無限沖擊響應濾波器算法

1、dsp 實 驗 報 告無限沖擊濾波器算法無限沖擊響應濾波器(iir)算法一、 實驗目的1. 掌握設計iir數(shù)字濾波器的原理和方法；2. 熟悉iir數(shù)字濾波器的特性；3. 了解iir數(shù)字示波器的設計方法。二、 實驗設備pc兼容機一臺，操作系統(tǒng)為windows2000以上，安裝code coposer studio 2.0軟件三、 實驗原理1. 無限沖擊響應數(shù)字濾波器的基礎理論；2. 模擬濾波器原理（巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器等）。3. 數(shù)字濾波器的確定方法；4. 根據(jù)要求設計低通iir濾波器要求：低通巴特沃斯濾波器在其通帶邊緣1khz處的增益為-3db，12khz處的阻帶衰減為

2、30db,采樣頻率為25khz。設計：確定待求通帶邊緣頻率fp1hz、待求阻帶邊緣頻率fs1hz和待求阻帶衰減-20logsdb。 模擬邊緣頻率為：fp1 =1000hz，fs1=12000hz 阻帶衰減為：-20logdb=30db用=2f/ fs把由hz表示的待求邊緣頻率轉換成弧度表示，得到p1和s1。 p1=2fp1/ fs=21000/ 25000=0.08rad s1=2fs1/ fs=212000/ 25000=0.96rad計算預扭曲模擬頻率以避免雙線性變化帶來的失真。 由w=2fs tan(/2)求得wp1和ws1，單位是 rad/swp1=2fs tan(p1/2)= 631

3、6.5 rad/sws1=2fs tan(s1/2)= 794727.2 rad/s由已給定的阻帶衰減-20logsdb確定阻帶邊緣增益s 因為-20logs=30，所以s=0.03162計算濾波器的階數(shù) 因此，一階巴特沃斯濾波器就足以滿足要求。一階模擬巴特沃斯濾波器的傳輸函數(shù)為：h(s)=wp1/(s+wp1)=6316.5/(s+6316.5) 由雙線性變換定義：因此差分方程：yn=0.7757yn-1+0.1122xn+0.1122xn-15. 程序流程圖開始初始化工作變量調(diào)用波形發(fā)生子程序產(chǎn)生混疊的波形(高頻+低頻)調(diào)用iir濾波子程序計算當前輸出波形發(fā)生計算步長用標準c的sin函數(shù)和

4、cos函數(shù)計算當前波形值返回波形值iir濾波用濾波器系數(shù)乘以保存的n-1個輸入輸出值和當前輸入值并求和返回計算結果四、 實驗步驟1. 實驗準備 設置軟件仿真模式 啟動ccs2. 打開工程，瀏覽程序，工程目錄為d：dspt7iiriir.pjt3. 編譯并下載程序4. 打開窗口：選擇菜單 view->graph->time/frquency，進行如下設置 5.清楚顯示：在以上的窗口單機鼠標右鍵，選擇彈出菜單中“clear display” 6.設置斷點：在程序iir.c中加入軟件斷點 7.運行觀察結果 (1)選擇“debug”菜單中的“run”項運行程序  (2)觀察“ii

5、r”窗口中時域波形；觀察濾波效果。五、 實驗結果輸出的波形為一個低頻率的正弦波與一個高頻的余弦波疊加而成，如圖： matlab仿真iir濾波器的單位脈沖響應源程序>> b=0.1122 0.1122;>> a=1 -0.7757;>>h w=freqz(b,a);>>plot(w/2/pi,abs(h)繪制顯示出中幅頻特性曲線，如圖所示： 通過觀察時域和頻域圖，得知：輸入波形中的低頻波形通過了濾波器，而高頻部分則被衰減。matlab的仿真也可以看出來，iir濾波器在高頻處的衰減使得信號中的高頻分量被衰減，從而實現(xiàn)低通濾波器的功能。實驗分析： 輸入

6、波形為一個低頻率的正弦波與一個高頻的正弦波疊加而成。通過觀察頻域和時域圖，得知：輸入波形中的低頻波形通過了濾波器，而高頻部分則大部分被濾除。通過對濾波器參數(shù)的設計，可以改變該濾波器的濾波性能。實驗心得：通過這個實驗把以前學過的數(shù)字信號處理的知識有了更深的鞏固了了解，尤其是iir濾波器的設計和應用方面，從模擬濾波器的設計，到模擬數(shù)字角頻率的轉換，再到最后數(shù)字濾波器的濾波有了很好的認識，這個對我們加深數(shù)字信號處理的認識有很好的幫助，更加直觀的感受到了信號處理的作用和意義，對我們以后的學習有很大的幫助。六、 程序代碼#include "dsp281x_device.h" / ds

7、p281x headerfile include file#include "dsp281x_examples.h" / dsp281x examples include file#include "f2812a.h"#include"math.h"#define iirnumber 2 /濾波器參數(shù)#define pi 3.1415926float inputwave(); /輸入波形信號子函數(shù)調(diào)用聲明float iir(); /濾波器子函數(shù)調(diào)用聲明float fbniirnumber= 0.0,0.7757 ; /系統(tǒng)函數(shù)分母向量

8、矩陣float faniirnumber= 0.1122,0.1122 ; /系統(tǒng)函數(shù)分子向量矩陣float fxniirnumber= 0.0 ; /輸入(過去的)信號的緩存float fyniirnumber= 0.0 ; /輸出(過去的)信號緩存float finput,foutput;float fsignal1,fsignal2;float fstepsignal1,fstepsignal2;float f2pi; int i;float fin256,fout256; /定義256個地址空間的輸入輸出緩沖器int nin,nout;/*主函數(shù)*/main(void) nin=0;

9、nout=0;f2pi=2*pi; /三角函數(shù)周期為2，用于在調(diào)整相位增量在【0-2】fsignal1=0.0; /signal1 初相位0fsignal2=pi*0.1; /signal2 初相位0.1/fstepsignal1=2*pi/30;/fstepsignal2=2*pi*1.4;fstepsignal1=2*pi/50; /signal1 相位增量(分辨率)2/50fstepsignal2=2*pi/2.5; / signal2 相位增量(分辨率)2/2.5while ( 1 ) /循環(huán)執(zhí)行濾波操作finput=inputwave(); /調(diào)用波形發(fā)生函數(shù)，產(chǎn)生單簽相位點下的幅值

10、輸入finnin=finput; /把產(chǎn)生的采樣點值暫存在空間為256點的數(shù)組nin+; /序號自加，待下一次賦值給下個地址 nin%=256; /%表示取余，保證nin在【0-255】區(qū)間foutput=iir(); /調(diào)用iir函數(shù)，濾波輸出的結果賦給foutputfoutnout=foutput; /foutput輸出存儲在輸出緩沖數(shù)組nout+; /輸出計數(shù)自加，待下一次輸出賦值if ( nout>=256 ) /判斷nout值，為256時剛好存滿數(shù)組空間 nout=0; /此句設置斷點，剛好顯示滿空間的fout /* 函數(shù)名稱：inputwave 函數(shù)功能：產(chǎn)生采樣點樣值 入口

11、參數(shù)：無 出口參數(shù)：fxn0*/float inputwave()for ( i=iirnumber-1;i>0;i- ) /暫存前一次的輸入輸出作為迭代初值fxni=fxni-1;fyni=fyni-1;fxn0=sin(fsignal1)+cos(fsignal2)/6.0; /計算當前的輸入值 作為輸入送給filterfyn0=0.0;fsignal1+=fstepsignal1; /signal1的相位增量變化，分辨率2/50if ( fsignal1>=f2pi )fsignal1-=f2pi; /保證sin函數(shù)相位變化中始終在【0-2】fsignal2+=fstepsignal2; /signal2的相位增量變化，分辨率2/2.5if ( fsignal2>=f2pi )fsignal2-=f2pi; /保證sin函數(shù)的輸入相位變化始終在【0-2】return(fxn0); /返回計算得到的inputwave值/*函數(shù)名稱：iir函數(shù) 函數(shù)功能：通過迭代，實現(xiàn)濾波 入口參數(shù)： 無 出口參數(shù): fsum濾波信號