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  • matlab fir滤波器设计 Matlab结合窗函数法设计数字带通FIR滤波器课程设计任务书学生姓名: 专业班级: 通信工程 指导教师: 工作单位: 信息工程学院 题 目:利用Matlab仿真软件系统结合窗函数法设计一个数字带通FIR...

    matlab fir滤波器设计 Matlab结合窗函数法设计数字带通FIR滤波器

    课程设计任务书学生姓名: 专业班级: 通信工程 指导教师: 工作单位: 信息工程学院 题 目:利用Matlab仿真软件系统结合窗函数法设计一个数字带通FIR滤波器 初始条件: 1.《数字信号处理》基本理论知识2.《信号与系统》基本理论知识3.MATL…

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    课程设计任务书

    学生姓名: 专业班级: 通信工程 指导教师: 工作单位: 信息工程学院 题 目:利用Matlab仿真软件系统结合窗函数法设计一个数字带通FIR滤波器 初始条件: 1.《数字信号处理》基本理论知识

    2.《信号与系统》基本理论知识

    3.MATLAB编程基础知识 4.装有MATLAB的PC机

    要求完成的主要任务:

    利用MATLAB仿真软件系统结合窗函数法设计一个数字带通FIR滤波器

    时间安排:

    第20周理论设计、实验室安装调试,地点: 鉴主15楼通信实验室一

    指导教师签名: 年 月 日

    系主任(或责任教师)签名: 年 月 日

    目录

    目录 ......................................................................... 中文摘要 .................................................................... 1 Abstract .................................................................... 2 1 MATLAB的概况 ............................................................. 3 2 MATLAB结合窗函数设计法原理 ............................................... 4 3 各类窗函数简介 ............................................................ 7

    3.1 基本窗函数 ......................................................................................................................... 7

    3.1.1 矩形窗函数 ............................................................................................................... 7 3.1.2三角窗 ........................................................................................................................ 7 3.2 广义余弦窗 ......................................................................................................................... 8

    3.2.1汉宁窗(升余弦窗) ................................................................................................... 9

    4 方案设计与论证 ........................................................... 10

    4.1 程序设计法

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  • 通过matlab设计滤波器,可以使用matlab自带的fdatool工具。matlab 2012b版本中的fdatool的启动位置;...也可以选择将matlab的生成的滤波器系数导出为xilinx的.coe文件,在vivado开发工具中选择fir ipc...

    通过matlab设计滤波器,可以使用matlab自带的fdatool工具。

    matlab 2012b版本中的fdatool的启动位置;

    bf4b47a117fba2da0bb611792172a6c6.png

    7852b63e182315fb7f2fd66980a6a4c1.png

    快速启动方法,在matlab的主命令窗口中,输入“fdatool”,可以启动fadtool设计工具。

    4590e6b964f0f6f61c063937a424c5dd.png

    可以选择从xilinx的.coe文件中导入滤波器。也可以选择将matlab的生成的滤波器系数导出为xilinx的.coe文件,在vivado开发工具中选择fir ipcore进行设计,将coe文件关联相应的滤波器设置项,配置采样频率即可。最终在FPGA中滤波完成后,数据长度较长,而低位可能已经不包含信息了,为了减少计算量与FPGA资源占用,通常会选择截取部分位数进行计算。可根据实际的信号强度与通过抓去过程中的数据量,判读高位占用到哪几位,然后低信号时,低位数据bit的变化。

    在matlab中调用fir滤波器进行仿真,调用filter(b,a,x)形式,x为需要滤波的数据向量,b与a为fir结构中的各级系数值。如果不需要b支路可将b向量设置为[1 0 0……]的形式。

    而对于FPGA中的ip core的功能需要确认的情况,可以将matlab生成的数据分别使用filter与ipcore进行仿真,然后比对输出数据是否一致,从而验证从matlab转换为FPGA实现时是否与matlab结果一致。

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  • 1. 采用fir1函数设计,fir1函数可以设计低通、带通、高通、带阻等多种类型的具有严格线性相位特性的FIR滤波器。语法形式:b = fir1(n, wn)b = fir1(n, wn, ‘ftype’)b = fir1(n, wn, ‘ftype’, window)b = fir1(n,...

    1.      采用fir1函数设计,fir1函数可以设计低通、带通、高通、带阻等多种类型的具有严格线性相位特性的FIR滤波器。语法形式:

    b = fir1(n, wn)

    b = fir1(n, wn, ‘ftype’)

    b = fir1(n, wn, ‘ftype’, window)

    b = fir1(n, wn, ‘ftype’, window, ‘noscale’)

    参数的意义及作用:

    b:返回的FIR滤波器单位脉冲响应,脉冲响应为偶对称,长度为n+1;

    n:滤波器的介数;

    wn:滤波器的截止频率,取值范围为0

    window:指定使用的窗函数,默认为海明窗;

    noscale:指定是否归一化滤波器的幅度。

    示例:

    N=41;      %滤波器长度

    fs=2000;   %采样频率

    %各种滤波器的特征频率

    fc_lpf=200;

    fc_hpf=200;

    fp_bandpass=[200 400];

    fc_stop=[200 400];

    %以采样频率的一半,对频率进行归一化处理

    wn_lpf=fc_lpf*2/fs;

    wn_hpf=fc_hpf*2/fs;

    wn_bandpass=fp_bandpass*2/fs;

    wn_stop=fc_stop*2/fs;

    %采用fir1函数设计FIR滤波器

    b_lpf=fir1(N-1,wn_lpf);

    b_hpf=fir1(N-1,wn_hpf,‘high‘);

    b_bandpass=fir1(N-1,wn_bandpass,‘bandpass‘);

    b_stop=fir1(N-1,wn_stop,‘stop‘);

    %求滤波器的幅频响应

    m_lpf=20*log(abs(fft(b_lpf)))/log(10);

    m_hpf=20*log(abs(fft(b_hpf)))/log(10);

    m_bandpass=20*log(abs(fft(b_bandpass)))/log(10);

    m_stop=20*log(abs(fft(b_stop)))/log(10);

    %设置幅频响应的横坐标单位为Hz

    x_f=0:(fs/length(m_lpf)):fs/2;

    %绘制单位脉冲响应

    subplot(421);stem(b_lpf);xlabel(‘n‘);ylabel(‘h(n)‘);

    subplot(423);stem(b_hpf);xlabel(‘n‘);ylabel(‘h(n)‘);

    subplot(425);stem(b_bandpass);xlabel(‘n‘);ylabel(‘h(n)‘);

    subplot(427);stem(b_stop);xlabel(‘n‘);ylabel(‘h(n)‘);

    %绘制幅频响应曲线

    subplot(422);plot(x_f,m_lpf(1:length(x_f)));xlabel(‘频率(Hz)‘,‘fontsize‘,8);ylabel(‘幅度(dB)‘,‘fontsize‘,8);

    subplot(424);plot(x_f,m_hpf(1:length(x_f)));xlabel(‘频率(Hz)‘,‘fontsize‘,8);ylabel(‘幅度(dB)‘,‘fontsize‘,8);

    subplot(426);plot(x_f,m_bandpass(1:length(x_f)));xlabel(‘频率(Hz)‘,‘fontsize‘,8);ylabel(‘幅度(dB)‘,‘fontsize‘,8);

    subplot(428);plot(x_f,m_stop(1:length(x_f)));xlabel(‘频率(Hz)‘,‘fontsize‘,8);ylabel(‘幅度(dB)‘,‘fontsize‘,8);

    20180622202134191710.png

    2.      采用fir2函数设计,函数算法是:首先根据要求的幅频响应向量形式进行插值,然后进行傅里叶变换得到理想滤波器的单位脉冲响应,最后利用窗函数对理想滤波器的单位脉冲响应激进型截断处理,由此得到FIR滤波器系数。fir2函数的语法形式:

    b = fir2(n, f, m)

    b = fir2(n, f, m, window)

    b = fir2(n, f, m, npt)

    b = fir2(n, f, m, npt, window)

    b = fir2(n, f, m, npt, lap)

    b = fir2(n, f, m, npt, lap, window)

    各项参数的意义及作用:

    n及b:滤波器的介数,返回值b为滤波器系数,长度为n+1。注意:当设计的滤波器在归一化频率为1处的幅度值不为0时,n不能为奇数;

    f及m:f取值在0~1之间,对应为滤波器的归一化频率;m是长度与f相同的向量,用于设置对应频段范围内的理想幅值;

    window:用于指定窗函数的种类,默认是海明窗;

    npt:正整数,用于指定对幅度响应进行插值时的插值点个数,默认是512;

    lap:正整数,用于指定对幅度响应进行插值时,对于不连续点转变成连续时的点数,默认25

    示例:

    N=120;                  %滤波器阶数

    fc=[0 0.125 0.125 0.25 0.25 0.5 0.5 1];   %截止频率

    mag=[1 1 0.5 0.5 0.25 0.25 0.125 0.125 ]; %理想滤波器幅度

    b=fir2(N,fc,mag);      %设计海明窗滤波器

    freqz(b);              %绘制频率响应曲线

    20180622202134371398.png

    3.      采用kaiserord函数设计,凯塞窗具有可调参数选项,可根据相关算法,先选择过渡带、容限参数,并根据这些参数计算出凯塞窗的值,以及滤波器阶数,语法形式:

    [n, wn, beta, filtype] = kaiserord(f, a, dev, fs)

    各项参数的意义和作用:

    f及fs:如果f是一个向量,则其中的元素是待设计的过渡带的起始点和结束点;如果没有fs参数,f中元素的取值范围是0~1,即相对于采样频率一半的归一化频率;如果有fs参数,则fs为信号采样频率,f中元素即为实际的截止频率;

    a:是一个向量,用于指定过渡带频率段的理想幅度值;

    dev:是一个向量,用于指定通带或阻带内的容许误差;

    n:设计的最小阶数;

    wn:向量,计算得到的滤波器截止频率点;

    beta:计算得到的值;

    ftype:根据设计要求得到的滤波器类型参数

    4.      采用firpm函数设计,采用最大误差最小准则进行滤波器设计,语法形式:

    b = firpm(n, f, a)

    b = firpm(n, f, a,w)

    b = firpm(n, f, a,’ftype’)

    b = firpm(n, f, a, w, ‘ftype’)

    [b, delta] = firpm(…)

    各项参数的意义及作用:

    n及b:滤波器阶数;

    f及a:两个长度相同向量,f取值0~1之间,对应滤波器的归一化频率,a用于设置对应频段范围内的理想幅值;

    w:长度为f的一半,实现对应频段幅度值的权值;

    ftype:指定滤波器结构类型,如果没有设置该参数,表示设计偶对称脉冲响应滤波器;如果设置为hilbert,则表示设计奇对称结构的滤波器,具有相移特性;

    delta:返回滤波器最大容限值

    示例:

    利用凯塞窗函数设计低通FIR滤波器,过渡带为1000~1500Hz,采样频率为8000Hz,通带容限最大为0.01,阻带容限最大为0.05.利用海明窗及firpm函数设计相同的低通滤波器,截止频率为1500Hz,滤波器阶数为凯塞窗函数求取的值。

    fs=8000;         %采样频率

    fc=[1000 1500];  %过渡带

    mag=[1 0];       %窗函数的理想滤波器幅度

    dev=[0.01 0.05]; %纹波

    [n,wn,beta,ftype]=kaiserord(fc,mag,dev,fs);  %获取凯塞窗参数

    fpm=[0 fc(1)*2/fs fc(2)*2/fs 1];  %firpm函数的频段向量

    magpm=[1 1 0 0];                  %firpm函数的幅值向量

    %设计凯塞窗及海明窗滤波器

    h_kaiser=fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,beta));

    h_hamm=fir1(n,fc(2)*2/fs);

    %设计最优滤波器

    h_pm=firpm(n,fpm,magpm);

    %求滤波器的幅频响应

    m_kaiser=20*log(abs(fft(h_kaiser,1024)))/log(10);

    m_hamm=20*log(abs(fft(h_hamm,1024)))/log(10);

    m_pm=20*log(abs(fft(h_pm,1024)))/log(10);

    %设置幅频响应的横坐标单位为Hz

    x_f=[0:(fs/length(m_kaiser)):fs/2];

    %只显示正频率部分的幅频响应

    m1=m_kaiser(1:length(x_f));

    m2=m_hamm(1:length(x_f));

    m3=m_pm(1:length(x_f));

    %绘制幅频响应曲线

    plot(x_f,m1,‘-‘,x_f,m2,‘-.‘,x_f,m3,‘--‘);

    xlabel(‘频率(Hz)‘);ylabel(‘幅度(dB)‘);

    legend(‘凯塞窗‘,‘海明窗‘,‘最优滤波器‘);

    grid;

    20180622202134488585.png

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  • verilog matlab fir 滤波器设计

    千次阅读 2021-02-03 20:59:50
    这里写自定义目录标题欢迎使用Markdown编辑...丰富你的文章UML 图表FLowchart流程图导出与导入导出导入FPGA FIR滤波器设计最近课程项目中需要用到低通滤波器,对已调信号进行低通滤波。之前用altera的fir ip核来做,但

    FPGA FIR滤波器设计

    最近课程项目中需要用到低通滤波器,对已调信号进行低通滤波。之前用altera的fir ip核来做,但是fir ip核的仿真实在是太难了,一直找不到库,弄了好久也没搞好。直接上板用signaltap抓信号的话由于电脑太垃圾编译一次时间太长,调试的心累。只好先暂时不用ip核。这两天看到用matlab软件生成verilog语言的fir滤波器,感觉挺有意思,记录一下。

    matlab滤波器设置界面

    先进入matlab输入fdatool进入滤波器设置界面。

    设置想用的窗函数和滤波器类型,设置采样率和截止频率(理论上采样率不低于奈奎斯特频率)。这里我的测试波形选用的是一个4Mhz的正弦波和一个0.04Mhz的正弦波的混叠波形。于是我将截止频率设置为1M。

    同时在生成滤波器的时候要注意一点就是最好在设置的时候结合自己生成的波形的位宽来设置滤波器的输入输出位宽,否则后续处理会比较麻烦。

    在这里插入图片描述

    点击design fiter之后再点Targets–Generate HDL,选择语法为verilog,生成filter文件和tb_filter文件。

    生成的filter文件有五个信号,我没有具体研究,我将clk_enable使能信号直接置1,reset信号直接置0。剩下的2个信号连接我的用来测试的正弦波文件的时钟引脚和混叠信号引脚,一个输出引脚用来观察滤波之后波形。

    最终效果不错,滤波非常成功。

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  • MATLAB_FIR滤波器

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