長安大學數(shù)字信號課程設(shè)計

1、數(shù)字信號處理課程設(shè)計報告學院：信息工程學院專業(yè)：電子信息工程班級：2012240302學號：2012240302*姓名：*指導老師：* 第一部分 設(shè)計要求數(shù)字信號處理課程設(shè)計一、 目的1.使學生增進對MATLAB的認識，加深對數(shù)字信號處理理論方面的理解。2.使學生掌握數(shù)字信號處理中IIR和FIR濾波器的設(shè)計。3.使學生了解和掌握用MATLAB實現(xiàn)IIR和FIR濾波器的設(shè)計方法、過程，為以后的設(shè)計打下良好基礎(chǔ)。二、說明及要求1.學生可以自選題目。2.要達到的結(jié)果：要求寫出詳細報告，在報告中寫出源程序、并附上綜合結(jié)果和仿真波形等。三、過程1.選擇題目：根據(jù)自己掌握的情況選擇合適的題目。要求IIR濾

2、波器的設(shè)計中，模擬濾波器的設(shè)計選擇兩個，數(shù)字濾波器的設(shè)計選擇兩個；FIR濾波器的設(shè)計中，窗函數(shù)選擇兩個；頻譜分析題為必做內(nèi)容。2.技術(shù)參數(shù)設(shè)定：選定所要設(shè)計的某種類型的濾波器后，自己設(shè)定相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。3.Matlab程序設(shè)計。對自己的聲音信號進行濾波，將濾波前后聲音的頻譜分析做對比。錄音可用WINDOWS系統(tǒng)自帶的錄音機，單通道，8000HZ采樣率。4.得出結(jié)果和仿真波形。5.總結(jié)：對以上各設(shè)計步驟寫出詳細的設(shè)計報告，存在什么問題，如何解決。四、數(shù)字信號處理課程設(shè)計參考題目1.IIR（無限脈沖響應(yīng)）模擬濾波器設(shè)計（1）模擬低通濾波器設(shè)計（2）模擬高通濾波器設(shè)計（3）模擬帶通濾波器設(shè)計 （4）

3、模擬帶阻濾波器設(shè)計 從以上四個題目中任選兩個。對于濾波器的類型可以自行選擇（如巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器等）。技術(shù)指標：自擬總體要求：Matlab原程序+仿真波形+技術(shù)指標2.IIR（無限脈沖響應(yīng)）數(shù)字濾波器設(shè)計（1）IIR數(shù)字低通濾波器設(shè)計（2）IIR數(shù)字高通濾波器設(shè)計（3）IIR數(shù)字帶通濾波器設(shè)計（4）IIR數(shù)字帶阻濾波器設(shè)計 從以上四個題目中任選兩個。對于濾波器的類型可以自行選擇（如巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器等）。總體要求：Matlab原程序+仿真波形+技術(shù)指標技術(shù)指標：自擬3.FIR（有限脈沖響應(yīng)）數(shù)字濾波器設(shè)計（1）基于矩形

4、窗的FIR濾波器設(shè)計（2）基于漢寧窗（升余弦窗）的FIR濾波器設(shè)計（3）基于漢明窗（改進的升余弦窗）的FIR濾波器設(shè)計（4）基于布萊克曼窗（三階升余弦窗）的FIR濾波器設(shè)計（5）基于凱塞窗的FIR濾波器設(shè)計 從以上五個題目中任選兩個?？傮w要求：Matlab原程序+仿真波形+技術(shù)指標+窗函數(shù)技術(shù)指標：自擬4、利用FFT進行頻譜分析。設(shè)一序列中含有三種頻率成分，f1=3Hz，f2=3.05Hz，f3=2.9Hz，采樣頻率為fs=10Hz，序列：分別取N1=64,N2=128點有效數(shù)據(jù)作頻譜特性分析，分別在四個圖形窗口繪出x(n)， X(k)64點DFT，X(k)補零到128點DFT，X(k)128

5、點DFT。比較得出在哪種情況下可以清楚地分辨出信號的頻譜成分。此題目為必做內(nèi)容。五、數(shù)字信號處理課程設(shè)計環(huán)節(jié)參考資料及網(wǎng)站： 1.參考資料（1）數(shù)字信號處理，高西全，電子工業(yè)出版社（2）應(yīng)用MATLAB實現(xiàn)信號分析和處理，張明照，科學出版社（3）數(shù)字信號處理及MATLAB實現(xiàn)，余成波，清華大學出版社2.相關(guān)網(wǎng)站Matlab學習網(wǎng)六、設(shè)計報告要求1.設(shè)計報告一律按照規(guī)定的格式，使用A4紙，格式、封面統(tǒng)一給出模版（班長定）。2.報告內(nèi)容（1）設(shè)計題目（2）設(shè)計要求（3）設(shè)計原理（4）源程序清單（5）設(shè)計結(jié)果和仿真波形（6）收獲和體會（7）參考文獻字數(shù)要求不少于2000字。七、成績評定辦法 1.要求

6、設(shè)計的程序和波形、設(shè)計報告必須獨立完成，鼓勵創(chuàng)新。注意：凡是兩份完全一樣的設(shè)計，兩人都按不及格處理； 仿真波形圖不準手畫，必須是從原圖中抓取。第二部分 報告正文摘要：數(shù)字信號處理就是用數(shù)值計算的方式對信號進行加工的理論和技術(shù)，它的英文原名叫digital signal processing，簡稱DSP。數(shù)字信號處理的目的是對真實世界的連續(xù)模擬信號進行測量或濾波。因此在進行數(shù)字信號處理之前需要將信號從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，這通常通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。而數(shù)字信號處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的。1.IIR（無限脈沖響應(yīng)）模擬濾波器設(shè)計（1）模擬低通濾波器設(shè)計巴特沃斯濾波器簡介：

7、巴特沃斯濾波器是電子濾波器的一種。巴特沃斯濾波器的特點是通頻帶的頻率響應(yīng)曲線最平滑。這種濾波器最先由英國工程師斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年發(fā)表在英國無線電工程期刊的一篇論文中提出的。原理：設(shè)計指標：截止頻率p=5Khz，帶通最大衰減p=1dB，帶阻起始頻率s=40kHz，帶阻最小衰減s=30dBWp=2*pi*5*103;Ws=2*pi*20*103;rp=1;rs=40;wp=1;ws=Ws/Wp;N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');z,p,k=buttap(N);B,A=zp2tf(z,p,k);w

8、=0.05*pi:2*pi;h,w=freqs(B,A,w);plot(w,20*log10(abs(h),'k');grid;xlabel('lambda');ylabel('A(lambda)/dB'); 巴特沃斯型低通模擬濾波器 代碼巴特沃斯型低通模擬濾波器 仿真圖（2）模擬高通濾波器設(shè)計切比雪夫型模擬高通濾波器原理：在通帶（或稱“通頻帶”）上頻率響應(yīng)幅度等波紋波動的濾波器稱為“I型切比雪夫濾波器”；n階第一類切比雪夫濾波器的幅度與頻率的關(guān)系可用下列公式表示指標：帶通起始頻率fp=20kHz,帶通最大衰減p=1dB，阻帶截止頻率fs=15k

9、Hz，阻帶最小衰減s=20dBWp=2*20000;Ws=2*pi*15000;rp=1;rs=20;N,wpo=cheb1ord(Wp,Ws,rp,rs,'s');b,a=cheby1(N,rp,wpo,'high','s');w=0:2*pi*100:2*pi*30000;h,w=freqs(b,a,w);plot(w/(2*pi),20*log10(abs(h),'k');xlabel('f/Hz');ylabel('·ù¶È/dB');grid; 切比

10、雪夫型模擬高通濾波器 代碼切比雪夫型模擬高通濾波器 仿真圖2.IIR（無限脈沖響應(yīng)）數(shù)字濾波器設(shè)計（1）IIR數(shù)字低通濾波器設(shè)計巴特沃斯型數(shù)字濾波器指標：低通濾波器的通帶截止頻率fp=5kHz，帶通最大衰減p=1dB，阻帶起始頻率fs=10kHz，阻帶最小衰減s=30dB，采樣頻率Fs=30kHzFs=30000;fp=5000;fs=10000;rp=1;rs=30;wp=2*fp/Fs;ws=2*fs/Fs;N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs);b,a=butter(N,wc);w=0:0.01*pi:pi;h,w=freqz(b,a,w);plot(w/pi,20*log1

11、0(abs(h),'k');axis(0,1,-100,10);xlabel('omega/pi');ylabel('·ù¶È/dB');grid;Figure 1巴特沃斯型低通數(shù)字濾波器 代碼Figure 2巴特沃斯型數(shù)字濾波器（3）模擬帶通濾波器設(shè)計切比雪夫型數(shù)字帶通濾波器帶通濾波器的通帶范圍為1000015000Hz,帶通左邊的阻帶的截止頻率為8000Hz，通帶右邊的阻帶起始頻率為18000Hz，通帶最大衰減p=1dB，阻帶最小衰減s=30dB，采樣頻率為50000HzFs=50000;fp1=100

12、00;fp2=15000;fs1=8000;fs2=18000;rp=1;rs=30;wp=2*fp1/Fs,2*fp2/Fs;ws=2*fs1/Fs,2*fs2/Fs;N,wso=cheb2ord(wp,ws,rp,rs);b,a=cheby2(N,rs,wso);w=0:0.01*pi:pi;h,w=freqz(b,a,w);plot(w/pi,20*log10(abs(h),'k');axis(0,1,-60,10);xlabel('omega/pi');ylabel('·ù¶È/dB');grid;

13、Figure 3切比雪夫型數(shù)字帶通濾波器 代碼Figure 4切比雪夫型數(shù)字帶通濾波器 仿真圖3.FIR（有限脈沖響應(yīng)）數(shù)字濾波器設(shè)計（1）基于矩形窗的FIR濾波器設(shè)計矩形窗屬于時間變量的零次冪窗。矩形窗使用最多，習慣上不加窗就是使信號通過了矩形窗。這種窗的優(yōu)點是主瓣比較集中，缺點是旁瓣較高，并有負旁瓣，導致變換中帶進了高頻干擾和泄漏，甚至出現(xiàn)負譜現(xiàn)象。矩形窗函數(shù)：指標要求：通帶截止頻率p=0.2，窗長N=21。clear;close all;clc;wd=0.2*pi;N=21;M=(N-1)/2;nn=-M;M;n=nn+eps;hd=sin(wd*n)./(pi*n);w1=boxcar

14、(N)'h1=hd.*w1;H1=20*log10(abs(fft(h1,1024);HH1=H1(513:1024) H1(1:512);w=(-512:511)/512;plot(w,HH1);legend('¾ØÐδ°');xlabel('omega/pi');set(gcf,'color','w');Figure 5基于矩形窗的FIR濾波器 代碼Figure 6基于矩形窗的FIR濾波器 仿真圖（2）基于漢寧窗（升余弦窗）的FIR濾波器設(shè)計漢寧窗又稱升余弦

15、窗，漢寧窗可以看作是3個矩形時間窗的頻譜之和，或者說是 3個 sinc（t）型函數(shù)之和，而括號中的兩項相對于第一個譜窗向左、右各移動了 /T，從而使旁瓣互相抵消，消去高頻干擾和漏能?？梢钥闯?，漢寧窗主瓣加寬并降低，旁瓣則顯著減小，從減小泄漏觀點出發(fā)，漢寧窗優(yōu)于矩形窗但漢寧窗主瓣加寬，相當于分析帶寬加寬，頻率分辨力下降。指標要求：通帶截止頻率p=0.2，窗長N=21。clear;close all;clc;wd=0.2*pi;N=21;M=(N-1)/2;nn=-M;M;n=nn+eps;hd=sin(wd*n)./(pi*n);w1=hanning(N)'h1=hd.*w1;

16、H1=20*log10(abs(fft(h1,1024);HH1=H1(513:1024) H1(1:512);w=(-512:511)/512;plot(w,HH1);legend('ººÄþ´°');xlabel('omega/pi');set(gcf,'color','w');Figure 7 漢寧窗 代碼Figure 8 基于漢寧窗的FIR濾波器 仿真圖4、利用FFT進行頻譜分析。設(shè)一序列中含有三種頻率成分，f1=3Hz，f2=3.05Hz，f3=2.9Hz，采樣

17、頻率為fs=10Hz，序列：分別取N1=64,N2=128點有效數(shù)據(jù)作頻譜特性分析，分別在四個圖形窗口繪出x(n)， X(k)64點DFT，X(k)補零到128點DFT，X(k)128點DFT。比較得出在哪種情況下可以清楚地分辨出信號的頻譜成分。f1=3;f2=3.05;f3=2.9; %三種頻率fs=10; %抽樣頻率N1=64;n=0:N1-1;xn=sin(2*n*pi*f1/fs)+sin(2*n*pi*f2/fs)+sin(2*n*pi*f3/fs);figure(1) %繪圖stem(n,abs(xn),'.'); title('(a) x(n)的原始圖像

18、');xlabel('n');ylabel('|x(n)|'); X1k=fft(xn,N1); %x(k)64點DFTk=0:N1-1;figure(2) %繪圖stem(k,abs(X1k),'.') title('(b) X(k)64點DFT ');xlabel('k');ylabel('|X1(k)|');N2=128;X2k=fft(xn,N2);%補零到128點DFTk=0:N2-1;figure(3)stem(k,abs(X2k),'.')title('

19、(c)X(k)補零到128點DFT ');xlabel('k');ylabel('|X2(k)|');N3=128;n=0:N3-1;xn=sin(2*n*pi*f1/fs)+sin(2*n*pi*f2/fs)+sin(2*n*pi*f3/fs);X3k=fft(xn,N3); %x(k)128點DFTk=0:N3-1;figure(4)stem(k,abs(X3k),'.')title('(d) X(k)128點DFT ');xlabel('k');ylabel('|X3(k)|');5、

20、Matlab程序設(shè)計。對自己的聲音信號進行濾波，將濾波前后聲音的頻譜分析做對比。錄音可用WINDOWS系統(tǒng)自帶的錄音機，單通道，8000HZ采樣率。A,Fs,bits=wavread('C:UsersAdministratorDesktopcocoq.wav');N=length(A);t=0:1/Fs:(N-1)/Fs;figure('name','ԭʼÒôƵÐźÅ');subplot(211);plot(t,A);x

21、label('t/s');ylabel('y/V');title('ԭʼÐźÅʱÓò²¨ÐÎ');h1=fft(A,N);w=0:Fs/N:(N/2-1)/N*Fs;subplot(212);plot(w,abs(h1(1:N/2);xlabel('t/s');ylabel('·ùÖµ');title('

22、;ԭʼÐźÅƵÆ×ͼ');wp=400,3400/Fs*2;ws=300,3800/Fs*2;rp=2;%ͨ´ø²¨ÎÆϵÊýrs=60;%×è´ø²¨ÎÆϵÊýn,wn=buttord(wp,ws,rp,rs);C,D=butter(n,wn,'bandpass');Y=filter(C,D,A);figure('name','Â˲¨Æ÷