DSP / cos_lab4

Отчет по лабораторной работе № 4 «Введение в проектирование цифровых фильтров»

Цели работы:

Получить навыки проектирования цифровых фильтров с использованием пакета FDATool Matlab.

Задачи работы:

1.Изучение основных принципов проектирования цифровых фильтров с конечной импульсной характеристикой.

2.Изучить различные методы проектирования цифровых фильтров.

3.Исследовать спектр КИХ-фильтров.

Краткий конспект теоретической части

Аналоговые фильтры __________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Цифровые фильтры ___________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Методы проектирования цифровых фильтров _____________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Линейная свёртка _____________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Разновидности окон ___________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

1. Графический интерфейс FDATool

GUI FDATool (Filter Design and Analysis Toolbox — средства проектирования и анализа фильтров) разработана на основе пакетов расширения Signal Processing Toolbox и Filter Design Toolbox и предназначена для проектирования цифровых фильтров.

Для запуска оболочки FDATool необходимо ввести следующую команду в рабочей области Matlab:

fdatool

На рисунке 1 представлен главный вид рабочего окна программы.

Рисунок 1 – Главное окно FDATool

Основные этапы синтеза ЦФ в GUI FDATool включают в себя:

1.Выбор типа ЦФ. Тип фильтра выбирается в группе Design Method («Метод синтеза») с помощью переключателя IIR (БИХ-фильтр) или FIR (КИХ-фильтр).

2.Выбор метода синтеза ЦФ. Метод синтеза выбирается в группе Design Method в раскрывающихся списках FIR или IIR.

3.Задание входных параметров. Входные параметры задаются в группе Options («Параметры»), и их набор зависит от типа ЦФ (КИХ или БИХ), метода синтеза и переключателя в группе Filter Order («Порядок фильтра»).

4.Задание требований к АЧХ. Требования к АЧХ включают в себя:

4.1.Тип избирательности, задаваемый в группе Response Type («Тип характеристики») с помощью переключателей Lowpass (ФНЧ), Highpass (ФВЧ), Bandpass (ПФ) или

Bandstop (РФ).

4.2.Частоту дискретизации и граничные частоты полос пропускания (ПП) и полос задерживания (ПЗ), задаваемые в группе Frequency Specifications («Требования к частотам»). Предварительно в раскрывающемся списке Units («Единицы измерения») указываются единицы измерения частот, после чего задаются частоты:

4.2.1.в поле ввода Fs — частота дискретизации;

4.2.2.в полях ввода Fpass, Fstop — граничные частоты ПП и ПЗ.

4.3.Допустимые отклонения АЧХ в ПП и ПЗ, задаваемые в группе Magnitude Specifications («Требования к АЧХ»). Предварительно в раскрывающемся списке Units указываются единицы измерения АЧХ:

4.3.1.Linear («Безразмерный») — если требования задаются к нормированной АЧХ;

4.3.2.dB (дБ) — если требования задаются к АЧХ (дБ) (характеристике затухания).

4.4.После этого задаются допустимые отклонения АЧХ:

4.4.1.в полях ввода Dpass (в дБ — Apass) — допустимые отклонения в ПП;

4.4.2.в полях ввода Dstop (в дБ — Astop) — допустимые отклонения в ПЗ.

5.Синтез ЦФ. Он производится при нажатии кнопки Design Filter, расположенной внизу по центру окна. По завершении синтеза автоматически выдаются:

5.1.В группе Magnitude Response (dB) (АЧХ (дБ)) — график АЧХ (дБ) (характеристика ослабления). После синтеза данная группа автоматически замещает группу Frequency

Specifications.

5.2.В группе Current Filter Information («Текущая информация о фильтре»):

5.2.1.Structure — структура фильтра;

5.2.2.Order — порядок фильтра;

5.2.3.Stable — устойчивость фильтра (Yes или No);

5.2.4.Source — способ загрузки фильтра — в результате синтеза в GUI FDATool (Designed) или импорта (Imported).

При выборе типа фильтра меняется блок спецификации (Filter Specification) и блоки параметров. Параметры удобно устанавливать опираясь на блок спецификации.

Рисунок 2 – Типы фильтров

2. Фильтр нижних частот

Задание: разработать КИХ-фильтр нижних частот согласно своему варианту задания.

Параметры фильтра:

Тип КИХ-фильтра: ________________________________________

Порядок фильтра: _________________________________________

Fs = ________________

Fpass = ________________

Fstop = ________________

Допустимые отклонения АЧХ:

Apass = ________________

Astop = ________________

Вклейте графики АЧХ и ФЧХ для полученного фильтра:

Выводы: _________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

3. Фильтр верхних частот

Задание: разработать КИХ-фильтр верхних частот согласно своему варианту задания.

Параметры фильтра:

Тип КИХ-фильтра: ________________________________________

Порядок фильтра: _________________________________________

Fs = ________________

Fpass = ________________

Fstop = ________________

Допустимые отклонения АЧХ:

Apass = ________________

Astop = ________________

Вклейте графики АЧХ и ФЧХ для полученного фильтра:

Выводы: _________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

4. Полосовой фильтр

Задание: разработать полосовой КИХ-фильтр согласно своему варианту задания.

Параметры фильтра:

Тип КИХ-фильтра: ________________________________________

Порядок фильтра: _________________________________________

Вклейте графики АЧХ и ФЧХ для полученного фильтра:

Выводы: _________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

5. Режекторный фильтр

Задание: разработать режектроный КИХ-фильтр согласно своему варианту задания.

Параметры фильтра:

Тип КИХ-фильтра: ________________________________________

Порядок фильтра: _________________________________________

Вклейте графики АЧХ и ФЧХ для полученного фильтра:

Выводы: _________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________