MATLABGUI设计FIR滤波器窗函数docx.docx

1、MATLABGUI设计FIR滤波器窗函数docx1 数字滤波器的概述 . 错误 ! 未定义书签。FIR 数字滤波器设计原理错误 !未定义书签。FIR 数字滤波器的特性错误 ! 未定义书签。窗函数的介绍错误 !未定义书签。2 FIR 数字滤波器设计及实现错误 !未定义书签。低通滤波器的设计错误 ! 未定义书签。高通滤波器的设计错误 ! 未定义书签。带通滤波器的设计错误 ! 未定义书签。带阻滤波器的设计错误 ! 未定义书签。3 基于 MATLAB GUI 的 FIR 滤波器的仿真错误 !未定义书签。FIR 数字滤波器设计所实现的任务错误 ! 未定义书签。FIR 数字滤波器界面设计错误 !未定义书签

2、。FIR 数字滤波器函数的编写错误 !未定义书签。菜单 FilterType 的回调函数错误 !未定义书签。显示类型 DispType 的函数错误 !未定义书签。阶数 N 和最小阶数N 按钮的函数错误 ! 未定义书签。文本编辑框的回调函数错误 !未定义书签。滤波器波形按钮的回调函数错误 !未定义书签。文本框 Rp 和 Rs 的函 数错误 !未定义书签。产生信号按钮的回调函数错误 !未定义书签。滤波后的信号按钮的回调函数错误 !未定义书签。按钮 Quit 的回调函数错误 ! 未定义书签。总程序的编写 错误 !未定义书签。4 实验结果与显示错误 !未定义书签。5结束语 错误 !未定义书签。6感谢

3、错误 !未定义书签。7参考文献 错误 !未定义书签。附录 错误 ! 未定义书签。基于 MATLAB 的 FIR数字滤波器的设计与仿真李宏华湛江师范学院信息科学与技术学院，湛江 524048摘 要：本文从 FIR 数字滤波器的设计原理和特性入手， 实现了用 MATLAB 设计 FIR 数字滤波器的功能，重点阐述了通过 MATLAB GUI 实现了 FIR 数字滤波器的仿真。 详细介绍了 MATLAB GUI 界面的构建与回调函数的程序编写与调试。关键词： MATLAB； GUI； FIR 滤波器The Design and Simulation of FIR Digital Filter bas

4、e on ATLABLI HonghuaInformation Science & Technology School, Zhanjiang Normal University, zhanjiang, 524048 ChinaAbstract :This paper starts with the design principles and characteristics of the FIR digital filter, Achieve thetask of using MATLAB software to design the FIR digital filter, in particu

5、lar introduction to complete the simulation of the FIR digital filter base on MATLAB GUI software. Comprehensive introduce to the buildingof GUI interface and the program compiled with debugging of the callback function.Key word ： MATLAB; GUI; FIR Filter1数字滤波器的概述FIR 数字滤波器设计原理1中介绍了数字滤波器冲激响应的时域特征 ,可将数

6、字滤波器分为 2 种 ,即无限长冲激响应滤波器 ( IIR)和有限长冲激响应滤波器 (FIR) 。FIR 具有突出的优点 :系统总是稳定的、易于实现线性相位、允许设计多通带 (或多阻带 )滤波器。但与 IIR 相比 ,在满足同样的阻带衰减的情况下需要较高的阶数。 FIR的冲激响应 h(k)是有限长的 M 阶 FIR系统函数可表示为Mh( k) z kH ( z)k0M滤波器的输出 : y(k ) h( k) x(k ) h(i )x(k i)i 0它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题 ,2中给出的设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。在这里我们利

7、用窗函数法设计 FIR滤波器。给定所要求的滤波器的频率响应 Hd ( ejw) ,要求设计一个 FIR 滤波器的频率响应 H( ejw) 来逼近 Hd( ejw) . 设计是在时域进行的 , 首先由傅立叶变换导出无限长的序列 hd( n) , 然后用窗函数截断 hd ( n) ,即: h( n) = hd( n) w( n)。FIR 数字滤波器的特性FIR滤波器有以下特点：(1)系统的单位冲激响应 h(n)在有限个 n 值处不为零；(2)系统函数 H(z)在|z|0 处收敛，极点全部在 z = 0处（因果系统）；(3)结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，但有些结构中（例如频率抽样结构

8、）也包含有反馈的递归部分。因为 FIR数字滤波器的单位冲激响应是有限长的， 所以它永远都是稳定的。 3 说明了达到具有线性相位这一要求， 仅需要对 FIR数字滤波器的冲激响应 h(n) 施加一定的约束。令 zejw ，就可由 H ( z) 得到 FIR数字滤波器的频率响应：N1H (ej) H ( z) |jh(n)e j nH ( )e j ( )（ 1-2-1）z en0式中 H () 是 H ( ej ) 的幅频特性，( ) 是 H (e j) 的相频特性( )arctan( Im( H (ej) )（1-2-2）RE( H (e j)4中讨论了由于 h(n)的长度 N 取奇数或偶数时对

9、 H(w)的特性有影响， FIR 滤波器的幅频特性可以分为以下 4 种情况：（1）第种类型： h(n) 为偶对称，且 N 为奇数N 1根据式： H ( )n 0h(n)cos( N 1 n) 可以得到滤波器的幅频函数为：2( N 1)/2H ( )a(n) cos( n)（ 1-2-3）n 0其中 a(0)h( N 1) ，a(n)2h( Nn), n 1,2, , N 1 。幅度函数 H ( ) 对0, ,2222呈偶对称。（2）第种类型： h(n) 为偶对称，且 N 为偶数N 1根据式： H ( )n 0h(n)cos( N 1 n) 可得滤波器的幅频函数为：2N /21 )H ( )b(

10、 n)cos (n（1-2-4）n 12其中： b(n)Nn), nN。幅度函数 H () 对于0 或 2 呈偶对称。如2h(1,2, ，22果数字滤波器在处不为零，如本文设计的高通滤波器和带阻滤波器则不能用这一类型。（3）第种类型： h(n) 为奇对称，且 N 为奇数N1根据式： H ()h(n)sin ( N 1n) 可得滤波器的幅频函数为：n02( N 1)/2H ( )c(n)sin( n)（1-2-5）n 1其中 c(n) 2h Nn , n1,2, N-1 。数字滤波器在=0， 2 处不为零如低通22滤波器、高通滤波器、带阻滤波器，则不适合用这类滤波器来设计。（4）第种类型： h(

11、n) 为奇对称，且 N 为偶数N1( N 1根据式： H ()h(n)sinn) 可得滤波器的幅频函数可表示为：n02N /21 )（1-2-6）H ( )d (n)sin(nn 12其中： d (n)2hNn , n1,2, N 。幅度函数 H ( ) 对于呈偶对称。如果数22字滤波器在0,2处不为零如低通滤波器、 带阻滤波器，则不适合用这类数字滤波器来设计。窗函数的介绍设计滤波器尽量要求窗函数满足以下两项要求：(1)窗谱主瓣尽可能地窄，以获取较陡的过渡带。(2)尽量减少窗谱的最大旁瓣的相对幅度。也就是能量尽量集中于主瓣，这样使尖峰和波纹减小，就可增大阻带的衰减。但是这两项要求是不能同时满足

12、的。 当选用主瓣宽度较窄时， 虽然得到陡峭的过渡带，但通带和阻带的波动明显增加； 当选用最小的旁瓣幅度时， 虽能得到平坦的幅度响应和较小的阻带波纹，但过渡带加宽，即主瓣会加宽。因此，实际所选用的窗函数往往是它们的折中。设计 FIR滤波器常用的窗函数有：矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗、布拉克曼窗、凯塞窗等。以下是几种窗函数的性能比较：窗函数旁瓣峰值衰等效凯塞尔主瓣过渡带精确过渡带最小阻带衰减（ dB）窗（）宽（）宽（）减(Db)矩形窗-1304/ N/ N-21三角窗-258/ N/ N-25汉宁窗-318/ N/ N-44海明窗-418/ N/ N-53布莱克曼窗-5712/ N11/ N-7

13、4凯赛尔窗-5710/ N10/ N-80想详细了解以上几个窗函数请查阅参考文献4或者用命令 wvtool(windows(N) 查看。2FIR 数字滤波器设计及实现低通滤波器的设计低通滤波器允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。程序如下：% %fp1=10;fs1=15;fs=100;boxcar window%fp1=10; %低通通带模拟截止频率fs1=15; %低通阻带模拟截止频率fs=100; %采集频率wp1=2*pi*fp1/fs; % 模拟转变为数字域的截止频率ws1=2*pi*fs1/fs;delta_w=ws1-wp1; %过渡带宽N=ceil*pi/d

14、elta_w)+1;%最小阶数 Nwindow=boxcar(N);%N=ceil*pi/delta_w)+1;%最小阶数 N%window=bartlett(N);% 注意要改一下过渡带宽的系数%N=ceil*pi/delta_w)+1;%最小阶数 N%window=hanning(N);%N=ceil*pi/delta_w)+1;%最小阶数 N%window=hamming(N);%N=ceil(11*pi/delta_w)+1;%最小阶数 N%window=blackman(N);%N=ceil(10*pi/delta_w)+1;%最小阶数 N%window=kaiser(N+1);Wn

15、=(fp1+fs1)/fs;%理想 LPF的截止频率b,a=fir1(N-1,Wn,window);H,w=freqz(b,1,512);db=20*log10(abs(H);%db imaginet=(0:200)/fs;Signal=sin(2*pi*t*5)+sin(2*pi*t*15)+sin(2*pi*t*30); % 输入信号FilterSignal=filter(b,1,Signal);subplot(2,2,1);plot(w*fs/(2*pi),db);xlabel( 频率 );ylabel(db);title( 滤波器的相对振幅 );grid on; subplot(2,2

16、,2);plot(w*fs/(2*pi),angle(H);xlabel( 频率 );ylabel(angle(H);title( 滤波 器相 位响应 );gridon;subplot(2,2,3);plot(t,Signal);xlabel(t);ylabel(Signal);title( 滤波前的信号波形 );grid on;subplot(2,2,4);plot(t,FilterSignal);xlabel(t);ylabel(FilterSignal);title( 滤波后的信号波形 );grid on;高通滤波器的设计高通滤波器允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。程序如下：

17、%fs1=10,fp1=15;fs=100(wp1=;ws1=%fs1=10; %高通阻带模拟截止频率fp1=15; %高通通带模拟截止频率fs=100; %采用频率wp1=2*pi*fp1/fs; % 模拟转变为数字域的截止频率ws1=2*pi*fs1/fs;delta_w=wp1-ws1; %过渡带宽N=ceil*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);window=boxcar(N+1);%N=ceil*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);%window=bartlett(N+1);%N=ceil*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);%w

18、indow=hanning(N+1);%N=ceil*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);%window=hamming(N+1);%N=ceil(11*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);%window=blackman(N+1);%N=ceil(10*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);%window=kaiser(N+1);Wn=(fp1+fs1)/fs;%理想 LPF的截止频率b,a=fir1(N,Wn,high,window);H,w=freqz(b,1,512);db=20*log10(abs(H);%db imaginet=(

19、0:200)/fs;Signal=sin(2*pi*t*5)+sin(2*pi*t*15)+sin(2*pi*t*30); % 输入信号FilterSignal=filter(b,1,Signal);subplot(2,2,1);plot(w*fs/(2*pi),db);xlabel( 频率 );ylabel(db);title( 滤波器的相对振幅 );grid on; subplot(2,2,2);plot(w*fs/(2*pi),angle(H);xlabel( 频率 );ylabel(angle(H);title( 滤波 器相 位响应 );grid on;subplot(2,2,3);p

20、lot(t,Signal);xlabel(t);ylabel(Signal);title( 滤波前的信号波形 );grid on;subplot(2,2,4);plot(t,FilterSignal);xlabel(t);ylabel(FilterSignal);title( 滤波后的信号波形 );grid on;带通滤波器的设计带通滤波器允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。程序如下：%fp1=20;fp2=30;fs1=10;fs4=40;fs=100%n,Wn,beta,ftype=kaiserord(7 13 17 23,0 1 0, ,100);fp1=20

21、; %带通通带模拟截止频率fp2=30; %带通通带模拟截止频率fs1=10;fs2=40;fs=100;wp1=2*pi*fp1/fs;% 数字域的截止频率wp2=2*pi*fp2/fs;ws1=2*pi*fs1/fs;ws2=2*pi*fs2/fs;deltaw1=wp1-ws1; %Transition bandwidthdeltaw2=ws2-wp2;delta_w=min(deltaw1,deltaw2);N=ceil*pi/delta_w)+1;window=boxcar(N+1);%N=ceil*pi/delta_w)+1;%window=bartlett(N+1);%N=cei

22、l*pi/delta_w)+1;%window=hanning(N+1);%N=ceil*pi/delta_w)+1;%window=hamming(N+1);%N=ceil(11*pi/delta_w)+1;%window=blackman(N+1);%N=ceil(10*pi/delta_w)+1;%window=kaiser(N+1);b=fir1(N,wp1/pi wp2/pi,window);H,w=freqz(b,1,512);db=20*log(abs(H);t=(0:200)/fs;Signal=sin(2*pi*t*5)+sin(2*pi*t*15)+sin(2*pi*t*3

23、0);%FilterSignal=filter(b,1,Signal);输入信号subplot(2,2,1);plot(w*fs/(2*pi),db);xlabel( 频率 );ylabel(db);title( 滤波器的相对振幅 );grid on; subplot(2,2,2);plot(w*fs/(2*pi),angle(H);xlabel( 频率 );ylabel(angle(H);title( 滤波 器相 位响应 );gridon;subplot(2,2,3);plot(t,Signal);ylabel(Signal);title(滤波前的信号波形 );grid on; subplo

24、t(2,2,4);plot(t,FilterSignal);xlabel(t);ylabel(FilterSignal);title( 滤波后的信号波形 );grid on;带阻滤波器的设计带阻滤波器抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。程序如下：%fp1=10;fp2=40;fs1=20;fs2=30;fs=100;%n,Wn,beta,ftype=kaiserord(7 13 17 23,0 1 0,100);fp1=10; %带通通带模拟截止频率fp2=40; %带通通带模拟截止频率fs1=20;fs2=30;fs=100;wp1=2*pi*fp1/fs;wp2=2*pi*fp

25、2/fs;ws1=2*pi*fs1/fs;% 数字域的截止频率ws2=2*pi*fs2/fs;delta1=ws1-wp1;delta2=wp2-ws2;delta_w=min(delta1,delta2); %过渡带宽N=ceil*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);window=boxcar(N+1);%N=ceil*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);%window=bartlett(N+1);%N=ceil*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);%window=hanning(N+1);%N=ceil*pi/delta_w)+1;N=

26、N+rem(N,2);%window=hamming(N+1);%N=ceil(11*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);%window=blackman(N+1);%N=ceil(10*pi/delta_w)+1;N=N+rem(N,2);%window=kaiser(N+1);b=fir1(N,ws1/pi ws2/pi,stop,window);H,w=freqz(b,1,512);db=20*log(abs(H);t=(0:200)/fs;Signal=sin(2*pi*t*5)+sin(2*pi*t*15)+sin(2*pi*t*30);% 输入信号FilterSignal=filter(b,1,Signal);subplot(2,2,1);plot(w*fs/(2*pi),db);xlabel( 频率 );ylabel(db);title( 滤波器的相