课程设计务书
学生姓名： 专业班级： 电信班
指导教师： 工作单位： 信息工程学院
题 目：FIR高通滤波器设计
初始条件：
具备数字信号处理理知识
具备Matlab编程力
熟悉高通滤波器设计原理
提供编程需计算机台
求完成务：（包括课程设计工作量技术求说明书撰写等具体求）
1设计阻带截止频率200HzFIR数字高通滤波器
2独立编写程序实现
3完成符合学校求设计说明书
时间安排：
周中3天程序设计2天程序调试
指导教师签名： 年 月 日
系（责教师）签名： 年 月 日
目 录
摘 I
1 MATLAB基础知识介绍 1
11 MATLAB介绍 1
12 基功 1
2 FIR滤波器简介 2
3 高通滤波器应 3
31 高通滤波器定义 3
32 高通滤波器应 3
33 高通滤波时域分析 3
34 高通滤波器频域分析 4
4 窗函数相关知识 5
41 窗函数基概念 5
42 窗函数设计原理 6
43 窗函数设计步骤 6
5 FIR数字滤波器程序设计仿真 7
51 窗函数程序设计 7
52 仿真结果图 9
6 心体会 11
参考文献 12
摘
数字滤波器离散时间系统（预定算法输入离散时间信号转换求输出离散时间信号特定功装置）应数字滤波器处理模拟信号时首先须输入模拟信号进行限带抽样模数转换
数字滤波器低通高通带通带阻全通等类型时变时变果非果线性非线性应广线性时变数字滤波器FIR滤波器
数字滤波器具高精度高性程控改变特性复便集成等优点数字滤波器语言信号处理图信号处理医学生物信号处理应领域广泛应
关键字：FIR高通滤波器
1 MATLAB基础知识介绍
11 MATLAB介绍
MATLAB矩阵实验室（Matrix Laboratory）简称美国MathWorks公司出品商业数学软件算法开发数视化数分析数值计算高级技术计算语言交互式环境包括MATLABSimulink两部分
12 基功
MATLAB美国mathworks公司发布面科学计算视化交互式程序设计高科技计算环境数值分析矩阵计算科学数视化非线性动态系统建模仿真等诸强功集成易视窗环境中科学研究工程设计必须进行效数值计算众科学领域提供种全面解决方案程度摆脱传统非交互式程序设计语言（CFortran）编辑模式
MATLABMathematicaMaple称三数学软件数学类科技应软件中数值计算方面首屈指MATLAB进行矩阵运算绘制函数数实现算法创建户界面连 接编程语言程序等应工程计算控制设计信号处理通讯图处理信号检测金融建模设计分析等领域
MATLAB基数单位矩阵指令表达式数学工程中常形式十分相似MATLAB解算问题CFORTRAN等语言完成相事情简捷MATLAB吸收Maple等软件优点MATLAB成强数学软件新版中加入CFORTRANC++ JAVA支持直接调户编写实程序导入MATLAB函数库中方便调
2 FIR滤波器简介
FIR滤波器：限长单位激响应滤波器数字信号处理系统中基元件保证意幅频特性时具严格线性相频特性时单位抽样响应限长滤波器稳定系统FIR滤波器通信图处理模式识等领域着广泛应
限长单位激响应（FIR）滤波器特点：
(1) 系统单位激响应h (n)限n值处零
(2) 系统函数H(z)|z|>0处收敛极点全部z 0处（果系统）
(3) 结构非递结构没输出输入反馈结构中（例频率抽样结构）包含反馈递部分
目前FIR滤波器硬件实现种方式：
（1）数字集成电路FIR滤波器
种单片通数字滤波器集成电路种电路简单字长阶数规格较少易完全满足实际需然采片扩展满足求会增加体积功耗实际应中受限制
（2）DSP芯片FIR滤波器
种DSP芯片DSP芯片专数字信号处理函数调实现FIR滤波器相简单程序序执行速度受限制公司系统DSP芯片编程指令会开发周期较长
（3）编程FIR滤波器
种编程逻辑器件FPGA／CPLDFPGA着规整部逻辑块整列丰富连线资源特适合细粒度高行度结构FIR滤波器实现相串行运算导通DSP芯片说行性扩展性更
3 高通滤波器应
31 高通滤波器定义
高通滤波器容许高频信号通减弱（减少）频率低截止频率信号通滤波器滤波器言频率信号减弱程度时称低频剪切滤波器音频应中低音消滤波器者噪声滤波器高通滤波器低通滤波器特性恰恰相反
32 高通滤波器应
样滤波器够高频率声音引导专高音喇叭(tweeter)阻止干擾者损害喇叭低音信号线圈电容低通滤波器时低频信号引导低音喇叭(woofer)参见音频桥(enaudio crossover)高通低通滤波器数字图处理中频域中进行变换
33 高通滤波时域分析
时域信号系统响应y (n)体现激励x(n)系统单位抽样响应h(n)卷积y(n)(n)×h(n)ΣN–1m0h(m)x(nm)[223] 长度N FIR系统 h(n)成长度N 点固定窗口x(n)成队列齐步走方式穿h(n)窗口走步位窗口中x(n)部分点h(n)应点值相(加权)求结果构成时系统响应值y(n) x(n)队列走步响应值y(n)y(n)h(n)位窗口中x(n)加权求高通滤波求h(n)窗口具波形锐化作利h(n)窗口加权变化快(高频)正弦分量保留(理想高通)衰减幅度(实际高通) 变化缓慢(低频)正弦分量正负抵消(理想高通)衰减幅度(实际高通)
设
中N 必须取奇数
211
中 fs 11kHz n整数x ( n)100Hz
x1(n)1kHzx2(n)两种频率信号组成高通滤波目掉x(n)中低频分量
x1(n) 时保留x(n)中高频分量x2(n)x(n)h(n)卷积结果图1示图1出响
应y(n)中剩右移(N1)25样值点1kHz信号x2(n)
34 高通滤波器频域分析
频域信号系统响应y(n)频谱Y(ejω)体现激励x(n)频谱X (ejω)系统单位抽样响应h(n)频谱H(ejω)(系统频谱)积Y(ejω)|H(ejω)|×|X(ejω)|×ejφH+φx响应频谱Y(ejω)幅值系统频谱H(ejω)幅值激励频谱X(ejω)幅值相(加权)响应频谱Y(ejω)幅角系统频谱H(ejω)幅角激励频谱X(ejω)幅角相加(移相)[122 ]高通滤波求系统幅度函数|H(jf)|需保留高频信号频谱加权权重较(理想时1) 需滤低频信号频谱加权权重较(理想时0)
4 窗函数相关知识
41 窗函数基概念
实际进行数字信号处理时需信号观察时间限制定时间间隔需选择段时间信号进行分析样取限数信号数截断程等信号进行加窗函数操作样操作常常会发生频谱分量正常频谱扩展开现象谓频谱泄漏进行离散傅立叶变换时时域中截断必需泄漏效应离散傅立叶变换固必须进行抑制频谱泄漏进行抑制通窗函数加权抑制DFT等效滤波器振幅特性副瓣窗函数加权限长度输入信号周期延拓边界量减少连续程度方法实现面FIR滤波器设计中获限长单位取样响应需窗函数截断限长单位取样响应序列外功率谱估计中遇窗函数加权问题
窗函数基概念设x(n)长序列w(n)长度N窗函数w(n)截断x(n)N点序列xn(n)xn(n) x(n) w(n)
频域
见窗函数w(n)仅仅会影响原信号x(n)时域波形会影响频域形状
42 窗函数设计原理
窗函数设计法基原理限长单位脉响应序列逼限长序列非果窗函数截断进行加权处理：
作实际设计FIR数字滤波器单位脉响应序列频率响应函数
式中N选窗函数长度窗函数法设计滤波器性取决窗函数类型窗口长度N取值设计程中根阻带衰减渡带宽度求选择合适窗函数类型窗口长度N
43 窗函数设计步骤
窗函数法设计线性相位FIR滤波器步骤：
1 确定数字滤波器性质求确定界频率{}滤波器单位脉响应长度N
2 根性求N值合理选择单位脉响应h(n)奇偶称性确定理想频率响应h(e)幅频特性相位特性
3 傅里叶反变换公式求理想单位脉响应H(n)
4 选择适窗函数W(n)求设计FIR滤波器单位脉响应
5 傅里叶变换求频率响应H(e)分析频率特性满足求适改变窗函数形式长度N重复述程直满意结果
5 FIR数字滤波器程序设计仿真
51 窗函数程序设计
f1100f2700滤波正弦信号频率
fs2000采样频率
m(03*f1)(fs2)定义度带宽
Mround(8m)定义窗函数长度
NM1定义滤波器阶数
windowhanning(M)
bfir1(N02＇high＇window)fir1函数设计滤波器
输入参数分滤波器阶数截止频率
figure(1)
[hf]freqz(b1512)滤波器幅频特性图
[HW]freqz(BAN)N整数时函数返回N点频率量幅频响应量
plot(f*fs(2*pi)20*log10(abs(h)))参数分频率幅值
xlabel(＇频率赫兹＇)
ylabel(＇增益分贝＇)
title(＇滤波器增益响应＇)
figure(2)
subplot(211)
t01fs025定义时间范围步长
ssin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t)滤波前信号
plot(ts)滤波前信号图
xlabel(＇时间秒＇)
ylabel(＇幅度＇)
title(＇信号滤波前时域图＇)
subplot(212)
Fsfft(s512)信号变换频域
AFsabs(Fs)信号频域图幅值
f(0255)*fs512频率采样
plot(fAFs(1256))滤波前信号频域图
xlabel(＇频率赫兹＇)
ylabel(＇幅度＇)
title(＇信号滤波前频域图＇)
figure(3)
sffilter(b1s)filter函数信号进行滤波
输入参数分滤波器系统函数分子分母项式系数量滤波信号输入
subplot(211)
plot(tsf)滤波信号图
xlabel(＇时间秒＇)
ylabel(＇幅度＇)
title(＇信号滤波时域图＇)
axis([02 025 2 2])限定图坐标范围
subplot(212)
Fsffft(sf512)滤波信号频域图
AFsfabs(Fsf)信号频域图幅值
f(0255)*fs512频率采样
plot(fAFsf(1256))滤波信号频域图
xlabel(＇频率赫兹＇)
ylabel(＇幅度＇)
title(＇信号滤波频域图＇)
52 仿真结果图
6 心体会
次课程设计通设计实例介绍利MATLAB实现 FIR滤波器设计滤波三种方法仿真结果出均达技术指标求方法简单快捷减轻工作量滤波器设计工作完成助MATLABexport操作导出设计滤波器系统函数H(z)MATLAB具强接口功仿真结果方便移植 DSPCPLDFPGA等器件中实际应中需求修改滤波器参数程序作较少改动实现截止频率FIR滤波器实性较强编写程序程中犯少低级错误应该 重错误学帮助找出改正正确次课程设计获益颇
参考文献
[1] 程佩青 数字信号处理(第2版)[M]北京清华学出版社2003
[2] 林彦杰基MATLABFIR数字滤波器设计[J]南京邮电学院电子工程系江苏省南京市 2003
[3] 楼天李博菡 基MATLAB系统分析设计—信号处理[M]西安 西安电子科技学出版社2001
[4] 陈怀琛 MATLAB电子信息课程中应[M]北京电子工业出版社2002
[5] 潘永王子旭游治 数字FIR滤波器Matlab设计[J]半导体技术 2001
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学生姓名： 专业班级： 电信班
指导教师： 工作单位： 信息工程学院
题 目：FIR高通滤波器设计
初始条件：
具备数字信号处理理知识
具备Matlab编程力
熟悉高通滤波器设计原理
提供编程需计算机台
求完成务：（包括课程设计工作量技术求说明书撰写等具体求）
1设计阻带截止频率200HzFIR数字高通滤波器
2独立编写程序实现
3完成符合学校求设计说明书
时间安排：
周中3天程序设计2天程序调试
指导教师签名： 年 月 日
系（责教师）签名： 年 月 日
目 录
摘 I
1 MATLAB基础知识介绍 1
11 MATLAB介绍 1
12 基功 1
2 FIR滤波器简介 2
3 高通滤波器应 3
31 高通滤波器定义 3
32 高通滤波器应 3
33 高通滤波时域分析 3
34 高通滤波器频域分析 4
4 窗函数相关知识 5
41 窗函数基概念 5
42 窗函数设计原理 6
43 窗函数设计步骤 6
5 FIR数字滤波器程序设计仿真 7
51 窗函数程序设计 7
52 仿真结果图 9
6 心体会 11
参考文献 12
摘
数字滤波器离散时间系统（预定算法输入离散时间信号转换求输出离散时间信号特定功装置）应数字滤波器处理模拟信号时首先须输入模拟信号进行限带抽样模数转换
数字滤波器低通高通带通带阻全通等类型时变时变果非果线性非线性应广线性时变数字滤波器FIR滤波器
数字滤波器具高精度高性程控改变特性复便集成等优点数字滤波器语言信号处理图信号处理医学生物信号处理应领域广泛应
关键字：FIR高通滤波器
1 MATLAB基础知识介绍
11 MATLAB介绍
MATLAB矩阵实验室（Matrix Laboratory）简称美国MathWorks公司出品商业数学软件算法开发数视化数分析数值计算高级技术计算语言交互式环境包括MATLABSimulink两部分
12 基功
MATLAB美国mathworks公司发布面科学计算视化交互式程序设计高科技计算环境数值分析矩阵计算科学数视化非线性动态系统建模仿真等诸强功集成易视窗环境中科学研究工程设计必须进行效数值计算众科学领域提供种全面解决方案程度摆脱传统非交互式程序设计语言（CFortran）编辑模式
MATLABMathematicaMaple称三数学软件数学类科技应软件中数值计算方面首屈指MATLAB进行矩阵运算绘制函数数实现算法创建户界面连 接编程语言程序等应工程计算控制设计信号处理通讯图处理信号检测金融建模设计分析等领域
MATLAB基数单位矩阵指令表达式数学工程中常形式十分相似MATLAB解算问题CFORTRAN等语言完成相事情简捷MATLAB吸收Maple等软件优点MATLAB成强数学软件新版中加入CFORTRANC++ JAVA支持直接调户编写实程序导入MATLAB函数库中方便调
2 FIR滤波器简介
FIR滤波器：限长单位激响应滤波器数字信号处理系统中基元件保证意幅频特性时具严格线性相频特性时单位抽样响应限长滤波器稳定系统FIR滤波器通信图处理模式识等领域着广泛应
限长单位激响应（FIR）滤波器特点：
(1) 系统单位激响应h (n)限n值处零
(2) 系统函数H(z)|z|>0处收敛极点全部z 0处（果系统）
(3) 结构非递结构没输出输入反馈结构中（例频率抽样结构）包含反馈递部分
目前FIR滤波器硬件实现种方式：
（1）数字集成电路FIR滤波器
种单片通数字滤波器集成电路种电路简单字长阶数规格较少易完全满足实际需然采片扩展满足求会增加体积功耗实际应中受限制
（2）DSP芯片FIR滤波器
种DSP芯片DSP芯片专数字信号处理函数调实现FIR滤波器相简单程序序执行速度受限制公司系统DSP芯片编程指令会开发周期较长
（3）编程FIR滤波器
种编程逻辑器件FPGA／CPLDFPGA着规整部逻辑块整列丰富连线资源特适合细粒度高行度结构FIR滤波器实现相串行运算导通DSP芯片说行性扩展性更
3 高通滤波器应
31 高通滤波器定义
高通滤波器容许高频信号通减弱（减少）频率低截止频率信号通滤波器滤波器言频率信号减弱程度时称低频剪切滤波器音频应中低音消滤波器者噪声滤波器高通滤波器低通滤波器特性恰恰相反
32 高通滤波器应
样滤波器够高频率声音引导专高音喇叭(tweeter)阻止干擾者损害喇叭低音信号线圈电容低通滤波器时低频信号引导低音喇叭(woofer)参见音频桥(enaudio crossover)高通低通滤波器数字图处理中频域中进行变换
33 高通滤波时域分析
时域信号系统响应y (n)体现激励x(n)系统单位抽样响应h(n)卷积y(n)(n)×h(n)ΣN–1m0h(m)x(nm)[223] 长度N FIR系统 h(n)成长度N 点固定窗口x(n)成队列齐步走方式穿h(n)窗口走步位窗口中x(n)部分点h(n)应点值相(加权)求结果构成时系统响应值y(n) x(n)队列走步响应值y(n)y(n)h(n)位窗口中x(n)加权求高通滤波求h(n)窗口具波形锐化作利h(n)窗口加权变化快(高频)正弦分量保留(理想高通)衰减幅度(实际高通) 变化缓慢(低频)正弦分量正负抵消(理想高通)衰减幅度(实际高通)
设
中N 必须取奇数
211
中 fs 11kHz n整数x ( n)100Hz
x1(n)1kHzx2(n)两种频率信号组成高通滤波目掉x(n)中低频分量
x1(n) 时保留x(n)中高频分量x2(n)x(n)h(n)卷积结果图1示图1出响
应y(n)中剩右移(N1)25样值点1kHz信号x2(n)
34 高通滤波器频域分析
频域信号系统响应y(n)频谱Y(ejω)体现激励x(n)频谱X (ejω)系统单位抽样响应h(n)频谱H(ejω)(系统频谱)积Y(ejω)|H(ejω)|×|X(ejω)|×ejφH+φx响应频谱Y(ejω)幅值系统频谱H(ejω)幅值激励频谱X(ejω)幅值相(加权)响应频谱Y(ejω)幅角系统频谱H(ejω)幅角激励频谱X(ejω)幅角相加(移相)[122 ]高通滤波求系统幅度函数|H(jf)|需保留高频信号频谱加权权重较(理想时1) 需滤低频信号频谱加权权重较(理想时0)
4 窗函数相关知识
41 窗函数基概念
实际进行数字信号处理时需信号观察时间限制定时间间隔需选择段时间信号进行分析样取限数信号数截断程等信号进行加窗函数操作样操作常常会发生频谱分量正常频谱扩展开现象谓频谱泄漏进行离散傅立叶变换时时域中截断必需泄漏效应离散傅立叶变换固必须进行抑制频谱泄漏进行抑制通窗函数加权抑制DFT等效滤波器振幅特性副瓣窗函数加权限长度输入信号周期延拓边界量减少连续程度方法实现面FIR滤波器设计中获限长单位取样响应需窗函数截断限长单位取样响应序列外功率谱估计中遇窗函数加权问题
窗函数基概念设x(n)长序列w(n)长度N窗函数w(n)截断x(n)N点序列xn(n)xn(n) x(n) w(n)
频域
见窗函数w(n)仅仅会影响原信号x(n)时域波形会影响频域形状
42 窗函数设计原理
窗函数设计法基原理限长单位脉响应序列逼限长序列非果窗函数截断进行加权处理：
作实际设计FIR数字滤波器单位脉响应序列频率响应函数
式中N选窗函数长度窗函数法设计滤波器性取决窗函数类型窗口长度N取值设计程中根阻带衰减渡带宽度求选择合适窗函数类型窗口长度N
43 窗函数设计步骤
窗函数法设计线性相位FIR滤波器步骤：
1 确定数字滤波器性质求确定界频率{}滤波器单位脉响应长度N
2 根性求N值合理选择单位脉响应h(n)奇偶称性确定理想频率响应h(e)幅频特性相位特性
3 傅里叶反变换公式求理想单位脉响应H(n)
4 选择适窗函数W(n)求设计FIR滤波器单位脉响应
5 傅里叶变换求频率响应H(e)分析频率特性满足求适改变窗函数形式长度N重复述程直满意结果
5 FIR数字滤波器程序设计仿真
51 窗函数程序设计
f1100f2700滤波正弦信号频率
fs2000采样频率
m(03*f1)(fs2)定义度带宽
Mround(8m)定义窗函数长度
NM1定义滤波器阶数
windowhanning(M)
bfir1(N02＇high＇window)fir1函数设计滤波器
输入参数分滤波器阶数截止频率
figure(1)
[hf]freqz(b1512)滤波器幅频特性图
[HW]freqz(BAN)N整数时函数返回N点频率量幅频响应量
plot(f*fs(2*pi)20*log10(abs(h)))参数分频率幅值
xlabel(＇频率赫兹＇)
ylabel(＇增益分贝＇)
title(＇滤波器增益响应＇)
figure(2)
subplot(211)
t01fs025定义时间范围步长
ssin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t)滤波前信号
plot(ts)滤波前信号图
xlabel(＇时间秒＇)
ylabel(＇幅度＇)
title(＇信号滤波前时域图＇)
subplot(212)
Fsfft(s512)信号变换频域
AFsabs(Fs)信号频域图幅值
f(0255)*fs512频率采样
plot(fAFs(1256))滤波前信号频域图
xlabel(＇频率赫兹＇)
ylabel(＇幅度＇)
title(＇信号滤波前频域图＇)
figure(3)
sffilter(b1s)filter函数信号进行滤波
输入参数分滤波器系统函数分子分母项式系数量滤波信号输入
subplot(211)
plot(tsf)滤波信号图
xlabel(＇时间秒＇)
ylabel(＇幅度＇)
title(＇信号滤波时域图＇)
axis([02 025 2 2])限定图坐标范围
subplot(212)
Fsffft(sf512)滤波信号频域图
AFsfabs(Fsf)信号频域图幅值
f(0255)*fs512频率采样
plot(fAFsf(1256))滤波信号频域图
xlabel(＇频率赫兹＇)
ylabel(＇幅度＇)
title(＇信号滤波频域图＇)
52 仿真结果图
6 心体会
次课程设计通设计实例介绍利MATLAB实现 FIR滤波器设计滤波三种方法仿真结果出均达技术指标求方法简单快捷减轻工作量滤波器设计工作完成助MATLABexport操作导出设计滤波器系统函数H(z)MATLAB具强接口功仿真结果方便移植 DSPCPLDFPGA等器件中实际应中需求修改滤波器参数程序作较少改动实现截止频率FIR滤波器实性较强编写程序程中犯少低级错误应该 重错误学帮助找出改正正确次课程设计获益颇
参考文献
[1] 程佩青 数字信号处理(第2版)[M]北京清华学出版社2003
[2] 林彦杰基MATLABFIR数字滤波器设计[J]南京邮电学院电子工程系江苏省南京市 2003
[3] 楼天李博菡 基MATLAB系统分析设计—信号处理[M]西安 西安电子科技学出版社2001
[4] 陈怀琛 MATLAB电子信息课程中应[M]北京电子工业出版社2002
[5] 潘永王子旭游治 数字FIR滤波器Matlab设计[J]半导体技术 2001
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