fir滤波器毕业论文(编辑修改稿)

fir滤波器毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

它 的 出 现 和 发 展 使 电 子 系 统 设 计 师 借 助 于 CAD手 段 在 实 验 室 里 就 可 以 设 计 自 己 的 ASIC 器 件。 特 别 是 FPGA（ Field Programmable Gate Array） 的 产 生 与 发 展 ， 使 其 成 为 继 微 处 理 器 、 存 储 器 之 后 的 为 电 子 数 字 系 统 设 计 而 确 定 的又 一 种 新 的 工 业 标 准 (即 可 以 按 标 准 产 品 目 录 在 销 售 市 场 上 购 到 )。 数 字 系 统 正 朝 向 以 微 处理 器 、 存 储 器 、 FPGA 三 种 标 准 积 木 块 构 成 的 集 成 方 向 发 展。 数 字 信 号 处 理 器 (Digital Signal Processor)是 一 种 适 合 对 数 字 信 号 进 行 高 速 实 时 处 理 的专 用 处 理 器 ， 其 主 要 用 来 实 时 快 速 地 实 现 各 种 数 字 信 号 处 理 算 法。 在 当 今 的 数 字 化 时 代 背 2景 下 ， DSP 已 成 为 通 信 、 计 算 机 、 消 费 类 电 子 产 品 等 领 域 的 基 础 器 件。 2第 1 章 滤波器的基本概念 滤波器的原理和分类 滤波器的实现步骤滤 波 器 是 用 于 根 据 给 定 的 要 求 对 信 号 频 谱 进 行 修 改 或 整 形。 通 常 ， 大 多 数 的 滤 波 器 的 功 能 是 分 离 需 要 的 信 号 与 不 需 要 的 信 号 或 噪 声。 信 号 或 噪 声一 般 根 据 其 在 频 带 内 的 频 率 成 分 或 信 号 的 能 量 进 行 描 述 ， 滤 波 器 的 技 术 指 标 一 般 是 指 频 域内 的 幅 频 响 应 ， 增 益 或 衰 减。 滤 波 器 是 指 用 来 对 输 入 信 号 进 行 滤 波 的 硬 件 或 软 件。 如 果 滤 波 器 的 输 入 、 输 出 都 是 离散 信 号 ， 则 该 滤 波 器 的 冲 击 响 应 也 必 然 是 离 散 的 ， 这 样 的 滤 波 器 定 义 为 数 字 滤 波 器。 一 个数 字 滤 波 器 可 以 用 一 个 系 统 函 数 表 示 如 下 ： () )(1)(0zXYazbzHNkkMii 数 字 滤 波 器 的 功 能 ， 就 是 把 输 入 序 列 X(n)通 过 一 定 的 运 算 变 换 成 输 出 序 列 Y(n)。 一 旦 知 道 了 对 滤 波 器 的 要 求 ， 就 可 以 确 定 滤 波 器 的 技 术 指 标 ， 设 计 是 从 技 术 指 标 开 始的 ， 滤 波 器 实 现 的 过 程 包 括 四 个 一 般 步 骤 ：(1)函 数 逼 近(2)电 路 实 现(3)缺 陷 研 究(4)产 品 实 现函 数 逼 近 是 产 生 满 足 理 想 技 术 指 标 的 转 移 函 数。 电 路 实 现 滤 波 器 的 转 移 函 数 转 换 为 方 框 图 （ 也 叫 数 字 滤 波 器 网 络 ） 或 转 换 为 乙 组 对 输入 数 字 序 列 进 行 顺 序 计 算 的 方 程。 缺 陷 研 究 研 究 各 种 非 理 想 因 素 的 影 响 ， 如 存 储 采 样 值 和 稀 疏 的 有 限 字 长 ， 或 在 不 违 反滤 波 器 技 术 指 标 的 条 件 下 所 允 许 的 最 大 化 量 步 长。 产 品 实 现 使 用 硬 件 （ DSP 处 理 器 ， 专 用 硬 件 ， 常 用 VLSI 芯 片 ） 或 者 在 普 通 计 算 机 ，专 用 计 算 机 或 阵 列 处 理 器 上 运 行 的 软 件 构 建 滤 波 器 的 原 型 ， 需 要 作 出 以 下 判 定 ： （ a） 期间 的 类 型 ； （ b） 制 造 方 法 、 数 据 字 长 、 系 数 字 长 等 等。 采样定理自 然 界 发 生 的 信 号 一 般 都 是 连 续 的 ， 如 果 我 们 选 用 数 字 系 统 （ 如 计 算 机 ） 来 处 理 信 号 ，就 需 要 把 连 续 信 号 转 化 为 数 字 信 号 ， 可 能 还 要 把 结 果 在 转 化 为 连 续 信 号。 数 字 系 统 应 该 能 3去 除 不 需 要 的 信 号 及 干 扰 信 号。 在 处 理 信 号 之 前 ， 必 须 选 择 采 样 周 期 和 量 化 电 平 数 ， 采 样 周 期 选 择 错 误 会 产 生 严 重 误差 并 丢 失 信 息。 一 个 重 要 的 定 理 叫 做 采 样 定 理 ， 它 给 出 了 选 择 采 样 周 期 T 准 则。 为 了 对 采 样 定 理 的 重 要 性 有 一 个 感 性 的 认 识 ， 我 们 先 考 虑 一 频 率 的 正 弦 信 号。 对 频 率为 的 连 续 正 弦 信 号 采 样 时 ， 采 样 定 理 要 求 采 样 频 率 应 大 于 的af )2sin()aatftx 0faf两 倍 ： =1/T 以 使 〉 20f 0fa首 先 假 设 连 续 信 号 有 一 个 或 多 个 正 弦 信 号 组 成 ， 其 最 高 频 率 是 ， 如 果 采 样 频 率maxf至 少 是 最 高 频 率 的 两 倍 ， 则 正 弦 信 号 可 由 其 等 间 隔 的 样 值 唯 一 表 示。 当 采 样 序 列 通0fmaxf过 一 个 对 高 于 的 正 弦 信 号 有 抑 制 作 用 的 系 统 时 ， 原 始 连 续 信 号 就 可 以 由 采 样 序 列 重 建。 最 小 采 样 频 率 是 =2 ， 采 样 频 率 的 一 半 叫 做 奈 奎 斯 特 频 率 ， 也 叫 做 折 叠 频 率。 0fax奈 奎 斯 特 频 率 = /2=1/2T0f如 果 正 弦 信 号 的 频 率 〈 又 大 于 奈 奎 斯 特 频 率 /2， 经 采 样 成 为 离 散 时 间 信 号 时f0 0f就 有 小 于 奈 奎 斯 特 的 信 号 混 入 ， 混 入 频 率 的 出 现 就 好 像 有 两 个 信 号 存 在 ， 一 个 频 率 是 ，af另 一 个 是 — ， 新 词 成 为 混 叠 频 率。 混 叠 效 应 可 通 过 一 个 称 为 连 续 低 通 抗 混 叠 滤 波 器0fa的 系 统 消 除 ， 该 系 统 常 用 在 连 续 信 号 离 散 化 之 前。 在 实 际 应 用 中 ， 通 常 选 择 采 样 频 率 为 信号 频 率 最 大 值 的 4 倍。 af 滤波器的技术指标滤 波 器 的 技 术 指 标 可 用 以 下 几 种 方 式 来 表 示 ：1. 幅 度 范 围 定 义 了 通 带 的 最 小 幅 度 和 阻 带 的 最 大 幅 度 M。 pMs2. 幅 度 容 限 值 指 定 通 带 幅 度 减 小 的 最 大 值 和 阻 带 幅 度 的 最 大 值 M。 p1 ss3. 幅 度 纹 波 容 限 描 述 了 通 带 内 幅 度 变 化 最 大 量 和 阻 带 内 幅 度 变 化 最 大 量。 24. 衰 减 范 围 用 dB 表 示 ， 指 定 通 带 内 的 最 大 衰 减 和 阻 带 内 的 最 小 衰 减。 pAsA5. 增 益 范 围 用 dB 表 示 ， 指 定 通 带 内 最 小 增 益 恶 化 阻 带 内 最 大 增 益。 GGs（ 1） 低 通 滤 波 器 的 技 术 指 标 ： =1,0 ； =0，。 )(jeH)(jeH（ 2） 带 通 滤 波 器 的 技 术 指 标 ： =0， 0 ； =1； ；=0，。 )(jeH（ 3） 高 通 滤 波 器 的 技 术 指 标 ： =0， 0 ； =1，。 )(j )(j（ 4） 带 阻 滤 波 器 的 技 术 指 标 ： =1， 0 ； =0； w ；ee=1， w。 )(j 数字滤波器的系统特性 离 散 系 统 的 实 现系 统 的 时 间 响 应 是 在 指 定 的 运 算 条 件 下 ， 一 组 给 定 的 输 入 信 号 施 加 于 系 统 时 输 出 信 号随 时 间 变 化 的 函 数。 在 连 续 时 间 系 统 中 ， 输 入 和 输 出 都 是 连 续 时 间 信 号 ， 离 散 时 间 系 统 具有 离 散 时 间 的 输 入 输 出 信 号。 4如 果 一 个 离 散 时 间 系 统 对 幅 度 被 量 化 的 离 散 时 间 信 号 进 行 操 作 ， 就 是 数 字 系 统。 量化 把 每 个 连 续 的 幅 值 应 设 成 一 个 数。 数 字 系 统 既 可 以 直 接 用 通 常 的 逻 辑 电 路 形 式 运 算 ， 也可 以 间 接 的 通 过 编 写 执 行 对 信 号 的 操 作 的 计 算 机 程 序 来 处 理。 数 字 滤 波 器 是 一 种 用 来 过 滤 时 间 离 散 信 号 的 数 字 系 统 ， 它 是 通 过 对 抽 样 数 据 进 行 数 学处 理 来 达 到 频 域 滤 波 的 目 的。 数 字 滤 波 器 可 以 用 软 件 或 设 计 专 用 的 数 字 处 理 硬 件 两 种 方 式来 实 现。 用 软 件 来 实 现 数 字 滤 波 器 优 点 是 ： 随 着 滤 波 器 参 数 的 改 变 ， 很 容 易 改 变 滤 波 器 的性 能。 具 有 精 度 高 、 可 靠 性 高 和 灵 活 性 高 等 特 点 ， 对 于 消 除 干 扰 ， 提 高 通 信 质 量 有 重 要 的作 用 ， 目 前 得 到 了 广 泛 的 应 用。 数 字 滤 波 器 的 技 术 指 标 通 常 是 给 定 的 ， 但 在 许 多 情 况 下 设 计 者 必 须 自 己 建 立 技 术 指 标 ，这 是 滤 波 器 设 计 中 最 重 要 的 先 决 条 件。 就 是 说 ， 如 果 技 术 指 标 太 苛 刻 （ 比 如 通 带 和 阻 带 容差 非 常 低 ， 过 度 区 较 窄 ） ， 那 么 滤 波 器 是 不 可 能 实 现 的。 选 择 合 适 的 技 术 指 标 必 须 根 据 信 号 的 特 点 （ 如 需 要 的 和 不 需 要 的 信 号 或 噪 音 的 频 带 及相 应 的 电 平 值 ） 和 现 有 的 硬 件 或 软 件 （ 浮 点 或 定 点 计 算 ， 系 数 字 长 等 ）。 现 在 考 虑 离 散 时 间 线 性 时 不 变 系 统 （ DTLTI） 如 图 11 所 示。 其 输 入 为 正 弦 序 列 x in(n)：x(n)=Xsin(2 fn+ )稳 态 输 入 序 列 为 y(n)： y(n)=Ysin(2 fn+ )比 值 M(f)=Y/X 描 述 了 正 弦 序 列 的 幅 度 变 化 ， 称 为 频 率 响 应。 (f)= 表 示 正 弦 输入 序 列 的 相 位 变 化 ， 称 为 相 频 响 应。 DTLTIX(n) Y(n) 图 11 离散系统也 即 是 说 ， M(f) 表 示 频 率 为 f 的 输 入 信 号 如 何 通 过 系 统 传 输。 由 频 率 响 应 可 推 出 转)(fje移 函 数。 DTLTI 的 转 移 函 数 H(z)是 复 变 量 z 的 有 利 函 数 ， 当 z=e 时 ， 转 移 函 数 即 为 频 率响 应 H(e)=M(f) )。 (fj由 频 率 响 应 M(f)= 可 推 出 几 个 函 数。 频 率 响 应 平 方 的 倒 数 成 为 损 耗 函 数 ：2fj L (f)=1/M (f) 2（ ）称 函 数 为 特 征 函 数 ： 1)(fLF K(f)= 1)(/2fM（ ）衰 减 （ 用 dB 表 示 ） 或 损 耗 特 征 定 义 为 ： A(f)=20㏒ 1/M(f) （ ）增 益 （ 用 dB 表 示 ） 等 于 衰 减 的 负 值 ： 5 G(f)=A(f)= 20㏒ 1/M(f)。