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摘 要
数字滤波器是数字信号处理的一个重要的技术分支。在现代电子系统中,FIR数字滤波器以
其良好的线性特性被广泛使用,属于数字信号处理的基本模块之一。在工程实践中,一般对信号
处理要求有实时性和灵活性,而已有的一些软件和硬件计算和实现方式则难以同时达到这两方面
的要求。而随着EDA技术和可编程逻辑器件的发展,使用MATLAB计算及实现FIR滤波的技术已
经非常成熟。随着滤波技术的发展,给人们带来了很多方便不论是学习、生活还是工作中,都有
着不可小觑的作用。在设计滤波器中,首先是基于Matlab软件,然后再利用Matlab里的simulink平
台进行实现。
本次毕业设计首先对滤波器的现状和已有的技术进行了深入的研究,在研究的基础上开发出
一个基于MATLAB的FIR低通滤波器,通过编写程序,得到滤波器的仿真图,进行比较、分析。
在这次毕业设计中,针对IIR和FIR滤波器各自的优点和缺点进行比较、分析,得出FIR的优点,
得到最终设计FIR滤波器更为实用。实践证明,与其他的滤波器相比,FIR低通滤波器应用更为广
泛。
关键词: MATLAB;FIR;低通滤波器
Abstract
Digital filter is an important technical branch of a digital signal processing.In modern electronic
systems, the FIR digital filter with good linearity is widely used, which belongs to one of the basic
digital signal processing module .In engineering practice, the general signal processing need require the
real time and flexibility, and some software and hardware computing and realization way is difficulty to
achieve these two requirements at the same time.As EDA technology and programmable logic device
development, the use of MATLAB algorithm and Realization of FIR filter has a very sophisticated
technology.With the filter technology development, bringing convenience to people whether it is
learning, life and work, have an essential role.In the design of filter, the first is based on the Matlab
software, and then using the Matlab simulink platform to achieve.
MATLAB based on the FIR low-pass filter, the filter is obtained by writing a program, the
simulation map, comparative, analysis.In this graduation design, IIR and FIR filter for the respective
advantages and disadvantages are compared, analysis, obtains the advantages of FIR, to get the final
FIR filter design is more practical.Practice has proved that, compared with other filters, the FIR
low-pass filter is more widely applied.
Keywords: MATLAB;FIR;Lowpass filter
目 录
摘要...........................................................................................................................Ⅰ
Abstract...................................................................................................................Ⅱ
1 绪论.................................................................................................................... 1
1.1 课题研究背景..............................................................................................................1
1.2 国内外现状和发展趋势............................................................................................. 1
1.3 MATLAB 概述.......................................................................................................... ..2
1.3.1 MATLAB 发展历史..........................................................................................2
1.3.2 MATLAB 的语言优势......................................................................................3
2 滤波器技术概述...............................................................................................................5
2.1 滤波器概述.................................................................................................................5
2.2 滤波器的工作原理............................................................................................... .....5
2.2.1 模拟滤波器的工作原理........................................................................... ......5
2.2.2 数字滤波器的工作原理............................................................................. ....6
2.3 FIR 低通滤波器 ....................................................................................................7
2.3.1 FIR 滤波器的原理............................................................................................7
2.3.2 FIR 滤波器的应用及特点................................................................................8
2.4 滤波器的基本特性.....................................................................................................9
2.4.1 模拟滤波器与数字滤波器的基本特性..........................................................9
3 FIR 低通滤波器设计......................................................................................................12
3.1 FIR 低通滤波器设计.................................................................................................12
3.1.1 FIR 低通滤波器设计原理................................................................................12
3.1.2 窗函数法设计及 MATLAB 实现原理.............................................................12
3.1.3 FIR 数字滤波系统............................................................................................13
3.2 窗函数法设计及 MATLAB 仿真..............................................................................13
3.3 基于 Matlab 仿真系统...............................................................................................15
3.3.1 simulink 仿真系统原理....................................................................................15
3.3.2 simulink 仿真系统............................ ............................ ............................ .....16
3.3.3 模型的创建和模型文件............................ ............................ .........................16
3.3.4 simulink 仿真............................ ............................ ..........................................17
4 总结.....................................................................................................................................21
致谢............................................................................................................................................22
参考文献...................................................................................................................................23
1 绪 论
1.1 课题研究背景
随着21世纪经济全球化的到来,人们的生活水平不断的提高,人们对精神文化的要求也越
来越高,对周边环境的要求也日益提上了日程。喜欢高质量的影碟,安静的锻炼环境,修身养性
的休憩场所,等等
[1]
。然而,不尽人愿的是,在现如今的一个高科技发展的世界中,在任何一个
场所,都离不开各种机器设备的应用系统的运作。而在一个实际的应用系统中, 由于设备本身的
缺陷和外界环境的无常变化, 总存在着各种干扰的影响,使信号中掺杂了各种噪音。比如音频信号
中的混杂的高频成分的噪声使得音乐听起来非常刺耳, 失去了原有的悦耳的音质。为了提高理想
信号的信噪比, 可以对理想信号进行滤波, 尽可能的将信号滤除掉。滤波有模拟滤波和数字滤波
之分, 但是随着信息时代和数字世界的到来, 数字信号处理已经成为当今一门非常重要的学科和
技术领域, 它在图像、语音、通信、军事、雷达、自动控制、航空航天、医疗和家用电器等众多
领域得到了广泛的应用。而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。在
数字滤波中,又有IIR和FIR滤波器之分
[2]
,IIR数字滤波器的设计保留了一些典型的模拟滤波器优
良的幅度特性,但它所涉及的滤波器相位特性通常情况下都是非线性的, 而FIR滤波器则可以在
即保证幅度特性又满足技术要求的同时, 也很容易地做到严格的线性的相位特性
[3]
。因此,FIR
高度的线性和稳定性使其受到了使用者很大的欢迎,将其广泛的应用在实际设计中。低通滤波对
人们的生活如此重要,所以,进一步加深对低通滤波的研究将有及其重要的意义。
1.2 国内外现状和发展趋势
随着信息时代和数字世界的到来, 数字信号处理已成为当今一门及其重要的学科和技术领域。
数字信号处理在通信、军事、医疗、自动控制、雷达、语音、航空航天、图像和家用电器等众多
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井已获得广泛应用。数字
滤波是数字信号处理的一种重要算法,在数字信号处理应用中, 滤波占有十分重要的地位,如
对信号的过滤、检测、预测等, 都要广泛地用到滤波器。数字滤波器是使用最为广泛的装置,
在工业、农业和其他行业均有应用。数字滤波器按其单位脉冲响应的长度可分为有限脉冲响应
(FIR)滤波器和无限脉冲响应(IIR)滤波器两类。IIR数字滤波器的设计保留了一些典型模拟滤
波器优良的幅度特性, 但所涉及的滤波器相位特性一般是非线性的, 而FIR滤波器则可在保证
幅度特性并满足技术要求的同时, 也很容易做到严格的线性相位特性。FIR 滤波器的线性与稳
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