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DSP
基于Matlab中FDATool工具箱的滤波器设计及相关文件的生成
2019-07-13 20:57
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DSP
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1748
一、摘要
除了采用编程的方法实现滤波器之外,Matlab中自带工具箱FDATool也能很方便快速的实现滤波器的设计。另外FPGA、DSP等实现数字滤波器算法时,经常要用到滤波器系数,采用FDATool工具箱也能快速的得到滤波器系数。
二、实验平台
Matlab7.1
三、实现步骤
3.1
滤波器指标
若需要设计一个
16
阶的
FIR
滤波器(
h(0)=0
),给定的参数如下:
(1)
低通滤波器
(2)
采样频率
Fs
为
48kHz
,滤波器
Fc
为
10.8kHz
(3)
输入序列位宽为
9
位(最高位为符号位)
在此利用
MATLAB
来完成
FIR
滤波器系数的确定。
3.2
打开
MATLAB
的
FDATool
MATLAB
集成了一套功能强大的滤波器设计工具
FDAT
ool(
Filter
Design & Analysis Tool
),可以完成多种滤波器的设计、分析和性能评估。
单击
MATLAB
主窗口下方的“
Start
”按钮,如图
B.1
所示,选择菜单“
ToolBox
” →“
Filter Design
” →“
Filter Design & Analysis Tool
(
FDATool
)”命令,打开
FDATool
,如图
B.2
所示。
图
B.1
FDAT
ool
的启动
图
B.2 FDAT
ool的主界面
另外,在
MATLAB
主命令窗口内键入“
fdatool”,同样可打开
FDAT
ool程序界面。
3.3
选择
Design Filter
FDATool界面左下侧排列了一组工具按钮,其功能分别如下所述:
● 创建多速率滤波器(Create a Multirate Filter)
● 滤波器转换(TransForm Filter)
● 设置量化参数(Set Quantization Parameters)
● 实现模型(Realize Model)
● 零极点编辑器(Pole-zero Editor)
● 导入滤波器(Import Filter)
● 设计滤波器(Design Filter)
选择其中的按钮,进入设计滤波器界面,进行下列选择,如图
B.3
所示。
图
B.3 FDAT
ool设计
FIR
滤波器
● 滤波器类型(Filer Type)为低通(
Low Pass
)
● 设计方法(Design Method)为FIR,采用窗函数法(Window)
● 滤波器阶数(
Filter order
)定制为
15
● 窗口类型为
Kaiser
,
Beta
为
0.5
●
Fs
为
48kHz
,
Fc
为
10.8kHz
最后单击Design Filter图标,让
MATLAB
计算
FIR
滤波器系数并作相关分析。
其系统函数
H(
z)
可用下式来表示:
H(z)=
显然上式可以写成
:
H(z)=
即可以看成是一个
15
阶的
FIR
滤波器的输出结果经过了一个单位延时单元
,所以在
FDAT
ool
中
,
把它看成
15
阶
FIR
滤波器来计算参数。
因此,设置滤波器阶数时,要比要求的小1。
3.4
滤波器分析
计算完
FIR
滤波器系数以后,往往需要对设计好的
FIR
滤波器进行相关的性能分析,以便了解该滤波器是否满足设计要求。分析操作步骤如下:
选择
FDAT
ool
的菜单“
Analysis
”→“
Magnitude Response
”,启动幅频响应分析如图
B.4
所示,
x
轴为频率,
y
轴为幅度值(单位为
dB
)。
图
B.4 FIR
滤波器幅频响应
在图的左侧列出了当前滤波器的相关信息:
● 滤波器类型为
Direct Form FIR
(直接
I
型
FIR
滤波器)
● 滤波器阶数为
15
选择菜单“
Analysis
”→“
Phase Response
”,启动相频响应分析,如图
B.5
所示。由该图可以看到设计的
FIR
滤波器在通带内其相位响应为线性的,即该滤波器是一个线性相位的滤波器。
图
B.5
滤波器相频响应
图
B.6
显示了滤波器幅频特性与相频特性的比较,这可以通过菜单“
Analysis
”→“
Magnitude and Phase Response
”来启动分析。
图
B.6
滤波器幅频和相频响应
选择菜单“
Analysis
”→“
Group Delay Response
”,启动群时延分析。
FDATool
还提供了以下几种分析工具:
● 群时延响应分析。
● 冲激响应分析(
Impulse Response
),如图
B.7
所示。
● 阶跃响应分析(
Step Response
),如图
B.8
所示。
● 零极点图分析(
Pole/Zero Plot
),如图
B.9
所示。
图
B.7
冲激响应
图
B.8
阶跃响应
图
B.9
零极点图
求出的
FIR
滤波器的系数可以通过选择菜单“
Analysis
”→“
Filter Coefficients
”来观察。如图
B.10
所示,图中列出了
FDAT
ool
计算的
15
阶直接
I
型
FIR
滤波器的部分系数。
图
B.10
滤波器系数
3.5
量化
可以看到,
FDAT
ool
计算出的值是一个有符号的小数,如果建立的
FIR
滤波器模型需要一个整数作为滤波器系数,就必须进行量化,并对得到的系数进行归一化。为此,单击
FDAT
ool
左下侧的工具按钮进行量化参数设置。量化参数有三种方式:双精度、单精度和定点。在使用定点量化前,必须确保
MATLAB
中已经安装定点工具箱并有相应的授权。
3.6
导出滤波器系数
为导出设计好的滤波器系数,选择
FDATool
菜单的“
File
”→“
Export
”命令,打开
Export
(导出)对话框,如图
B.11
所示。
图
B.11
滤波器系数
Export
对话框
在该窗口中,选择导出到工作区(
Workplace
)。这时滤波器系数就存入到一个一维变量
Num
中了。不过这时
Num
中的元素是以小数形式出现的:
Num=
Columns 1 through 9
-0.0369 0.0109 0.0558 0.0054 -0.0873 -0.0484 0.1805 0.4133 0.4133
Columns 10 through 16
0.1805 -0.0484 -0.0873 0.0054 0.0558 0.0109 -0.0369
由此,可以得到低通滤波器的系数。
转载:http://www.cnblogs.com/sunev/archive/2011/11/22/2258426.html
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