FIR数字滤波器设计与实现
FIR数字滤波器设计与软件实现实验报告222
FIR数字滤波器设计与软件实现实验报告222 FIR数字滤波器设计与软件实现实验报告222实验标题：FIR数字滤波器设计与软件实现实验目的：1.学习FIR数字滤波器的基本原理和设计方法；2.掌握使用MATLAB软件进行FIR数字滤波器设计的方法；3.通过实验验证FIR数字滤波器的性能和效果。
实验器材与软件：1.个人计算机；2.MATLAB软件。
实验步骤：1.确定所需的滤波器类型和设计要求；2.根据设计要求选择合适的滤波器设计方法，如窗函数法、最优化方法等；3.使用MATLAB软件进行滤波器设计，并绘制滤波器的频率响应曲线；4.将设计好的滤波器用于信号处理，观察滤波效果。
实验结果与分析：1.进行实验前，首先确定滤波器的类型和设计要求。
例如，我们选择低通滤波器，要求通带频率为1kHz，阻带频率为2kHz，通带最大衰减为1dB，阻带最小衰减为60dB。
2.在MATLAB软件中，我们选择窗函数法进行滤波器设计。
根据设计要求，选择合适的窗函数，如矩形窗、汉宁窗等。
根据设计要求和窗函数的特点，确定滤波器的长度N和窗函数的参数。
3. 使用MATLAB中的fir1函数进行滤波器设计，并绘制滤波器的频率响应曲线。
根据频率响应曲线，可以分析滤波器的性能是否符合设计要求。
4. 将设计好的滤波器用于信号处理，观察滤波效果。
在MATLAB中，可以使用filter函数对信号进行滤波处理，然后绘制原始信号和滤波后的信号的时域波形和频谱图进行对比分析。
实验结论：1.通过本次实验，我们学习了FIR数字滤波器的基本原理和设计方法；2.掌握了使用MATLAB软件进行FIR数字滤波器设计的方法；3.实验结果显示，设计的FIR数字滤波器可以满足设计要求，具有良好的滤波效果。
4.FIR数字滤波器在数字信号处理中具有广泛的应用前景，对于滤除噪声、改善信号质量等方面有重要意义。
数字信号处理实验报告-FIR滤波器的设计与实现
数字信号处理实验报告-FIR滤波器的设计与实现在数字信号处理中，滤波技术被广泛应用于时域处理和频率域处理中，其作用是将设计信号减弱或抑制被一些不需要的信号。
根据滤波器的非线性抑制特性，基于FIR（Finite Impulse Response）滤波器的优点是稳定，易设计，可以得到较强的抑制滤波效果。
本实验分别通过MATLAB编程设计、实现、仿真以及分析了一阶低通滤波器和平坦通带滤波器。
实验步骤：第一步：设计一阶低通滤波器，通过此滤波器对波型进行滤波处理，分析其对各种频率成分的抑制效果。
为此，采用零极点线性相关算法设计滤波器，根据低通滤波器的特性，设计的低通滤波器的阶次为n=10，截止频率为0.2π，可以使设计的滤波器被称为一阶低通滤波器。
第二步：设计平坦通带滤波器。
仿真证明，采用兩個FIR濾波器組合而成的阻礙-提升系統可以實現自定義的總三值響應的設計，得到了自定義的總三值響應函數。
实验结果：1、通过MATLAB编程，设计完成了一阶低通滤波器，并通过实验仿真得到了一阶低通滤波器的频率响应曲线，证明了设计的滤波器具有良好的低通性能，截止频率为0.2π。
在该频率以下，可以有效抑制波形上的噪声。
2、设计完成平坦通带滤波器，同样分析其频率响应曲线。
从实验结果可以看出，此滤波器在此频率段内的通带性能良好，通带范围内的信号透过滤波器后，损耗较小，滞后较小，可以满足各种实际要求。
结论：本实验经过实验操作，设计的一阶低通滤波器和平坦通带滤波器具有良好的滤波特性，均已达到预期的设计目标，证明了利用非线性抑制特性实现FIR滤波处理具有较强的抑制滤波效果。
本实验既有助于深入理解FIR滤波器的设计原理，也为其他应用系统的设计和开发提供了指导，进而提高信号的处理水平和质量。
fir数字滤波器设计与软件实现数字信号处理实验原理
fir数字滤波器设计与软件实现数字信号处理实验原理FIR数字滤波器设计的基本原理是从理想滤波器的频率响应出发，寻找一个系统函数，使其频率响应尽可能逼近滤波器要求的理想频率响应。
为了实现这一目标，通常会采用窗函数法进行设计。
这种方法的基本思想是，将理想滤波器的无限长单位脉冲响应截断为有限长因果序列，并用合适的窗函数进行加权，从而得到FIR滤波器的单位脉冲响应。
在选择窗函数时，需要考虑其频率响应和幅度响应。
常见的窗函数包括矩形窗、三角形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗和凯泽窗等。
每种窗函数都有其特定的特性，如主瓣宽度、旁瓣衰减等。
根据实际需求，可以选择合适的窗函数以优化滤波器的性能。
在软件实现上，可以使用各种编程语言和信号处理库进行FIR滤波器的设计和实现。
例如，在MATLAB中，可以使用内置的`fir1`函数来设计FIR滤波器。
该函数可以根据指定的滤波器长度N和采样频率Fs，自动选择合适的窗函数并计算滤波器的系数。
然后，可以使用快速卷积函数`fftfilt`对输入信号进行滤波处理。
此外，还可以使用等波纹最佳逼近法来设计FIR数字滤波器。
这种方法的目标是找到一个最接近理想滤波器频率响应的实数序列，使得在所有可能的实
数序列中，该序列的误差平方和最小。
通过优化算法，可以找到这个最优序列，从而得到性能更优的FIR滤波器。
总的来说，FIR数字滤波器设计与软件实现数字信号处理实验原理是基于对理想滤波器频率响应的逼近和优化，通过选择合适的窗函数和算法，实现信号的滤波处理。
实验四FIR数字滤波器设计与软件实现
实验四FIR数字滤波器设计与软件实现
实验目的：
掌握FIR数字滤波器的设计与软件实现方法，了解滤波器的概念与基
本原理。
实验原理：
FIR数字滤波器全称为有限脉冲响应数字滤波器，其特点是具有有限
长度的脉冲响应。
滤波器通过一系列加权系数乘以输入信号的延迟值，并
将这些值相加得到输出信号。
FIR滤波器的频率响应由滤波器系数所决定。
实验步骤：
1.确定所需的滤波器的设计规格，包括截止频率、通带波纹、阻带衰
减等。
2.选择适当的滤波器设计方法，如窗函数、最佳近似法、最小二乘法等。
3.根据所选方法，计算滤波器的系数。
4.在MATLAB环境下，使用滤波器的系数实现滤波器。
5.输入所需滤波的信号，经过滤波器进行滤波处理。
6.分析输出的滤波信号，观察滤波效果是否符合设计要求。
实验要求：
1.完成FIR数字滤波器的设计和软件实现。
2.对比不同设计方法得到的滤波器性能差异。
3.分析滤波结果，判断滤波器是否满足设计要求。
实验器材与软件：
1.个人电脑；
2.MATLAB软件。
实验结果：
根据滤波器设计规格和所选的设计方法，得到一组滤波器系数。
通过
将滤波器系数应用于输入信号，得到输出滤波信号。
根据输出信号的频率
响应、通带波纹、阻带衰减等指标，评估滤波器的性能。
实验注意事项：
1.在选择设计方法时，需要根据滤波器要求和实际情况进行合理选择。
2.在滤波器实现过程中，需要注意滤波器系数的计算和应用。
3.在实验过程中，注意信号的选择和滤波结果的评估方法。
FIR滤波器的MATLAB设计与实现
FIR滤波器的MATLAB设计与实现FIR滤波器（Finite Impulse Response Filter）是一种数字滤波器，其特点是其响应仅由有限长度的序列决定。
在MATLAB中，我们可以使用信号处理工具箱中的函数来设计和实现FIR滤波器。
首先，需要明确FIR滤波器的设计目标，包括滤波器类型（低通、高通、带通、带阻）、通带和阻带的频率范围、通带和阻带的增益等。
这些目标将决定滤波器的系数及其顺序。
在MATLAB中，我们可以使用`fir1`函数来设计FIR滤波器。
该函数的使用方式如下：```matlabh = fir1(N, Wn, type);```其中，`N`是滤波器长度，`Wn`是通带边缘频率（0到0.5之间），`type`是滤波器的类型（'low'低通、'high'高通、'bandpass'带通、'stop'带阻）。
该函数会返回一个长度为`N+1`的滤波器系数向量`h`。
例如，如果要设计一个采样频率为10kHz的低通滤波器，通带截止频率为2kHz，阻带频率为3kHz，可以使用以下代码：```matlabfc = 2000; % 通带截止频率h = fir1(50, fc/(fs/2), 'low');```上述代码中，`50`表示滤波器的长度。
注意，滤波器的长度越大，滤波器的频率响应越陡峭，但计算成本也更高。
在设计完成后，可以使用`freqz`函数来分析滤波器的频率响应。
例如，可以绘制滤波器的幅度响应和相位响应曲线：```matlabfreqz(h);```除了使用`fir1`函数外，MATLAB还提供了其他函数来设计FIR滤波器，如`fir2`、`firpm`、`firls`等，具体使用方式可以参考MATLAB的文档。
在实际应用中，我们可以将FIR滤波器应用于音频处理、图像处理、信号降噪等方面。
例如，可以使用FIR滤波器对音频信号进行去噪处理，或者对图像进行锐化处理等。
fir数字滤波器的设计与实现
FIR数字滤波器的设计与实现介绍在数字信号处理中，滤波器是一种常用的工具，用于改变信号的频率响应。
FIR （Finite Impulse Response）数字滤波器是一种非递归的滤波器，具有线性相位响应和有限脉冲响应。
本文将探讨FIR数字滤波器的设计与实现，包括滤波器的原理、设计方法和实际应用。
原理FIR数字滤波器通过对输入信号的加权平均来实现滤波效果。
其原理可以简单描述为以下步骤： 1. 输入信号经过一个延迟线组成的信号延迟器。
2. 延迟后的信号与一组权重系数进行相乘。
3. 将相乘的结果进行加和得到输出信号。
FIR滤波器的特点是通过改变权重系数来改变滤波器的频率响应。
不同的权重系数可以实现低通滤波、高通滤波、带通滤波等不同的滤波效果。
设计方法FIR滤波器的设计主要有以下几种方法：窗函数法窗函数法是一种常用简单而直观的设计方法。
该方法通过选择一个窗函数，并将其与理想滤波器的频率响应进行卷积，得到FIR滤波器的频率响应。
常用的窗函数包括矩形窗、汉宁窗、哈密顿窗等。
不同的窗函数具有不同的特性，在设计滤波器时需要根据要求来选择合适的窗函数。
频率抽样法频率抽样法是一种基于频率抽样定理的设计方法。
该方法首先将所需的频率响应通过插值得到一个连续的函数，然后对该函数进行逆傅里叶变换，得到离散的权重系数。
频率抽样法的优点是可以设计出具有较小幅频纹波的滤波器，但需要进行频率上和频率下的补偿处理。
最优化方法最优化方法是一种基于优化理论的设计方法。
该方法通过优化某个性能指标来得到最优的滤波器权重系数。
常用的最优化方法包括Least Mean Square（LMS）法、Least Square（LS）法、Parks-McClellan法等。
这些方法可以根据设计要求，如通带波纹、阻带衰减等来得到最优的滤波器设计。
实现与应用FIR数字滤波器的实现可以通过硬件和软件两种方式。
硬件实现在硬件实现中，可以利用专门的FPGA（Field-Programmable Gate Array）等数字集成电路来实现FIR滤波器。
FIR 数字滤波器设计和实现.
2北京邮电大学信息与通信工程学院概述:IIR 和FIR 比较IIR 与FIR 性能比较IIR 数字滤波器:幅频特性较好;但相频特性较差; 有稳定性问题;FIR 数字滤波器:可以严格线性相位,又可任意幅度特性因果稳定系统可用FFT 计算(计算两个有限长序列的线性卷积但阶次比IIR 滤波器要高得多3北京邮电大学信息与通信工程学院概述:IIR 和FIR 比较IIR 与FIR 设计方法比较IIR DF :无限冲激响应,H(Z 是z -1的有理分式,借助于模拟滤波器设计方法,阶数低(同样性能要求。
其优异的幅频特性是以非线性相位为代价的。
缺点:只能设计特定类型的滤波器,不能逼近任意的频响。
FIR DF :有限冲激响应,系统函数H(Z 是z -1的多项式,采用直接逼近要求的频率响应。
设计灵活性强缺点:①设计方法复杂;②延迟大;③阶数高。
(运算量比较大,因而在实现上需要比较多的运算单元和存储单元FIR DF 的技术要求:通带频率ωp ,阻带频率ωs 及最大衰减αp ,最小衰减αs 很重要的一条是保证H(z 具有线性相位。
4北京邮电大学信息与通信工程学院概述:FIR DF 设计方法FIR 数字滤波器设计FIR 滤波器的任务:给定要求的频率特性,按一定的最佳逼近准则,选定h(n 及阶数N 。
三种设计方法:n 窗函数加权法o 频率采样法p FIR DF 的CAD --切比雪夫等波纹逼近法5北京邮电大学信息与通信工程学院概述:FIR DF 零极点FIR 滤波器的I/O 关系:10N r y(nh(rx(n r−==−∑0121(, ,,,...,=−h n n N FIR 滤波器的系统传递函数:1211011N N N rN r h(z h(z .....h(N H(zh(rzz −−−−−=++−==∑⇒在Z 平面上有N-1 个零点;在原点处有一个(N-1阶极点,永远稳定。
FIR 系统定义:一个数字滤波器DF 的输出y(n,如果仅取决于有限个过去的输入和现在的输入x(n, x(n-1,. ......, x(n-N+1,则称之为FIR DF 。
FIR数字滤波器设计与软件实现实验报告222
FIR数字滤波器设计与软件实现实验报告222 FIR数字滤波器设计与软件实现实验报告222实验报告标题：FIR数字滤波器设计与软件实现实验目的：1.掌握FIR数字滤波器的设计原理；2.学会使用软件进行FIR数字滤波器设计；3.实现FIR数字滤波器的软件仿真。
实验材料与设备：1.计算机；2.FIR滤波器设计软件。
实验原理：FIR（Finite Impulse Response）数字滤波器是一种线性时不变滤波器，具有无穷冲击响应长度。
其传递函数表达式为：H(z)=b0+b1*z^(-1)+b2*z^(-2)+...+bM*z^(-M)其中，H(z)为滤波器的传递函数，z为z变换的复数变量，b0,b1,...,bM为滤波器的系数，M为滤波器的阶数。
FIR滤波器的设计包括理想滤波器的设计和窗函数法的设计两种方法。
本实验使用窗函数法进行FIR滤波器的设计。
窗函数法的步骤如下：1.确定滤波器的阶数M；2.设计理想低通滤波器的频率响应Hd(w)；3.根据滤波器的截止频率选择合适的窗函数W(n)；4.计算滤波器的单位脉冲响应h(n)；5.调整滤波器的单位脉冲响应h(n)的幅度；6.得到滤波器的系数b0,b1,...,bM。
实验步骤：1.在计算机上安装并打开FIR滤波器设计软件；2.根据实验要求选择窗函数法进行FIR滤波器的设计；3.输入滤波器的阶数M和截止频率，选择合适的窗函数；4.运行软件进行滤波器设计，得到滤波器的系数；5.使用软件进行FIR滤波器的软件仿真。
实验结果：经过软件仿真，得到了FIR数字滤波器的单位脉冲响应和频率响应曲线，满足设计要求。
滤波器的阶数和截止频率对滤波器的响应曲线有一定影响。
通过调整滤波器阶数和截止频率，可以得到不同的滤波效果。
实验结论：本实验通过窗函数法进行FIR数字滤波器的设计，并通过软件进行了仿真。
实验结果表明，FIR数字滤波器具有良好的滤波效果，可以用于信号处理和通信系统中的滤波需求。
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电子科技大学通信与信息工程学院标准实验报告
（实验）课程名称DSP设计与实践
电子科技大学教务处制表
电子科技大学
实验报告
学生姓名：学号：指导教师：向超
实验地点：实验时间：
一、实验室名称：科B341
二、实验项目名称：FIR数字滤波器设计与实现
三、实验学时：4课时
四、实验原理：
FIR滤波器的实现
如果FIR滤波器的冲激响应为h(0)，h(1)，...，h(N-1)。
X(n)表示滤波器在n时刻的输入，则n时刻的输出为：
y(n) = h(0)x(n) + h(1)x(n-1）+ ... + h(N-1)x[n-(N-1)]
使用MAC或FIRS指令可以方便地实现上面的计算。
图4-1说明了使用循环寻址实现FIR滤波器的方法。
为了能正确使用循环寻址，必须先初始化BK，块长为N。
同时，数据缓冲区和冲激响应（FIR滤波器的系数）的开始地址必须是大于N的2的最小幂的倍数。
例如，N=11，大于N 的最小2的幂为16，那么数据缓冲区的第一个地址应是16的倍数，因此循环缓冲区起始地址的最低4位必须是0。
图4-1 FIR滤波器存储器里的数据存储方式
在图4-1中，滤波系数指针初始化时指向h(N-1)，经过一次FIR滤波计算后，在循环寻址的作用下，仍然指向h(N-1)。
而数据缓冲区指针指向的是需要更新的数据，如x(n)。
在写入新数据并完成FIR运算后，该指针指向x(n-(N-1))。
所以,使用循环寻址可以方便地完成滤波窗口数据的自动更新.
使用带MAC指令的循环寻址模式实现FIR滤波器，程序片段如下：(输入数据在AL中,滤波结果在AH中)
STM #1,AR0 ; AR0=1
STM #N,BK ; BK=N,循环寻址BUFFER大小为N
STL A,*FIR_DATA_P+% ; 更新滤波窗口中的采样数据
RPTZ A,#(N-1) ;重复MAC指令N次,先将A清零
MAC *FIR_DATA_P+0%,*FIR_COFF_P+0%,A ; 完成滤波计算。
；注意FIR滤波系数存放在数据存储区
另一种方法是利用C54x系列芯片的提供的FIRS指令来实现FIR滤波器。
图4-2为一种有限单位冲激响应呈现对中心点对称的FIR滤波器。
长度为N 的线性相位FIR滤波器的输出表达式为：
∑-=
-
-
-
+
-
=
1
2/
))]
1
(
(
)
(
)[
(
)
(
N
k
k
N
n
x
k
n
x
k
h
n
y
图4-2 N阶均衡FIR滤波器框图
要利用FIRS指令,需要将输入数据缓冲分成两个,循环缓冲区大小寄存器的值设为N/2。
图4-3显示了输入序列在两个循环缓冲器里的存储情况。
设辅助寄存器AR2指到缓冲区1（Buffer1）的顶部，AR3指到缓冲区2（Buffer2）的底部。
每次进行滤波之前,应先将缓冲区1顶部的数据移到缓冲区2的底部,新来的一个样本存储到缓冲区1中时,并对缓冲区1指针AR2加1(使用循环寻址)。
处理器然后使用FIRS指令进行乘加运算，即h(0){x(0)+x(-N+1}。
当然,在使用FIRS 指令前,需要预先计算一次求和,以初始化A 。
在RPTZ重复指令和循环寻址的配
合下,完成FIR滤波.滤波完成后，需要对两个数据缓冲的指针进行修正，以便对下一个点进行处理。
将Buffer1的指针减1和Buffer2的指针减2，使他们指向各自缓冲的数据队列的最后。
使用带FIRS指令的循环寻址模式实现FIR滤波器，程序片段如下：(输入数据在AL中,滤波结果在B中)
STM #1,AR0 ；AR0=1
STM #（N/2）,BK ；BK=N/2,循环寻址BUFFER大小为N MVDD *ar2, *ar3 ；更新Buffer2
STL A, *ar2+% ；更新滤波窗口中的采样数据
ADD *ar2+0% , *ar3+0% ；初始化A
RPTZ B, #(N/2-1) ；重复FIRS指令N/2次,先将B清零
FIRS *ar2+0%, *ar3+0%,filter_coff+N/2 ；完成滤波计算。
注意FIR
；滤波系数存放在程序存贮区，filter_coff为系数起始地址
MAR *ar2-% ；修改Buffer1指针
MAR *+ar3(-2)% ；修改Buffer2指针
图4-3 16点FIRS滤波数据存放
五、实验目的：
学习数字滤波器的DSP实现原理和C54X编程技巧。
通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号的波形以及频谱的变化。
六、实验内容：
本实验需要使用C54X汇编语言实现FIR数字滤波器，并通过CCS的图形显示工具观察输入/输出信号波形以及频谱的变化。
实验分以下几步完成：
（1）启动CCS，在Project选项中新建fir5402.prj文件，添加相应模块程序。
（2）使用Build选项完成编译、连接，然后使用File菜单中的Load Program将OUT文件装入。
图4-4 图形查看工具设置
（4）在程序中“bitf is_new_data,#1”语句处设置断点，在断点处设置Action 为读取数据格式，然后选择从给出的文档中读出方波信号，并选择重复执行。
设置起点位置为0x64，每次读取长度为1，设置完成后提交设置。
（5）选择View -> Graph -> Time/Frequency菜单打开一个图形显示窗口，参见上图。
将“Display Type”项设置为Dual Time，将“Start Address-upper display”项改为地址0x68，将“Start Address-lower display”项改为地址0x64，将“Acquisition Buffer Size”项改为1，将“Display Data Size,”项设置为128，将“DSP Data Type”改为“16-bit signed integer”。
这样，将在图形显示窗口中显示从分别从0x64与
0x68开始显示图像。
（6）在程序中“b again”语句处设置断点，在断点处设置Action为Refresh A Window，然后选择显示的窗口，设置完成后提交设置。
（7）选择Debug -> Animate项运行程序。
Animate运行和Run运行基本一致，只是使用Run运行时，若遇到断点，将停下来，直到用户再次使用Run命令才恢复运行。
而使用Animate运行时，若遇到断点，CCS刷新所有的显示窗口，如寄存器、CPU、MEM、图形显示等，然后自动恢复运行。
所以，你能看到连续更新的滤波输出。
思考题：
（1）以给出一组FIR带通滤波器系数文件DESPASS.INC，请在CCS的图形显示窗口中显示出来。
滤波器为42阶对称结构FIR滤波器，参数为采样频率fs=25kHz，带通中心频率为3kHz，通带为2.5kHz – 3.5kHz，上下过度带分别为1kHz – 2.5kHz 和3.5kHz – 5kHz。
（提示：你可以直接使用.include “despass.inc”语句，将参数文件导入主程序）
七、实验器材（设备、元器件）：
电脑一台，C54x模拟软件
八、实验步骤：
（1）打开C54x simulator 软件，加载exe1.out 文件，并按照实验内容中的步奏逐步实现，观察运行结果。
（2）完成思考题（1）中的问题。
从Despass.inc文件中得到42阶对称结构FIR滤波器的设置参数。
参数为采样频率fs=25kHz，带通中心频率为3kHz，通带为2.5kHz – 3.5kHz，上下过度带分别为1kHz – 2.5kHz 和3.5kHz – 5kHz。
（3）在源程序中找到fir_coef模块，此模块为FIR滤波器的参数设置。
把Despass.inc.文件中的数据参数替换此处的参数，即实现带通FIR滤波器的设置。
（4）选择Debug -> Animate项运行程序，观察滤波出现的波形情况并记录。
九、实验数据及结果分析：
采样频率fs=25KHz，带通中心频率为1.5KHz，通带为1.2kHz – 2.8kHz的FIR 滤波器输出图像：
采样频率fs=25KHz，带通中心频率为3KHz，通带为2.5kHz – 3.5kHz的FIR滤波器输出图像：
十、实验结论：
十一、总结及心得体会：
十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：无
报告评分：
指导教师签字：。