实验 2 有限冲激响应滤波器FIR算法实验1.docx

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实验2有限冲激响应滤波器FIR算法实验1

实验2：

有限冲激响应滤波器（FIR）算法实验

一、实验目的

1.熟悉线性相位FIR数字滤波器特性；

2.了解各种窗函数对滤波器特性的影响；

3.掌握FIR数字滤波器的窗函数法的设计过程；

4.掌握FIR数字滤波器性能测试方法。

二、实验设备

1.PC兼容机

2.WIN7操作系统

3.CodeComposerStudiov5

三、实验内容

1.掌握FIR数字滤波器的基础理论；

2.基于MATLAB的FIR数字滤波器参数确定方法；

3.采用C语言编程实现低通FIR滤波器；

4.掌握基于CCS的波形观察方法；观察滤波前后的波形变化。

四．实验原理分析

要求：

用窗函数法，设计通带截止频率fp为10kHz，阻带截止频率fst为22kHz，采样频率fs为50kHz，阻带衰减为72dB的低通滤波器。

解：

（一）、滤波器参数计算

（1）求数字滤波器的参数：

●数字通带截止频率wp为：

2πfp/fs=0.4π

●数字阻带截止频率wst为：

2πfst/fs=0.88π

●过渡带宽为：

wst-wp=0.48π

●过渡带数字中心频率wc为：

（wp+wst）/2=0.64π

（2）求窗函数的类型：

●根据阻带衰减为72dB的设计要求，选择布莱克曼窗

●窗函数长度为：

N>=11π/（wst-wp）,N=23

阻带边缘频率-通带边缘频率=12kHz；

（二）、基于MATLAB的滤波器参数求解

（1）blackman窗的计算

利用blackman（N）计算blackman窗，其中N为滤波器的点数

（2）验证理想低通滤波器单位冲激响应

利用ideallp（wc,N）计算（-tao,tao）范围内的N点的理想低通滤波器的单位冲激响应

functionhd=ideallp（wc,N）

%理想低通滤波器计算

%[hd]=ideallp（wc,N）

%h=0~N-1之间的理想脉冲响应

%N=理想低通滤波器的长度

tao=（N-1）/2;

n=[0:

1:

（N-1）];

m=n-tao+eps;

hd=sin（wc*m）./（m*pi）;

end

（3）求解FIR低通数字滤波器的单位冲激响应

hd.*wd’

（三）、基于C语言编程的FIR数字滤波器编程实现

程序流程图

五．实验步骤

1.打开CCS，进入CCS的操作环境。

2.打开工程，浏览程序：

工程目录为C:

\ICETEK\ICETEK-DM6437-A\Lab0401_FIR

3.点击图标

，CCS会自动编译、链接和下载程序。

4.运行程序。

可以观察收到的数据。

*选择菜单Tools->Graph->DualTime，进行如下设置：

DualTime参数设置

输入、输出的时域波形

其中，输入波形：

一个低频正弦波与一个高频正弦波的叠加；输出波形：

经过低通滤波后的低频正弦波。

*选择菜单Tools->Graph->SingleTime，进行如下设置：

显示FIR低通滤波器的单位冲激响应。

SingleTime参数设置

h（n）的系数

*选择菜单Tools->Graph->FFTMagnitude，新建2个观察窗口，分别进行如下设置：

分别显示输入波形、经低通滤波后输出波形的DFT幅度谱；

FFT幅度谱的参数设置

输入、输出波形的幅度谱

5．设置断点：

在有注释“breakpoint”的语句设置软件断点。

使用菜单的View->Breakpoints打开断点观察窗口，在刚才设置的断点上右键->Breadkpointproperties调出断点的属性设置界面，设置Action为RefreshAllwindows。

则程序每次运行到断点，所有的观察窗口值都会被刷新，观察波形、幅度谱。

6．运行并观察结果：

⑴按F8键运行程序。

⑵观察窗口中时域图形；观察滤波效果。

⑶观察窗口中频域图形；理解滤波效果。

7．退出CCS。

六．实验结果

输入波形为一个低频率的正弦波与一个高频的正弦波叠加而成。

通过观察频域和时域图，得知：

输入波形中的低频波形通过了滤波器，而高频部分则大部分被滤除。

七．问题与思考

基本任务：

1.确定程序中的信号频率，试选用设计不同的信号、噪声组合，基于MATLAB设计不同的类型的滤波器，并基于CCS实现，并观察实验的结果。

2.分析实验程序，细化算法流程图。

3.结合CCS的使用，分析实验结果

提高任务：

4.尝试使用信号源生成组合信号，经过A/D采样后，送FIR滤波器实现。

源代码：

#include

#defineFIRNUMBER25/*滤波器的点数*/

#defineSIGNAL1F1000/*正弦信号频率，没用*/

#defineSIGNAL2F4500/*正弦信号频率，没用*/

#defineSAMPLEF10000/*采样频率，没用*/

#definePI3.1415926

floatInputWave（）;/*输入给FIR滤波器的信号，每次输出一个点*/

floatFIR（）;/*FIR滤波器，每次输出一个点*/

floatfHn[FIRNUMBER]={0.0,0.0,0.001,-0.002,-0.002,0.01,-0.009,

-0.018,0.049,-0.02,0.11,0.28,0.64,0.28,

-0.11,-0.02,0.049,-0.018,-0.009,0.01,

-0.002,-0.002,0.001,0.0,0.0

};/*可以根据信号频率自行设计*/

floatfXn[FIRNUMBER]={0.0};/*滑动窗内的信号*/

floatfInput,fOutput;/*输入点和输出点*/

floatfSignal1,fSignal2;

floatfStepSignal1,fStepSignal2;

floatf2PI;

inti;

floatfIn[256],fOut[256];/*输入波形和输出波形*/

intnIn,nOut;/*输入信号和输出信号的索引*/

main（）

{

nIn=0;nOut=0;

f2PI=2*PI;

fSignal1=0.0;/*信号1的初始相位*/

fSignal2=PI*0.1;/*信号2的初始相位*/

fStepSignal1=2*PI/30;/*信号1的相位步长：

f1/fs=1/30*/

fStepSignal2=2*PI*1.4;

/*信号1的相位步长:

f2/fs=1.4,违背了奈奎斯特采样定律*/

while

（1）

{

fInput=InputWave（）;/*从输入信号中获取一个点*/

fIn[nIn]=fInput;

nIn++;nIn%=256;

fOutput=FIR（）;/*输出一个经滤波后的点*/

fOut[nOut]=fOutput;

nOut++;/*请在此句上设置软件断点*/

if（nOut>=256）

{

nOut=0;

}

}

}

floatInputWave（）

{

for（i=FIRNUMBER-1;i>0;i--）

fXn[i]=fXn[i-1];

fXn[0]=sin（fSignal1）+cos（fSignal2）/6.0;

fSignal1+=fStepSignal1;

if（fSignal1>=f2PI）fSignal1-=f2PI;

fSignal2+=fStepSignal2;

if（fSignal2>=f2PI）fSignal2-=f2PI;

return（fXn[0]）;

}

floatFIR（）

{

floatfSum;

fSum=0;

for（i=0;i

{

fSum+=（fXn[i]*fHn[i]）;

}

return（fSum）;

}

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