胥開芳 張登高

【摘要】在DSP環(huán)境下用窗函數(shù)設計FIR數(shù)字濾波器，并對原始信號進行濾波分析。

【關鍵詞】數(shù)字濾波器；FIR；DSP

數(shù)字信號處理（Digital Signal Proce-ssing，簡稱DSP）是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科，是一種通過使用數(shù)學技巧執(zhí)行轉換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法。有限長單位沖激響應（FIR）數(shù)字濾波器具有以下優(yōu)良的特點：可在設計任意幅度頻率特性濾波器的同時，保證精確、嚴格的線性相位特性。

FIR數(shù)字濾波器的單位沖激響應h（n）是有限長的，可以用一個固定的系統(tǒng)來實現(xiàn)，因而FIR數(shù)字濾波器可以做成因果穩(wěn)定系統(tǒng)。下面通過設計來演示這樣的效果。

設計一個FIR低通濾波器，其技術數(shù)據(jù)與技術要求：

通帶邊緣頻率：10kHz；

阻帶邊緣頻率：22kHz；

阻帶衰減：75dB；

采樣頻率：50kHz。

設計：

過渡帶寬度=阻帶邊緣頻率-通帶邊緣頻率=22-10=12kHz

采樣頻率：

f1=通帶邊緣頻率+（過渡帶寬度）/2=10000 +12000/2=16kHz

Ω1=2πf1/fs=0.64π

理想低通濾波器脈沖響應：

h1[n]=sin（nΩ1）/n/π=sin（0.64πn）/n/π

根據(jù)要求，選擇布萊克曼窗，窗函數(shù)長度為：

N=5.98fs/過渡帶寬度=5.98*50/12=24.9

選擇N=25，窗函數(shù)為：

w[n]=0.42+0.5cos（2πn/24）+0.8cos（4πn/24）

濾波器脈沖響應為：

h[n]=h1[n]w[n] |n|≤12 h[n]=0 |n|>12

根據(jù)上面計算，各式計算出h[n]，然后將脈沖響應值移位為因果序列。

完成的濾波器的差分方程為：

實驗步驟如下：

A.實驗準備

設置軟件仿真模式：

a.單擊桌面上圖標進入CCS設置窗口。

b.在出現(xiàn)的窗口中將CCStudio設置成硬件環(huán)境。

啟動CCS。

B.打開工程，瀏覽程序

D.打開觀察窗口

在彈出的圖形窗口中單擊鼠標右鍵，選擇“Clear Display”。

E.運行并觀察結果

a.選擇“Debug”菜單的“RUN”項，或按F12 鍵運行程序。

注意：由于實驗運算復雜，需要等一會才能看到運行完結果。

F.退出CCS

由上述的所有截圖可知，輸入?yún)?shù)中，通帶截止頻率和阻帶截止頻率是比較重要的兩個參數(shù)，不宜過小，過小濾掉的高頻成分太多，很難還原出遠波形的形狀，也不宜過大，過大濾波效果欠佳。濾波前的時域信號的波形圖的波形很雜亂，很難看出信號的周期性，濾波后周期性也相對的明顯起來了；濾波前信號分布在整個頻帶上，濾波后阻帶范圍內(nèi)的基本被濾掉，這些都可以從上述截圖看出。

參考文獻

[1]程佩青.數(shù)字信號處理教程[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2]吳鎮(zhèn)楊.數(shù)字信號處理的原理與實現(xiàn)[M].南京：東南大學出版社，2001.

[3]高西全，丁美玉.數(shù)字信號處理學習指導（第2版）[M].西安：電子科技大學出版社，2001.

作者簡介：胥開芳（1974—），女，講師，主要從事電工電子方面的教學與研究。