR滤波器单位冲激响应h(n)长度为N，其系统函数H(z)为：H(z)是z-1的N-1次多项式，它在z平面上有N-1个零点，原点z=0是N-1阶重极点。因此，H(z)永远稳定。稳定和线性相位特性是FIR滤波器突出的优点。数字滤波器和

7、模拟滤波器相比，因为信号的形式和实现滤波的方法不同，数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配等优点[1][3][4]。2FIR滤波器的基本理论和设计2.1FIR滤波器实现基本结构（1）FIR的横截型结构（直接型）（2）FIR的级联型结构（3）FIR的线性型结构（4）FIR的频率抽样型结构（5）FIR的轨迹卷积型结构2.2FIR数字滤波器设计原理滤波器系数的计算可以借助Matlab强大的计算能力和现成的滤波器设计工具来完成[6]。一个截止频率为ωc(rad/s)的理想数字低通滤波器，其

8、传递函数的表达式是：（1）相应的单位取样响应为：第19页（共19页）（2）由式(1)和(2)可以看出，这个滤波器在物理上是不可实现的，因为冲激响应具有无限性和因果性。为了产生有限长度的冲激响应函数，我们取样响应为h(n)，长度为N，其系数函数为H(z)：（3）用h(n)表示截取hd(n)后冲激响应，即h(n)=hd(n)W(n)，