基于MTLAB的FIR滤波器设计.docVIP

《MATLAB仿真及其应用》 专业论文 题 目： 基于MTLAB的FIR滤波器设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 1绪论 2 1.1课题研究的背景 2 1.2课题研究现状 2 1.3本课题研究的实施方案 3 2 FIR滤波器 4 2.1 FIR滤波器的概念 4 2.2 FIR滤波器的原理和结构 4 2.3 FIR滤波器的特点 5 2.4 FIR滤波器的设计 5 3仿真软件MATLAB简介 6 3.1 MATLAB的概况 6 3.2 MATLAB的产生历史背景 7 3.3 MATLAB的语言特色 8 4 FIR滤波器的MATLAB实现 10 4.1 程序设计法 10 4.2 FDATool设计法 11 4.2.1 带通滤波器设计 11 4.2.2 Simulink仿真 12 5 总结 12 参考文献： 13 1绪论 1.1课题研究的背景 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。与IIR滤波器相比，FIR的实现是非递归的，总是稳定的；更重要的是，FIR滤波器在满足幅频响应要求的同时，可以获得严格的线性相位特性。因此，它在高保真的信号处理，如数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。 早在20世纪40年代末期，就有人讨论过数字滤波器的可能性问题，在50年代也有人在研究讨论过数字滤波的问题。但直到60年代中期，才开始形成关于数字滤波器的一整套完整的正规理论。在这一时期，提出了各种各样的数字滤波器结构，有的以运算误差最小为特点，有的则以运算速度高见长，而有的则二者兼而有之；出现了数字滤波器的各种逼近方法和实现方法，对递归和非递归两类滤波器作了全面的比较，统一了数字滤波器的基本概念和理论。数字滤波器领域的一个重要发展是对有限冲激响应(FIR)和无限冲激响应(IIR)关系的认识的转化。在初期，一般认为IIR滤波器比FIR滤波器具有更高的运算效率，因而明显地倾向于前者，但当人们提出用快速傅立叶变换(FFT)实现卷积运算的概念之后，发现高阶FIR滤波器也可以用很高的运算效率来实现，这就促使人们对高性能FIR滤波器的设计方法和数字滤波器的频域设计方法进行了大量的研究，从而出现了此后数字滤波器设计中频域方法和时域方法并驾齐驱的局面。 70年代科学技术蓬勃发展，数字信号处理开始与大规模和超大规模集成电路技术，微处理器技术、高速数字算术单元、双极型高密度半导体存储器、电荷转移器件等新技术、新工艺结合了起来，并且引进了计算机辅助设计方法，它使数字滤波器的设计仅仅是对相应模拟滤波器的逼近。现在，数字信号处理技术，包括数字滤波在内，正以惊人的速度向纵深和高级的方向发展，估计这种趋势还要连续一个较长的时期，未来的发展可能会比过去的进程更为激动人心，必将引起某些领域的飞跃性转折。 1.3本课题研究的实施方案 MATLAB是一个功能强大的软件，是由MATH WORKS公司于1984年推出的一种面向科学于工程的计算软件。Matlab语言是一种简单、高效的高级语言，是一种内容丰富、功能强大的分析工具，包含了600多个用于数学计算、统计和工程处理的函数。它的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析一级计算生物学等总舵应用领域。在信号处理的工具箱中，Matlab包含了滤波器分析、滤波器设计、IIR数字滤波器设计、FIR滤波器设计、IIR数字滤波器阶次设计等函数命令。Simulink是用来动态系统和嵌入式系统的多领域仿真于基于模型的设计工具，对各种师太系统，提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。利用Matlab/Simulink设计一个FIR滤波器。 2 FIR滤波器 2.1 FIR滤波器的概念 FIR(Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。 一个截止频率为ωc(rad/s)的理想数字低通滤波器，其传递函数表达式是: （