基于DSP的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與仿真

目錄2123摘要 2TOC\o"1-3"\h\u22202第1章緒論 345671.1基于DSP的IIR濾波器設(shè)計(jì)課題背景 3541.2本設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容與方法 323840第2章IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 3309072.1IIR數(shù)字濾波器的基本概念 3203702.2IIR濾波器的結(jié)構(gòu) 4194632.2.1直接型 466292.2.2級(jí)聯(lián)型 5215112.2.3并聯(lián)型 5128352.3IIR濾波器的設(shè)計(jì)方法 6192582.4模擬濾波器的離散化 668812.4.1脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器 731638第3章詳細(xì)設(shè)計(jì) 818733第4章實(shí)驗(yàn)過程 9136154.1匯編語言實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容 9181794.2實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及解決的辦法 12213534.3CCS程序運(yùn)行后的各種輸出結(jié)果 13241304.4出現(xiàn)的錯(cuò)誤及如何改正 143208匯編程序清單 1514457irr.prj文件內(nèi)容： 1526316yuyinjiazao.m的程序如下： 18526參考文獻(xiàn) 20摘要隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化時(shí)代已經(jīng)到來，數(shù)字信號(hào)的處理逐步發(fā)展成為一門主流技術(shù)。濾波技術(shù)的發(fā)展，對(duì)信息處理技術(shù)的發(fā)展具有及其重要的作用，相對(duì)于模擬濾波器，數(shù)字濾波器沒有漂移，能夠處理低頻信號(hào)，頻率響應(yīng)特性可做成非常接近于理想的特性，且精度可以達(dá)到很高，容易集成等，這些優(yōu)勢決定了數(shù)字濾波器的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)dsp（數(shù)字信號(hào)處理器）的出現(xiàn)也促進(jìn)了數(shù)字濾波器的發(fā)展。本文討論IIR數(shù)字濾波器在DSP上的實(shí)現(xiàn)思路，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析。該論文論述了IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理及其在DSP上的實(shí)現(xiàn)思路，并對(duì)用DSP實(shí)現(xiàn)IIR濾波器的方法進(jìn)行了分析。用MATLAB計(jì)算出IIR數(shù)字濾波器的系數(shù)，產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用CCS軟件調(diào)試C和匯編程序，并用TMS320C54對(duì)IIR進(jìn)行了仿真。關(guān)鍵詞DSPMATLABIIRAbstrctAlongwiththedevelopmentofinformationtechnology,thedigitalagehasarrived,digitalsignalprocessinggraduallydevelopedintoadoormainstreamtechnology.Filteringtechnologydevelopment,thedevelopmentofinformationtechnologyanditsimportantrole,withrelativetotheanalogfilter,digitalfiltersnodrift,abletohandlethelow-frequencysignals,frequencyresponsebutmakeitveryclosetoidealcharacteristics,andtheprecisioncanreachhigh,easyintegrationetc,theseadvantagesdecidedthedigitalfiltersusedmorewidely,andDSP(digitalsignalprocessor)presencealsopromotedthedevelopmentofdigitalfilter.ThispaperdiscussesontheDSPIIRdigitalfilter,andtheimplementationideastoitsrealizationmethodsareanalyzed.ThispaperdiscussesthedesignprincipleofIIRdigitalfilterandtheimplementationapproachandDSPandIIRfilterwithDSPrealizethemethodsareanalyzed.MATLABcalculateIIRdigitalfiltercoefficients,producetheinputdata,appliedCCSsoftwaredebuggingCandassemblerofTMS320C54IIR,andsimulated.第1章緒論1.1基于DSP的IIR濾波器設(shè)計(jì)課題背景隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，各種新型的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路不斷涌現(xiàn)，集成電路技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，使得數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)逐漸發(fā)展成為一門主流技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)就是基于VLSI技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一門重要技術(shù)。DSP技術(shù)已在通信、控制、信號(hào)處理、儀器儀表、醫(yī)療、家電等很多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字濾波器在各種數(shù)字信號(hào)處理中發(fā)揮著十分重要的作用，用數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)一直是信號(hào)處理領(lǐng)域的重要研究課題。常用的數(shù)字濾波器有IIR濾波器和FIR濾波器，其中IIR濾波器因具有結(jié)構(gòu)簡單、占用存儲(chǔ)空間少、運(yùn)算速度快、較高的計(jì)算精度和能夠用較低的階數(shù)實(shí)現(xiàn)、較好的選頻特性等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。1.2本設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容與方法主要是在學(xué)習(xí)信號(hào)分析與處理的基礎(chǔ)知識(shí)后，應(yīng)用MATLAB軟件、CCS軟件結(jié)合來設(shè)計(jì)基于DSP的IIR濾波器設(shè)計(jì)。應(yīng)用MATLAB軟件設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器：應(yīng)用MATLAB中的工具FDATOOL工具設(shè)計(jì)濾波器的系數(shù)；在MATLAB中編譯M文件，產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)。應(yīng)用DSP芯片的匯編語言與C語言進(jìn)行編寫程序，應(yīng)用DSP集成軟件開發(fā)環(huán)境CCS調(diào)試匯編程序與C程序，并用TMS320C54結(jié)合軟件開發(fā)環(huán)境CCS來實(shí)現(xiàn)了IIR數(shù)字濾波的仿真。第2章IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器可以理解為是一個(gè)計(jì)算程序或算法，將代表輸入信號(hào)的數(shù)字時(shí)間序列轉(zhuǎn)化為代表輸出信號(hào)的數(shù)字時(shí)間序列，并在轉(zhuǎn)化過程中，使信號(hào)按預(yù)定的形式變化。數(shù)字濾波器有多種分類，按頻率特性可劃分為：低通數(shù)字濾波器、高通數(shù)字濾波器、帶通數(shù)字濾波器、帶阻數(shù)字濾波器；根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)的時(shí)域特征，可分為無限長沖激響應(yīng)(IIR)濾波器和有限長沖激響應(yīng)(FIR)濾波器。2.1IIR數(shù)字濾波器的基本概念無限脈沖響應(yīng)濾波器是數(shù)字濾波器的一種，簡稱IIR數(shù)位濾波器(infiniteimpulseresponsefilter)。由于無限脈沖響應(yīng)濾波器中存在反饋回路，因此對(duì)于脈沖輸入信號(hào)的響應(yīng)是無限延續(xù)的。iir濾波器有以下幾個(gè)特點(diǎn)

1IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以寫成封閉函數(shù)的形式。

2IIR數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。iir濾波器運(yùn)算結(jié)構(gòu)通常由延時(shí)、乘以系數(shù)和相加等基本運(yùn)算組成，可以組合成直接型、正準(zhǔn)型、級(jí)聯(lián)型、并聯(lián)型四種結(jié)構(gòu)形式，都具有反饋回路。由于運(yùn)算中的舍入處理，使誤差不斷累積，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱的寄生振蕩。3iir數(shù)字濾波器在計(jì)上可以借助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓濾波器等，有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或圖表可查，其設(shè)計(jì)工作量比較小，對(duì)計(jì)算工具的要求不高。在設(shè)計(jì)一個(gè)iir數(shù)字濾波器時(shí)，我們根據(jù)指標(biāo)先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。

4iir數(shù)字濾波器的相位特性不好控制，對(duì)相位要求較高時(shí)，需加相位校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。

5iir單位響應(yīng)為無限脈沖序列fir單位響應(yīng)為有限的

6iir幅頻特性精度很高，不是線性相位的，可以應(yīng)用于對(duì)相位信息不敏感的音頻信號(hào)上；

fir幅頻特性精度較之于iir低，但是線性相位，就是不同頻率分量的信號(hào)經(jīng)過fir濾波器后他們的時(shí)間差不變。這是很好的性質(zhì)。無限脈沖響應(yīng)濾波器的缺點(diǎn)：（1）脈沖響應(yīng)為無限長：造成當(dāng)輸入數(shù)位訊號(hào)為有限長的時(shí)候，輸出數(shù)位訊號(hào)會(huì)變成無限長。（2）比有限脈沖響應(yīng)濾波器較不易最佳化。（3）不一定是穩(wěn)定的：因?yàn)閆轉(zhuǎn)換后所有的極點(diǎn)不一定都在單位圓內(nèi)2.2IIR濾波器的結(jié)構(gòu)IIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)是無限長的，結(jié)構(gòu)上有輸出到輸入的反饋（頻率采樣結(jié)構(gòu)除外），是遞歸型。濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：（2.1）由傳遞函數(shù)可知，用兩個(gè)向量就可以對(duì)一個(gè)IIR濾波器進(jìn)行表征。實(shí)現(xiàn)IIR濾波器可以采用直接形式、級(jí)聯(lián)形式和并聯(lián)形式3種結(jié)構(gòu)。2.2.1直接型直接Ⅰ型:IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)（2.3）對(duì)應(yīng)的差分方程為從上式可以看出，是有兩部分相加構(gòu)成的:第一部分是一個(gè)對(duì)輸入信號(hào)的節(jié)延時(shí)結(jié)構(gòu)，每節(jié)延時(shí)抽頭后加權(quán)相加，這是一個(gè)實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)的橫向結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；第二部分是一個(gè)對(duì)的延時(shí)結(jié)構(gòu)，每級(jí)延時(shí)抽頭后加權(quán)相加，因此是一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)。直接Ⅱ型：IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)又可寫為可視為分子多項(xiàng)式與分母多項(xiàng)式的倒數(shù)所構(gòu)成的兩個(gè)子系統(tǒng)函數(shù)的乘積，這相應(yīng)與子系統(tǒng)級(jí)聯(lián)。第一個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)，第二個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)，而且已知一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)，如果交換其子系統(tǒng)的次序，系統(tǒng)函數(shù)不發(fā)生改變。這種結(jié)構(gòu)形式稱為直接Ⅱ型。2.2.2級(jí)聯(lián)型將IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)的分子分母表達(dá)為因子的形式，即由于系統(tǒng)函數(shù)的系數(shù)都是實(shí)系數(shù)，故零、極點(diǎn)只有兩種情況：或者是實(shí)根，或者是共軛復(fù)根。式中A為歸一化常數(shù)，,,表示實(shí)零點(diǎn)，表示實(shí)極點(diǎn)，每一對(duì)共軛因子合并起來，就可以構(gòu)成一個(gè)實(shí)系數(shù)的二階因子。因此，任意系統(tǒng)均可由一階和二階子系統(tǒng)級(jí)聯(lián)構(gòu)成。級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是存儲(chǔ)單元比較少，用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以用一個(gè)二階進(jìn)行分時(shí)復(fù)用。級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)特點(diǎn)是，其每一個(gè)基本節(jié)都關(guān)系到濾波器的一對(duì)極點(diǎn)和一對(duì)零點(diǎn)。2.2.3并聯(lián)型將IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)展成部分分式之和，即式中,由于系統(tǒng)函數(shù)的系數(shù)都是實(shí)系數(shù)，故,如果M<N,則上式不包括項(xiàng)；如果M=N，則項(xiàng)變?yōu)?。一般IIR系統(tǒng)皆滿足MN的條件。當(dāng)M=N時(shí)，上式變?yōu)榭傁到y(tǒng)函數(shù)為各部分悉數(shù)函數(shù)之和時(shí)，則表示其為各相應(yīng)子系統(tǒng)的并聯(lián)。所以上式可理解為一階和二階系統(tǒng)的并聯(lián)組合。顯然，并聯(lián)結(jié)構(gòu)速度快，也可以單獨(dú)調(diào)整極點(diǎn)位置，但不能像級(jí)聯(lián)那樣直接調(diào)整零極點(diǎn)，因?yàn)椴⒙?lián)型各二階網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)，并非整個(gè)系統(tǒng)函數(shù)的零點(diǎn)。因此，當(dāng)要求準(zhǔn)確傳輸零點(diǎn)時(shí)，以采用級(jí)聯(lián)型為宜。另外，并聯(lián)型各基本節(jié)的誤差互不影響。2.3IIR濾波器的設(shè)計(jì)方法IIR與FIR濾波器不論是在性能，還是在設(shè)計(jì)方法上都有很大區(qū)別。FIR濾波器可以根據(jù)給定的頻率特性直接設(shè)計(jì)，而IIR濾波器則需要使用模擬濾波器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。IIR濾波器的設(shè)計(jì)需要借助于模擬原型濾波器，再將模擬濾波器轉(zhuǎn)化為數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)這一過程已有成熟完整的程序。進(jìn)行模擬濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，已有完整的設(shè)計(jì)公式和較為完整的圖表可供選用，因此，設(shè)計(jì)IIR濾波器可以充分利用這些已有的資源。IIR濾波器的設(shè)計(jì)流程如下：根據(jù)一定規(guī)則，將給定的數(shù)字濾波器指標(biāo)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模擬濾波器指標(biāo)。根據(jù)轉(zhuǎn)化后的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)模擬低通濾波器。根據(jù)一定規(guī)則將轉(zhuǎn)化為。常用轉(zhuǎn)化方法有沖激響應(yīng)不變法和雙線性變化法。如果需要設(shè)計(jì)高通、帶通或帶阻濾波器，則應(yīng)首先將其技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)為低通模擬濾波器的技術(shù)指標(biāo)，然后按新指標(biāo)設(shè)計(jì)，再將轉(zhuǎn)化為。MATLAB7.0工具箱提供了幾個(gè)模擬濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)，如Bessel低通模擬濾波器、Butterworth模擬低通濾波器、Chebyshew濾波器、橢圓濾波器等；工具箱還提供了從模擬低通濾波器向低通、高通、帶通和帶阻濾波器轉(zhuǎn)化的函數(shù)。2.4模擬濾波器的離散化從模擬濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器就是要由列出的系統(tǒng)函數(shù)進(jìn)一步得到。歸根結(jié)底是一個(gè)由S平面到Z平面的交換，即模擬濾波器的離散化。這個(gè)交換要遵循兩個(gè)基本目標(biāo)：（1）的頻率響應(yīng)必須要模仿的頻率響應(yīng)，也就是S平面的虛軸應(yīng)該映射到Z平面的單位圓上；（2）的因果穩(wěn)定性，通過映射后仍應(yīng)在多得到的中保持。工程上常用的只有脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法兩種。下面就對(duì)這兩種方法進(jìn)行介紹。2.4.1脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器脈沖響應(yīng)不變變換法，又稱為標(biāo)準(zhǔn)z變換法，它能保證從模擬濾波器變換所得的數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng)，就是以T為采樣周期對(duì)相應(yīng)的模擬濾波器的單位脈沖響應(yīng)的等間隔采樣，也就是的拉氏變換為的Z變換即為數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)的Z變換和的拉氏變換之間的關(guān)系為即時(shí)域的采樣，使連續(xù)信號(hào)的拉氏變化在s平面上沿虛軸周期延拓，然后再經(jīng)過的映射關(guān)系，將映射到z平面上，即得。這樣，就實(shí)現(xiàn)了從S平面到Z平面的變換，模擬濾波器實(shí)現(xiàn)了離散化。將模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)表達(dá)為如下部分分式形式則相應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)是式中為單位脈沖響應(yīng)。根據(jù)脈沖響應(yīng)不變變換法的意義，數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)為所以，可得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為由此可見，從間的變換關(guān)系為脈沖響應(yīng)不變變換法主要用于設(shè)計(jì)某些要求在時(shí)域上能模仿模擬濾波器功能的數(shù)字濾波器。這種變換法的主要特點(diǎn)是：頻率坐標(biāo)的變換時(shí)現(xiàn)行的，即;具有頻譜的周期延拓效應(yīng)，只能用于限帶的頻響特性。采用脈沖響應(yīng)不變第3章詳細(xì)設(shè)計(jì)在本實(shí)驗(yàn)中使用MATLAB模擬產(chǎn)生信號(hào)，觀察濾波前的時(shí)域波形和頻域波形。MATLAB仿真后，使用得到的濾波器參數(shù)，進(jìn)行DSP編程，在DSP中實(shí)現(xiàn)帶通濾波，并使用CCS的頻譜分析功能，查看DSP的濾波效果。MATLAB程序流程圖如圖3.1所示圖3.1MATLAB程序流程圖CCS匯編程序流程圖如圖3.2所示圖3.2CCS匯編程序流程圖第4章實(shí)驗(yàn)過程4.1匯編語言實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容H(z）=MATLAB輔助DSP實(shí)現(xiàn)FIR,其總體過程為在DSP中編寫處理程序，在MATLAB中利用濾波器設(shè)計(jì),根據(jù)指定的濾波器性能快速設(shè)計(jì)一個(gè)IIR,然后把濾波器系數(shù)以頭文件形式導(dǎo)入CCS中,頭文件中MATLAB輔助DSP實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字濾波器含濾波器階數(shù)和系數(shù)數(shù)組,在MATLAB中調(diào)試、運(yùn)行DSP程序并顯示、分析處理后的數(shù)據(jù)。使用該方法,便于采用匯編語言來實(shí)現(xiàn)程序。頭文件名不變,當(dāng)MATLAB中設(shè)計(jì)的濾波器系數(shù)改變時(shí),相應(yīng)頭文件中系數(shù)也改變,方便了程序調(diào)試、仿真。（1）在MATLAB中先編寫程序，查看待濾波和已濾波的信號(hào)的時(shí)域和頻域波形，如圖4.1所示.圖4.1待濾波信號(hào)的時(shí)域圖頻域圖利用FDATOOL設(shè)計(jì)IIR濾波器的參數(shù)，操作步驟如圖4.2所示。圖4.2FRI濾波器的參數(shù)打開Export，把Numerator改為B,如圖4.3所示。圖4.3Export設(shè)置已濾波的信號(hào)的時(shí)域和頻域波形，如圖4.4所示。圖4.4已濾波信號(hào)時(shí)域波形已濾波信號(hào)頻域波形圖MATLAB濾波器設(shè)計(jì)工具在完成IIR設(shè)計(jì)后,如圖4.5所示，在Exportas中選擇16bit符號(hào)整數(shù)輸出，然后單擊OK按鈕。生成iir.hC語言頭文件。將系數(shù)稍作修改，調(diào)整后拷貝到程序的系數(shù)初始化空間即可。圖4.5MATLAB輸出數(shù)值轉(zhuǎn)換圖（2）在CCS中編寫匯編語言程序，進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)帶通濾波的功能。在CCSIDE中建立iir.pjt工程,用匯編語言編寫處理主程序iir.asm。另外根據(jù)板上的存儲(chǔ)器配置方式,編寫存儲(chǔ)器配置文件iir.cmd文件,將MATLAB生成的LHM.h和input1.dat文件拷貝到iir.pjt工程文件夾下，進(jìn)行編譯、鏈接,生成可執(zhí)行文件iir.out。（3）加載初始化data數(shù)據(jù)，圖4.6所示。圖4.6data初始化圖運(yùn)行程序，查看輸入輸出波形，修改相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。4.2實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及解決的辦法（1）在MATLAB程序設(shè)計(jì)中，采樣頻率設(shè)置的過小，截止頻率大于采樣頻率的一半，運(yùn)行的時(shí)候圖形出現(xiàn)錯(cuò)誤。（2）IIR.m中的采樣頻率要和開始設(shè)置時(shí)的采樣頻率一致，否則結(jié)果會(huì)出現(xiàn)偏差。（3）在CCS中未定義標(biāo)號(hào)，程序運(yùn)行錯(cuò)誤。（4）在.h文件中未把coeff頂格寫，編譯時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。（5）未將iir.h和input.dat文件考入工程文件中。（6）間接尋址過程中，程序中丟失。(7)在View的Graph中單擊Time/frequency出現(xiàn)graphpropertydialog框，未修改抽樣點(diǎn)數(shù)。顯示的圖形出現(xiàn)差異4.3CCS程序運(yùn)行后的各種輸出結(jié)果在View的Graph中單擊Time/frequency出現(xiàn)graphpropertydialog框。將顯示類型，圖形名稱，起始地址，抽樣點(diǎn)數(shù)，數(shù)據(jù)類型等分別進(jìn)行設(shè)置，輸出各種波形。輸出濾波前的信號(hào)時(shí)域波形。首先，設(shè)置如圖4.7所示，輸出濾波前的信號(hào)時(shí)域波形。圖4.7Graphpropertydialog設(shè)置框圖單擊OK后生成如下圖4.8波形。圖4.8濾波前后信號(hào)波形圖圖4.8上為濾波前的信號(hào)，波形很雜亂，從時(shí)域上很難看出信號(hào)的周期性。修改相應(yīng)設(shè)置，輸出如圖4.9下所示濾波前信號(hào)頻譜。圖4.9濾波前信號(hào)頻譜波形圖經(jīng)過濾波后，時(shí)域波形頻譜波形如圖4.10所示。圖4.10濾波后信號(hào)頻譜圖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(gè)參數(shù)，不宜過小，過小濾掉的高頻成分太多，很難還原出遠(yuǎn)波形的形狀，也不宜過大，過大濾波效果欠佳。在本課程設(shè)計(jì)中，通帶截止頻率選用4000Hz,阻帶截止頻率選用4500Hz，因此，顯示圖形時(shí)的，時(shí)域顯示的抽樣點(diǎn)數(shù)為1024，頻域顯示的帶寬為0.5Hz。對(duì)比濾波前后信號(hào)的時(shí)域圖4.8頻譜波形圖4.9和4.10可以知道，濾波前的時(shí)域信號(hào)的波形圖的波形很雜亂，很難看出信號(hào)的周期性，濾波后周期性也相對(duì)的明顯起來了；濾波前信號(hào)分布在整個(gè)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。4.4出現(xiàn)的錯(cuò)誤及如何改正（1）建立新工程時(shí)，忘加.cmd文件，是編譯出錯(cuò)；改正：向工程中添加.cmd文件。（2）生成輸入數(shù)據(jù)時(shí)，采樣頻率設(shè)置過小，使采樣后的數(shù)據(jù)丟失信息；改正：增大采樣頻率。（3）在MATLAB中，利用FDATOOL生成濾波器系數(shù)時(shí)，由于大意，把設(shè)置的階數(shù)勿以為是濾波器的階數(shù)n，實(shí)際上是n+1階，使設(shè)置的階數(shù)和程序中的不一致；改正：調(diào)整相應(yīng)的階數(shù)，使其一致。（4）程序編譯時(shí)，以頭文件導(dǎo)入濾波器系數(shù)，工程中缺少tmwtypes.h文件，是程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，無法編譯；改正：找到相應(yīng)的tmwtypes.h文件，添加到工程中。（5）以頭文件導(dǎo)入濾波器系數(shù)時(shí)，需要導(dǎo)入的文件和主程序中導(dǎo)入的文件名不一致，致使程序錯(cuò)誤；改正：修改程序，是其保持一致。（6）程序中輸出數(shù)據(jù)沒有設(shè)置為long型，開始勿以為是強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，結(jié)果輸出數(shù)據(jù)的出現(xiàn)了錯(cuò)誤；改正：輸出數(shù)據(jù)加上（long），強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。（7）裝載過數(shù)據(jù)后，就直接查看結(jié)果；改正：在裝載完數(shù)據(jù)后，先運(yùn)行，再查看結(jié)果。匯編程序清單irr.prj文件內(nèi)容：/*IIR直接II型低通數(shù)字濾波器madebyzhubaitong2017/6/12*/#include"math.h"#include"stdio.h"#defineIIRNUMBER7//濾波系數(shù)個(gè)數(shù)，階數(shù)為6階#defineSIGNAL1F2000//模擬頻率#defineSIGNAL2F12000//模擬頻率#defineSAMPLEF44200//采樣頻率#definePI3.1415926floatInputWave();floatIIR(float);floatfBn[IIRNUMBER]={0.0114322299248657, 0.0171793483064575, 0.0329713371065616, 0.0334189652543020, 0.0329713371065617, 0.0171793483064574, 0.0114322299248658 };//分子系數(shù)floatfAn[IIRNUMBER]={1, -3.10179843400455, 5.32463688839471, -5.65443746900525, 3.92680829562253, -1.67065468248483, 0.351136432174037 };//分母系數(shù)floatdd[IIRNUMBER]={0.0};//中間變量floatfInput,fOutput;floatfSignal1,fSignal2;floatfStepSignal1,fStepSignal2;floatf2PI;intj;floatfIn[256],fOut[256];intnIn,nOut;main(){ nIn=0;nOut=0; f2PI=2*PI; fSignal1=0.0;//初始相位 fSignal2=PI*0.1;//初始相位 fStepSignal1=2*PI*SIGNAL1F/SAMPLEF;//波形1數(shù)字頻率 fStepSignal2=2*PI*SIGNAL2F/SAMPLEF;//波形2數(shù)字頻率 while(1) { fInput=InputWave();//輸入Xn fIn[nIn]=fInput; nIn++;nIn%=256;//防止溢出 fOutput=IIR(fInput);//輸出Yn fOut[nOut]=fOutput; nOut++; //請(qǐng)?jiān)诖司渖显O(shè)置軟件斷點(diǎn) if(nOut>=256)//防止溢出 { nOut=0; } }}floatInputWave()//產(chǎn)生波形{ floatXn; Xn=sin(fSignal1)+0.5*sin(fSignal2); fSignal1+=fStepSignal1; if(fSignal1>=f2PI) fSignal1-=f2PI; fSignal2+=fStepSignal2; if(fSignal2>=f2PI) fSignal2-=f2PI; return(Xn);}xfloatIIR(floatXn)//直接II型IIR濾波{ floatYn=0.0; floatya=0.0;for(j=IIRNUMBER-1;j>0;j--)//中間變量dd[i]向后移一位 { dd[j]=dd[j-1]; } for(j=1;j<IIRNUMBER;j++) { ya+=fAn[j]*dd[j]; } ya=Xn-ya;//輸入Xn dd[0]=ya;//更新中間變量dd for(j=0;j<IIRNUMBER;j++) { Yn+=fBn[j]*dd[j]; } returnYn;//輸出Yn}yuyinjiazao.m的程序如下：[y,fs,bits]=wavread('dqt.wav');y=y(:,1);sigLength=length(y);Y=fft(y,sigLength);%%頻譜halflength=floor(sigLength/2);f=fs*(0:halflength)/sigLength;%%周期的一半t=(0:sigLength-1)/fs;%%采樣時(shí)間間隔figure(1)subplot(2,1,1)plot(t,y);xlabel('Time(s)');title('時(shí)域')subplot(2,1,2)plot(f,abs(Y(1:halflength+1)));xlabel('Frequency(Hz)');axis([0,8000,0,4000]);title('頻域')%%加噪聲n=0.2*cos(2*pi*7000*t);%%噪聲頻率為7000Hzwavwrite(n,fs,'noise.wav')y1(:,1)=y(:,1)+n';%%加噪語音信號(hào)figure(2)subplot(2,1,1)plot(t