基于MATLAB与DSP的FIR滤波器设计毕业论文

 2021-07-13 12:07

摘 要

FIR数字滤波器广泛应用于数字通信系统中,研究其设计方法具有重要意义。本文主要的研究目的和内容是FIR滤波器的设计。基于有限长冲激响应(FIR)数字滤波器的原理,分别讨论了利用MATLAB软件和DSP技术设计FIR数字滤波器的基本思路和方法。文中探讨了在MATLAB环境下采用窗函数法分别进行高通、低通和带通FIR数字滤波器的设计,并进行仿真分析,验证了所设计的滤波器具有良好的滤波功能。介绍了CCS集成开发环境,学习CCSLink是如何实现MATLAB、CCS和DSP之间的连接,通过MATLAB辅助DSP的设计方式实现了FIR数字滤波器的设计过程,及怎样在MATLAB中调试DSP程序,给出得到的结果,并将该结果和单纯在MATLAB环境中得到的结果进行对比,前者实现的效果更佳,更具备实用性。

本文的创新点在于:1.使用MATLAB辅助DSP设计的方式,将DSP内容部分的操作界面、系数生成、算法模拟、结果分析等步骤交给MATLAB来完成,实现了二者的完美衔接。2.由MATLAB得到的交互界面,加强了DSP系统的普及性,方便不同技术阶段的用户使用。

关键字:FIR数字滤波器;MATLAB;DSP;窗函数法;CCS

Abstract

FIR digital filters are widely used in digital communication systems, so the research of its design method is of great significance. The main research purpose and content of this paper is the design of FIR filter. Based on principle of FIR digital filter, the basic ideas and methods of designing FIR digital filter by using MATLAB software and DSP technology are discussed respectively. The paper discusses that in the MATLAB environment using window function to design the high-pass, low-pass and band-pass FIR digital filter separately, and carries on the simulation analysis, verify that the designed filters have good filtering function. Introduction to CCS environment, study of the connection of MATLAB, CCS and DSP by CCSLink, through the method of MATLAB-based DSP to achieve the design process for FIR digital filter, and how to debug DSP program in the MATLAB environment, giving the achieved result, and compare with the achieved result in the MATLAB environment simply, the effect of the former is better and has more practicability.

The innovation of this paper lies in: 1. use the design method of MATLAB-based DSP, design steps for operation interface, coefficient generation, algorithm simulation and results analysis in DSP, are given to MATLAB to complete, which realizes seamless docking of the two. 2. Through the interface designed by MATLAB, enhancing the applicability of DSP system, it is convenient for different technology levels of user to manipulate.

Key Words:FIR digital filter; MATLAB; DSP; window function; CCS

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究的主要背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.4 主要研究内容及预期目标 2

第2章 FIR滤波器 3

2.1 数字滤波器 3

2.1.1 数字滤波器的分类 3

2.1.2 数字滤波器的设计方法概述 5

2.2 FIR滤波器的基本原理 6

2.2.1 FIR滤波器的基本网格结构 6

2.2.2 FIR滤波器的原理分析 7

2.2.3 FIR滤波器的设计方法 7

2.3 窗函数法 8

2.3.1 各种窗函数 9

2.3.2 窗函数的设计步骤 9

第3章 基于MATLAB的FIR滤波器设计 11

3.1 MATLAB中的窗函数 11

3.2 窗函数法设计FIR滤波器 12

3.2.1 高通滤波器的设计 13

3.2.2 低通滤波器的设计 14

3.2.3 带通滤波器的设计 16

第4章 基于DSP的FIR滤波器设计 19

4.1 MATLAB辅助DSP设计方法概述 19

4.2 集成开发环境CCS和CCSLink工具介绍 19

4.2.1 CCSLink的实现方式 20

4.2.2 CCSLink的工作原理 20

4.3 MATLAB辅助DSP设计FIR数字滤波器 21

4.3.1 在CCS中编写处理程序 21

4.3.2 FDATool工具设计FIR滤波器 21

4.3.3 MATLAB向目标DSP传送数据 22

第5章 结论 25

5.1 设计结果讨论 25

5.2 总结 25

5.3 展望 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1 研究的主要背景

由于信息科学和计算机技术的快速发展,依靠传统的模拟电子电路来实现的电子系统已经满足不了科研的需求,取而代之的是数字化技术的飞速发展,与此同时性能较差的模拟滤波器跟不上时代的需求,正逐渐被性能更佳的数字滤波器所代替。数字滤波器输进去数值化的序列,输出来也是数值化的序列,它其实根本上就是一个序列进行运算处理的过程。但是由于它还是一个离散系统,而一个离散系统的主要特点是具有一定的频率响应特性,因此通过适当的方式控制离散系统结构,让它的频率特征达到特定的需求,便达到同模拟滤波器一样,产生相同的功能。同时由于数字滤波器包含精确度高,使用灵活,速度快,稳定可靠,适用性强(极低频率范围也适用)等优点,并且能分时复用,处理一些不一样的信号,这些都是模拟滤波器所欠缺的,是以数字滤波器获得更为普遍的使用。

科技不断在进步,数字技术也在日新月异,数字信号处理(Digital Signal Process,DSP)已然是当今社会十分让人重视的知识和科研手段。所谓数字信号处理是指通过数字化计算的方式对信号进行分析、辨别、转换、估量与归纳等一系列处理,使信号变换成符合我们需要的形式[1]。数字滤波器能对信号进行测验、过滤以及估量等一系列处理,使它成为使用最普遍的一种线性系统。

1.2 研究目的及意义

本次设计的主要目的是FIR滤波器的设计。FIR滤波器是数字滤波器的一种,而数字滤波器作为数字信号处理中的重要构成成分,一直是人们研究的重点。数字滤波器依据单位冲激响应可以分类成IIR(Infinite Impulse Response,无限长冲激响应)滤波器和FIR(Finite Impulse Response,有限长冲激响应)滤波器两大类。其中IIR滤波器并不含有严密的线性相位特征,因此在实际应用中为了获得线性相位特征,需额外添加相位改正网络,这样使得滤波器的设计变得复杂,成本也相应增加,则IIR滤波器的应用不是很广泛。而FIR滤波器最大的特点就是它能在确保幅度特征达到特定需求的时候,轻易地达到有严密的线性相位特征。即它能在确保任何幅频特征的时候包含严格的线性相频特征,而且它的单位冲激响应为有限长,则它是稳定不变的系统[2]。由于这些优点,FIR滤波器在信息传输、音像处理、类型辨别等方面都有着普遍的使用。由此可见,如何获得FIR数字滤波器在科研方面便表现得极其重要。

1.3 国内外研究现状

自20世纪60年代起,随着集成芯片及材料方面取得重大的研究进展,滤波器也得到相应的关注和发展,并向着人们希望的方向进展,精确度高、体型小、性能多、耗能低、便宜和安稳可靠等;其中70年代以后的主要研究方向是高精确度、小体型、多性能、安稳可靠,这使得针对相关滤波器的研究取得飞跃式进展;到了70年代末期,科研工作们研制出这些滤波器的集成芯片并取得了广泛的应用;从90年代到现在,科研工作者将主要精力放在各种滤波器的实际生产应用中,开发和研制出各式各样的滤波器产品,以此改善科研条件,提高我们的生活质量,造福人类。当然,对滤波器本身的研究仍在不断进行。

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